Notch信号通路在眼科疾病发生发展中的调控作用

周梦贤，李土玲，殷学伟，毕宏生，郭大东

•KEYWORDS:Notch signaling pathway; cataract; uveitis; age-related macular degeneration; regulatory role

0引言

Notch信号是一个动物在进化过程中高度保守的信号转导通路，广泛存在于无脊椎动物和脊椎动物中。其中哺乳动物的Notch家族有4个高度保守的不同的Notch受体家族成员，即Notch 1～4，它们分别结合了2个保守的配体家族Jagged(JAG1和JAG2)和Delta-like(DLL1、DLL3和DLL4)。配体的激活参与了γ分泌酶对Notch跨膜区蛋白的水解。γ分泌酶抑制剂能有效地阻止Notch信号的激活[1]。研究证实，Notch信号通路在细胞增殖、分化和凋亡，血管生成以及多种癌症的发生发展过程中发挥了重要作用[2-4]。越来越多的研究表明，Notch信号通路与眼科疾病发生发展密切相关。本文就Notch信号通路在眼科疾病发生发展过程中的作用进行综述，为眼科疾病的病理机制研究及治疗提供思路。

1 Notch信号通路与白内障疾病

白内障是目前世界上最主要的致盲性眼病，严重危害人类视觉健康。晶状体上皮细胞是位于晶状体囊膜前表面的单层上皮细胞，与白内障的发生发展密切相关。晶状体上皮细胞(lens epithelial cells, LECs)通过增殖和迁移并最终转化为肌成纤维细胞样细胞，即上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)，是前囊下白内障(anterior subcapsular cataract, ASC)和后囊混浊(posterior capsule opacification, PCO)发生的常见原因[5]。在体外细胞培养中，转化生长因子-β(TGF-β)可诱导上皮细胞转化，而且转化过程由Notch、Wnt/β-catenin和整合素信号通路介导[6]。目前已有研究证实Notch信号通路在控制LEC-EMT的信号网络中占有重要地位[7]。Chen等[8]在体外细胞培养和体内损伤诱导ASC模型的研究中发现，JAG1/Notch信号在TGF-β刺激的晶状体上皮细胞转化中被激活，而阻断Notch信号可以逆转LEC-EMT导致的晶状体纤维化，提示抑制Notch通路能够在白内障治疗过程中发挥作用；通过获得和丧失功能分析进一步证实，miR-26a和miR-26b可通过直接靶向JAG1和抑制JAG1/Notch信号拮抗EMT。Zhang等[9]研究发现，C-端结合蛋白-2(CtBP2)介导TGF-β诱导的Notch信号活化可调控人晶状体上皮细胞内膜转导，同时，CtBP2诱导的EMT可被Notch抑制剂DAPT阻断。Li等[10]利用ASC小鼠模型首次证实2’, 3’-环核苷酸3’-磷酸二酯酶(CNPase)在LECs中高表达，并与EMT标志物蛋白的表达有关,CNPase通过Notch信号通路促进LECs的EMT，CNPase和药物靶向Notch通路在预防和治疗白内障可能具有一定的应用前景。上述研究成果提示，Notch信号通路活化在EMT中发挥重要作用，从而为预防和治疗白内障提供了新的方向。

2 Notch信号通路与葡萄膜疾病

2.1Notch信号通路与葡萄膜炎葡萄膜炎主要是由T淋巴细胞介导的一类自身免疫性眼病，常累及虹膜、睫状体和脉络膜，可导致严重的视力丧失[11]。研究证实，Notch信号通路可通过调节初始CD4+T细胞向Th17和Treg细胞的分化来影响Th细胞的比例平衡，对EAU的发生发展至关重要。Rong等[12]通过将Notch shRNA导入体外扩增的Treg细胞中，并将Treg细胞转移到实验性自身免疫性葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis, EAU)小鼠体内，发现notch1基因缺陷的Treg细胞的转移可显著减少促炎细胞因子的产生和炎症细胞的浸润，证实Notch信号能通过负调节小鼠EAU中浸润的Treg细胞的免疫抑制功能促进葡萄膜炎的发生发展。Yin等[13-14]研究表明，活化的Notch信号通路可破坏EAU大鼠的CD4+/CD8+和Th17/Treg比例的平衡,而Notch信号抑制剂DAPT能有效逆转其中Th17/Treg的失衡，从而促进葡萄膜炎的免疫恢复，为临床应用Notch信号抑制剂治疗葡萄膜炎提供了新的思路。Qi等[15]研究发现，活动性白塞氏病(Behçet’s disease, BD)患者体内Notch通路激活可促进STAT3的磷酸化并进一步触发BD患者的Th17反应。此外，研究还表明，notch1基因的低甲基化可导致葡萄膜炎患者Notch信号水平升高，从而增强Th17细胞分化水平以及相关细胞因子的表达，导致Th17/Treg平衡紊乱，进而导致葡萄膜炎的发生[16]。Yang等[17]研究证实，巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibitory factor, MIF)是EAU发生过程中的关键细胞因子,Notch信号通路与MIF介导的眼内炎症放大有关,并可进一步加剧视网膜功能的损害。因此，MIF和Notch信号通路活化在葡萄膜炎的发生发展过程中扮演了重要角色，并可能成为治疗葡萄膜炎新的干预靶点。

2.2Notch信号通路与葡萄膜血管性疾病脉络膜新生血管(choroidal neovascularization, CNV)又称视网膜下新生血管，是许多眼底疾病共同的病理基础，因其常累及黄斑区，所以会导致中心视力的严重损害。多项研究表明Notch信号通路活化可促进病理性眼组织新生血管的生成，而阻断Notch信号通路可减轻CNV带来的损伤[18-19]。Dou等[20]通过使用髓系特异性RBP-J基因敲除小鼠模型和激光诱导的CNV模型，发现抑制巨噬细胞中的Notch信号可减轻激光损伤后的脉络膜早期炎症反应，抑制脉络膜血管内皮生长因子和肿瘤坏死因子-α的产生，从而抑制CNV的生成。这些结果为进一步探索不同条件下Notch信号通路作为治疗CNV的新疗法提供了理论基础。

3 Notch信号通路与视网膜疾病

3.1Notch信号通路与增殖性玻璃体视网膜病变增殖性玻璃体视网膜病变(proliferative vitreoretinopathy, PVR)是一种反复发作的易导致患者失明的眼病，常发生于孔源性视网膜脱离和近期接受视网膜脱离术的患眼中[21]。视网膜色素上皮细胞(retinal pigment epithelium, RPE)暴露在玻璃体中，被玻璃体中的生长因子和细胞因子激活，受EMT影响转化为成纤维细胞，并在视网膜内或外表面形成膜，造成视网膜皱缩和视网膜牵引，这被认为是PVR形成的关键因素[22]。既往研究表明Notch信号在眼睛发育和RPE的EMT转化过程中起关键作用，阻断Notch信号通路可抑制RPE的迁移和增殖，与JAG1/Notch信号调节RPE增殖以及Hey2表达水平的降低有关。Zhang等[23]采用小鼠PVR模型研究发现Notch信号通路可通过调节RPE的EMT在PVR的形成过程中发挥关键作用。玻璃体腔内注射LY411575可抑制Notch信号通路，减少RPE细胞诱导的PVR形成，进一步阐释了PVR的发病机制。Zhang等[24]研究表明ARPE-19细胞增殖有助于小鼠PVR的发育，DAPT可特异性抑制Notch信号通路从而降低视网膜色素上皮细胞的PVR形成并抑制M2型巨噬细胞的浸润，Notch信号可能通过调节M2型巨噬细胞极化来调节PVR的形成。

3.2Notch信号通路与年龄相关性黄斑变性年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration, ARMD)是一种视网膜退行性疾病，其特征是RPE不可逆性丢失，进而导致相邻的光感受器退化，是老年人不可逆失明的主要原因[25]。紫外线UVB能增加RPE细胞内活性氧(reactive oxygen species, ROS)的水平并诱导RPE细胞凋亡[26]。Liu等[27]研究发现抑制Notch2而不是Notch1可以减轻UVB诱导的RPE细胞内ROS水平和细胞凋亡，这对我们理解ARMD的发病机制具有重要意义。Shu等[28]研究发现骨髓间充质干细胞(bone marrow-derived mesenchymal stem cells, BMSCs)的神经营养分泌体可以防止退化的视网膜进一步恶化，同时分化的BMSCs通过补充神经元的数量来改善受损的视网膜的功能。汉黄芩素可能通过抑制Notch1信号加速诱导BMSCs视网膜神经元样分化进而防止视网膜功能退化。该研究结果为治疗ARMD疾病提供了一种潜在的新方法。

3.3Notch信号通路与早产儿视网膜病变早产儿视网膜病变(retinopathy of prematurity, ROP)是一种双眼疾病，影响低胎龄和低出生体质量的早产儿的视力，高浓度的氧气会促进早产儿视网膜血管的收缩，随后视网膜组织的相对缺氧导致一系列血管生成因子的分泌，从而导致以ROP为特征的病理性新生血管[29]。Sun等[30]在大鼠ROP模型中，发现DAPT通过抑制DLL4/Notch-1通路降低了与血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)及其受体相关的视网膜改变，进而抑制高氧诱导的ROP大鼠视网膜新生血管的生成。

3.4Notch信号通路与糖尿病视网膜病变糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy, DR)是2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者主要的眼部微血管并发症，也是致盲的主要原因之一。Zhu等[31]将人视网膜内皮细胞(human retinal endothelial cells, HRECs)分别置于高糖、高尿酸、高尿酸加高糖的环境下进行研究，发现高尿酸加高糖组Notch信号通路活性显著升高，炎症细胞因子明显增加，提示高尿酸血症可能通过增加Notch信号通路的活化促进DR的发生。Yoon等[32]研究发现糖尿病可诱导内皮细胞过度表达JAG1并抑制Notch1信号通路，促进小鼠DR的发展。Zhang等[33]通过体外实验发现，抑制miR-495可上调Notch1的表达进而减轻高糖诱导的视网膜神经节细胞凋亡，提示miR-495/Notch1信号可能成为治疗DR的潜在干预靶点。此外，Liu等[34]首次发现Notch3信号、周细胞丢失和糖尿病视网膜病变之间存在关联。上述研究为以Notch信号相关分子为靶点治疗DR提供了新的思路。

3.5Notch信号通路与视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤(retinoblastoma, RB)是视网膜发育中的恶性肿瘤，是儿童最常见的眼内肿瘤，80%的患者发病时间在3岁之前[35]。Hes1(hairy and enhancer of split 1)基因是Notch信号通路下游的靶基因，将Notch信号下传，可使多熟细胞维持在未分化状态，调节细胞对分化诱导因子的反应，维持未分化细胞数量上的稳定使干细胞处于增殖状态。Asnaghi等[36]应用免疫组化分析了11份人类视网膜母细胞瘤样本，发现其中有10份样本Hes1中度或高度表达，提示Notch信号通路活化在视网膜母细胞瘤生长中发挥了重要作用。通过使用γ分泌酶抑制剂或shRNA下调JAG2、DLL4或CBF1来抑制Notch信号通路，可显著降低WERI Rb1和Y79视网膜母细胞瘤细胞系细胞的生长、增殖和克隆生成能力，提示使用Notch拮抗剂治疗RB有可能成为一种更有效的治疗新方法。Xiao等[37]采用免疫印迹方法检测了Notch受体及其配体在人视网膜母细胞瘤细胞系SO-Rb50中的蛋白表达水平，发现Notch1和JAG2蛋白可高水平表达，用DAPT处理后细胞生长阻滞，蛋白激酶B(PKB，也称丝/苏氨酸蛋白激酶，AKT)、p38丝裂原活化蛋白激酶和磷酸化Src激酶以及磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)和β-catenin的表达均呈剂量依赖性地降低，提示DAPT抑制Notch通路可能是通过抑制PI3K/Akt、Src、p38/MAPK和Wnt/β-catenin信号通路来抑制RB细胞的增殖。长非编码RNA(long non-coding RNAs, LncRNAs)是近来发现的一种没有蛋白编码功能的RNAs，Dong等[38]研究发现抑制LncRNAs HOTAIR的表达不仅降低了Notch信号受体和配体的生物合成，而且还抑制了Notch下游靶基因的表达，提示HOTAIR可能通过Notch信号通路在RB的发展中发挥了重要作用，并为RB的发生和转移提供了新的证据。Ke等[39]发现牛蒡素(arctium lappa linnaeus)通过下调JAG1蛋白的表达水平、降低Notch信号通路的活化等途径抑制RB细胞的增殖和迁移以及诱导RB细胞凋亡的发生，有望开发成为一种治疗RB的新型药物。

3.6Notch信号通路与其他视网膜疾病Müller细胞(特化的视网膜大胶质细胞)的激活和增殖与许多视网膜疾病有关[40]。2型黄斑毛细血管扩张症是一种双侧黄斑疾病，可通过引起视网膜光受体和血管的特征性改变从而损害中央视力，Müller细胞功能障碍可能在MacTel2的发病机制中起重要作用。Chung等[41]针对Notch信号通路可促进视网膜胶质细胞的分化设计了一种通过促进Notch信号通路活化将人类胚胞胎干细来源的视网膜祖细胞分化为视网膜胶质细胞的方法。该分化方法的应用将有助于干细胞疾病模型的产生，并为研究视网膜疾病及相关的胶质功能障碍的分子机制提供了支持。Xie等[42]发现移植的嗅鞘细胞(olfactory ensheathing cells, OECs)可通过下调Müller细胞中的Notch信号通路抑制视网膜变性中的胶质增生，从而在视网膜再生和自我修复中发挥作用。

4 Notch信号通路与干眼

干眼(dry eye, DE)是眼科临床上最常见的眼表疾病之一，通常与用眼过度、激素分泌异常、细胞凋亡、炎症因子、眼表黏蛋白改变等诸多因素有关，影响全世界数百万人的眼健康。Min等[43]通过小鼠DE模型研究了淋巴管生成(lymphangiogenesis, LGs)的去诱导淋巴管生成，发现DLL4/Notch信号通路的表达水平和淋巴管生成在去诱导的LGs中显著上调。Liu[44]的研究结果提示，通过Notch信号活化对Klf4进行微调可以极大地增加MUC5AC基因的表达，促进杯状细胞的分化，从而有助于减轻干眼的症状。

5结语

综上所述，Notch信号通路在眼科疾病的发生发展中发挥着重要作用。不同的眼病与Notch信号通路的调节功能密切相关。从不同维度去深入探讨Notch信号通路在眼科疾病发生发展中的作用，对阐释眼科疾病发生的病理机制具有重要作用，也可为眼科疾病的诊断和治疗提供新的分子标志物和作用靶点。