非典型Notch通路讓血管保持完好！

每次心跳時，一加侖半的血液流進身體的靜脈和動脈網絡。這種血液流動的力量讓位于血管內壁的內皮細胞保持健康；當血液流動受到破壞時（比如在外科手術或中風期間），血管開始滲漏，這能夠導致大量的炎性反應，而這些炎性反應則會導致細胞損傷和疾病。如今，在一項新的研究中，來自美國哈佛大學威斯研究所的研究人員著手解決了血液流動如何讓血管保持完好之謎。他們吃驚地發現了一種全新的細胞信號通路，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。相關研究結果于2017年11月13日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“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、波士頓大學生物醫學工程教授Christopher Chen博士說，“我們發現一種廣為人知的跨膜蛋白Notch負責阻止血管滲漏，而且是通過該蛋白的第二種信號通路做到這一點的。它的第二種信號通路與它的已知的轉錄通路完全不同。從藥物開發的角度而言，這種新的通路是激動人心的，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。”

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

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

奇怪的是，阻斷蛋白Notch1的已知作用機制---這種蛋白的胞內結構域與它的其余部分分離開來---并不會讓血管滲漏，這提示著這種蛋白的某個其他部分對血液流動作出反應。此外，這些研究人員將一種阻斷Notch1激活的化學物和一種藍色染料一起注射到小鼠體內，并觀察到這種染料以比預期中快得多的速度從接受注射的小鼠的血管中滲漏出來。論文共同**作者、威斯研究所博士后研究員William Polacheck博士說，“這種胞內結構域的功能是將基因先轉錄后翻譯為蛋白，隨后該蛋白在細胞中發揮某種作用，這通常需要大約2個小時的時間，但是我們在阻斷Notch1的30分鐘內觀察到血管滲漏，這進一步提示著不論控制這種屏障滲透性的過程是什么，它都是通過一種完全不同的機制發揮作用。”

一旦這些研究人員確定這種胞內結構域并不參與調節這種內皮細胞屏障，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，發現剔除編碼它的胞內結構域的片段并不會影響這種屏障的滲透性，然而在血液流動的條件下，剔除編碼它的微小跨膜結構域（tiny transmembrane domain, TMD）的片段則會導致增加的血管滲漏。

論文共同**作者、威斯研究所訪問學者Matthew Kutys博士說，“這是迄今為止**對Notch TMD的生物學功能進行評估。人們通常認為它是惰性的，在受到激活后就會消失，而且大多數教科書和研究論文甚至并沒有將它視為Notch受體的一個獨特的部分。”通過開展進一步的測試，他們發現當Notch1受到激活并釋放出它的胞內結構域時，它的TMD在細胞膜上與蛋白VE-cadherin（血管內皮細胞鈣黏蛋白）、Rac1、LAR和Trio形成一種復合物，它們一起組裝和維持內皮細胞之間的黏著連接，并且將肌動蛋白纖維分布在細胞膜上來支持這些連接。

Polacheck說，“回想起來，我們為這個項目孤注一擲，這是因為通過選擇研究Notch，我們進入了生物學中最為擁擠的研究領域之一。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，從而足以描述這個新的意料之外的通路。了解到除Notch1通過它的之前描述的轉錄通路調節細胞分化之外，它通過這種TMD控制的通路調節細胞粘附還為理解協調復雜的細胞過程提供新的框架，這是因為Notch等單個分子能夠發揮著多種作用。”

揭示出Notch1發揮著不同的功能，并且了解這個蛋白的哪些部分控制著它的每種功能，就允許人們開發出更有效的但毒性更低的新型藥物。美國耶魯醫學院內科醫學、遺傳學與生物醫學工程系教授Karen Hirschi博士說，“Notch是一些癌癥療法的靶標，但是已知這些藥物會導致水腫和其他問題。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出僅靶向它的胞內結構域但不靶向TMD從而保持血管完整性的藥物。”

鑒于了解到Notch調控著血管滲透性而使得它成為開發治療心血管疾病的新藥物的一種候選靶標，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， 這是因為遭受血管滲漏誘導的炎癥的細胞模型當經基因改造后表達TMD時表現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