非典型Notch通路讓血管保持完好！

每次心跳時(shí)，一加侖半的血液流進(jìn)身體的靜脈和動(dòng)脈網(wǎng)絡(luò)。這種血液流動(dòng)的力量讓位于血管內(nèi)壁的內(nèi)皮細(xì)胞保持健康；當(dāng)血液流動(dòng)受到破壞時(shí)（比如在外科手術(shù)或中風(fēng)期間），血管開始滲漏，這能夠?qū)е麓罅康难仔苑磻?yīng)，而這些炎性反應(yīng)則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷和疾病。如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)哈佛大學(xué)威斯研究所的研究人員著手解決了血液流動(dòng)如何讓血管保持完好之謎。他們吃驚地發(fā)現(xiàn)了一種全新的細(xì)胞信號(hào)通路，而且該通路是治療各種衰弱性疾病的藥物的一種很有前景的靶標(biāo)。相關(guān)研究結(jié)果于2017年11月13日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“A non-canonical Notch complex regulates adherens junctions and vascular barrier function”。

論文通信作者、威斯研究所助理研究員、波士頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授Christopher Chen博士說(shuō)，“我們發(fā)現(xiàn)一種廣為人知的跨膜蛋白Notch負(fù)責(zé)阻止血管滲漏，而且是通過(guò)該蛋白的第二種信號(hào)通路做到這一點(diǎn)的。它的第二種信號(hào)通路與它的已知的轉(zhuǎn)錄通路完全不同。從藥物開發(fā)的角度而言，這種新的通路是激動(dòng)人心的，而且它還可能緩解抵抗癌癥和心血管疾病的藥物的一些副作用，從而讓它們變得更安全和更有效?！?/span>

位于血管內(nèi)壁中的內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)黏著連接（adherens junction）緊密地連接在一起，形成一種讓血液保持在血管內(nèi)部的屏障，并調(diào)節(jié)著其他物質(zhì)從這種屏障中進(jìn)出的難易程度。為了研究這種屏障并確定為何血液流動(dòng)不足會(huì)導(dǎo)致血管滲漏，這些研究人員構(gòu)建出一種血管芯片（blood-vessel-on-a-chip），該芯片由排列著一層受到一種微流體裝置內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)包圍著的人內(nèi)皮細(xì)胞的通道組成，這就允許他們輕松地模擬和控制血管中的血液流動(dòng)和評(píng)估這些內(nèi)皮細(xì)胞作出的反應(yīng)。

經(jīng)歷血液流動(dòng)的內(nèi)皮細(xì)胞表現(xiàn)出增加的Notch1活性，然而暴露在靜止血液中的內(nèi)皮細(xì)胞則沒有。當(dāng)這些研究人員添加一種阻斷Notch1激活的化學(xué)物時(shí)，他們觀察到血管開始滲漏，并確定這種滲漏是由相鄰的內(nèi)皮細(xì)胞之間的黏著連接受到破壞和這些內(nèi)皮細(xì)胞中的肌動(dòng)蛋白纖維發(fā)生重新組裝而導(dǎo)致的。這就證實(shí)血液流動(dòng)導(dǎo)致的Notch1激活是血管中的內(nèi)皮細(xì)胞屏障形成和維持所必需的。

奇怪的是，阻斷蛋白Notch1的已知作用機(jī)制---這種蛋白的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與它的其余部分分離開來(lái)---并不會(huì)讓血管滲漏，這提示著這種蛋白的某個(gè)其他部分對(duì)血液流動(dòng)作出反應(yīng)。此外，這些研究人員將一種阻斷Notch1激活的化學(xué)物和一種藍(lán)色染料一起注射到小鼠體內(nèi)，并觀察到這種染料以比預(yù)期中快得多的速度從接受注射的小鼠的血管中滲漏出來(lái)。論文共同**作者、威斯研究所博士后研究員William Polacheck博士說(shuō)，“這種胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的功能是將基因先轉(zhuǎn)錄后翻譯為蛋白，隨后該蛋白在細(xì)胞中發(fā)揮某種作用，這通常需要大約2個(gè)小時(shí)的時(shí)間，但是我們?cè)谧钄郚otch1的30分鐘內(nèi)觀察到血管滲漏，這進(jìn)一步提示著不論控制這種屏障滲透性的過(guò)程是什么，它都是通過(guò)一種完全不同的機(jī)制發(fā)揮作用?！?/span>

一旦這些研究人員確定這種胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域并不參與調(diào)節(jié)這種內(nèi)皮細(xì)胞屏障，他們就掃描了Notch1的其他部分的活性。他們利用CRISPR/Cas9剔除Notch1基因的不同片段，發(fā)現(xiàn)剔除編碼它的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域的片段并不會(huì)影響這種屏障的滲透性，然而在血液流動(dòng)的條件下，剔除編碼它的微小跨膜結(jié)構(gòu)域（tiny transmembrane domain, TMD）的片段則會(huì)導(dǎo)致增加的血管滲漏。

論文共同**作者、威斯研究所訪問(wèn)學(xué)者M(jìn)atthew Kutys博士說(shuō)，“這是迄今為止**對(duì)Notch TMD的生物學(xué)功能進(jìn)行評(píng)估。人們通常認(rèn)為它是惰性的，在受到激活后就會(huì)消失，而且大多數(shù)教科書和研究論文甚至并沒有將它視為Notch受體的一個(gè)獨(dú)特的部分?！蓖ㄟ^(guò)開展進(jìn)一步的測(cè)試，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)Notch1受到激活并釋放出它的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域時(shí)，它的TMD在細(xì)胞膜上與蛋白VE-cadherin（血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣黏蛋白）、Rac1、LAR和Trio形成一種復(fù)合物，它們一起組裝和維持內(nèi)皮細(xì)胞之間的黏著連接，并且將肌動(dòng)蛋白纖維分布在細(xì)胞膜上來(lái)支持這些連接。

Polacheck說(shuō)，“回想起來(lái)，我們?yōu)檫@個(gè)項(xiàng)目孤注一擲，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)選擇研究Notch，我們進(jìn)入了生物學(xué)中最為擁擠的研究領(lǐng)域之一。但是我們的基于工程的方法讓我們以一種新的方式研究它，而且不受過(guò)去研究的影響，這就使得我們的思想保持開放，從而足以描述這個(gè)新的意料之外的通路。了解到除Notch1通過(guò)它的之前描述的轉(zhuǎn)錄通路調(diào)節(jié)細(xì)胞分化之外，它通過(guò)這種TMD控制的通路調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附還為理解協(xié)調(diào)復(fù)雜的細(xì)胞過(guò)程提供新的框架，這是因?yàn)镹otch等單個(gè)分子能夠發(fā)揮著多種作用?！?/span>

揭示出Notch1發(fā)揮著不同的功能，并且了解這個(gè)蛋白的哪些部分控制著它的每種功能，就允許人們開發(fā)出更有效的但毒性更低的新型藥物。美國(guó)耶魯醫(yī)學(xué)院內(nèi)科醫(yī)學(xué)、遺傳學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程系教授Karen Hirschi博士說(shuō)，“Notch是一些癌癥療法的靶標(biāo)，但是已知這些藥物會(huì)導(dǎo)致水腫和其他問(wèn)題。如今，我們正在積極地分離出Notch的兩種通路以便我們能夠開發(fā)出僅靶向它的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域但不靶向TMD從而保持血管完整性的藥物?！?/span>

鑒于了解到Notch調(diào)控著血管滲透性而使得它成為開發(fā)治療心血管疾病的新藥物的一種候選靶標(biāo)，這些研究人員也正在研究TMD本身是否可作為一種潛在的治療試劑， 這是因?yàn)樵馐苎軡B漏誘導(dǎo)的炎癥的細(xì)胞模型當(dāng)經(jīng)基因改造后表達(dá)TMD時(shí)表現(xiàn)出顯著下降的血管滲漏。

參考資料：

William J. Polacheck, Matthew L. Kutys, Jinling Yang et al. A non-canonical Notch complex regulates adherens junctions and vascular barrier function. Nature, Published online:13 November 2017, doi:10.1038/nature24998