Notch信号通路与细胞老化的关系

·综述·

Notch信号通路与细胞老化的关系

林审阅

（北京大学口腔医学院口腔医院牙体牙髓科，北京100081）

［摘

要］

Notch信号通路是一种高度进化保守的信号通路，它通过受体配体的相互作用转导细胞信

常思佳，邹晓英综述；庄姮，岳

号，可影响从无脊椎动物到哺乳动物等多个物种的发育过程，调节细胞的定向分化、组织和器官的发育。近年来的研究，发现Notch信号通路在细胞的老化过程中也起着重要作用，抑制此信号通路可导致细胞在形态、代谢相关酶水平以及基因水平上均产生与正常细胞不同的表现。该文就Notch信号通路与细胞老化关系的研究作一综述。

［关键词］细胞；老化；Notch［中图分类号］R788．2

［文献标识码］A

［1005－2593（2011）07－0412－04文章编号］

［2011，21（7）：412］牙体牙髓牙周病学杂志，

TherelationshipbetweenNotchsignaling

pathwayandcellsenescence

CHANGSi－jia，ZOUXiao－ying，ZHUANGHeng，YUELin（DepartmentofCariologyandEndodontology，PekingUniversitySchoolandHospitalofStomatology，Beijing100081，China）

［Abstract］

TheNotchsignalingpathwayisahighlyconservativetransductionsystemwhichconsistsofre-

ceptors，ligandsandDNA－bindingproteininthenucleus．Signasinducedbyligandbindingaretransmittedatthein-tracellularpartofthereceptor，inaprocessinvolvinginteractionswithcytoplasmicandnuclearproteins．AndNotchsignalingisinvolvedinphenomenaasdiverseasdifferentiation，apoptosisandcellproliferation，thuscontrollingorganformationandmorphogenesis．RecentstudiesshowthatNotchsignalingpathwayplaysanimportantroleinthesenes-proliferationabilityandexpressioncenceofcells．Inhibitionofthispathwaywouldresultinchangesofcellmorphology，levelofassociatedgenes．

［Keywords］cell；senescence；Notch

［ChineseJournalofConservativeDentistry，2011，21（7）：412］

在多细胞生物的发育中，需要通过邻近细胞间的相互作用对各谱系细胞分化潜能进行精确的调

控。Notch信号通路介导由局部细胞间相互作用而产生的对多种不成熟细胞分化的抑制信号，在胚胎发育、血细胞发育、肿瘤形成等生理病理过程中起重

收稿日期：2011－03－28

基金项目：国家自然科学基金（30801289）

作者简介：常思佳（1986－），女，汉族，河北沧州人。硕士生

（导师：岳林）。E－mail：doctorzhuang@163．com通讯作者：庄姮，

要作用。Notch基因最早是由Dexter等（1914）在对

果蝇的发育研究中鉴定发现的，果蝇因该基因的部分功能缺失而造成翅膀边缘出现缺口，由此将该基因命名为Notch基因

［1］

。Notch基因编码一种约3×

105的单次跨膜蛋白，即Notch受体。大量的研究Notch受体广泛表达于从无脊椎动物到哺乳动表明，

物等多个物种，是一个在进化上十分保守的跨膜受它可与相邻细胞的Notch配体结合，从体蛋白家族，

而调节细胞的分化、增殖和凋亡，可影响从无脊椎动物到哺乳动物等多个物种的发育过程，调节细胞的21（7）牙体牙髓牙周病学杂志（ChinJConservDent）2011，·413·

定向分化，组织和器官的发育。近年来的研究还发

现Notch信号通路与细胞老化有着密切的关系，本文就其相关研究作一综述。

2细胞老化的表现

1Notch信号通路

细胞老化的概念由Hayflick等学者（1961）提

［5］

出的，他们研究发现正常人的成纤维细胞经过有限代数的体外培养后就进入了一个不可逆的增殖停滞的状态，细胞生长停留在G1－G0期，他们将此状态命名为复制性老化

［6］

Notch信号通路由位于细胞膜上的Notch受

体、配体和细胞核内的DNA结合蛋白3部分组成。哺乳动物细胞中有4种Notch受体和5种配体，即Notch1、Notch2、Notch3、Notch4受体和Delta样、Serrate样两类配体，Delta3、Delta4，分别为Delta1、Jagged1和Jagged2［1］。所有的Notch同源受体都是Ⅰ型跨膜蛋白，由胞外区、跨膜区和胞内区组成。胞外区有29～36个表皮生长因子样重复序列和3个富含半胱氨酸的Notch－LIN12重复序列（LIN）。6个锚蛋白样胞内区包含1个N端RAM结构域、

2个核定位信号、1个转录激活区、1个重复序列、

PEST结构域，胞内区负责将Notch信号转导到细

胞核内。

Notch受体及其配体均是跨膜蛋白，所以细胞－细胞间的接触是信号转导的先决条件［2］。Notch信号由两个邻近细胞的Notch受体与配体相互作

其经典的转导过程由一系列蛋白水解过用而激活，

。当某个细胞的Notch配体表达比相

邻细胞高时，该细胞产生定向分化。同时，这个细程组成

其胞膜上的Notch配体可与胞作为信号发送细胞，

相邻的信号接收细胞胞膜上的受体结合，激活Notch信号通路［1］。其转导的经典通路是CSL依赖性通路，具体过程为：配体与受体结合导致Notch受体构象发生改变，从而暴露受体胞外的S2位点，该位点为ADAM－TACE的酶切位点，随后在γ－分泌酶的介导下发生蛋白水解作用，释放出其活化形式的Notch细胞内段（NICD）并进入细胞［3］

核。NICD进入细胞核后，取代协同抑制分子，与DNA结合蛋白CSL结合，招募Mam、组蛋白乙酰基转移酶P300－CBP等转录共活化物，成为转录

［2，4］

。活化因子，进而启动下游靶基因的表达

Notch信号通路的主要功能可以分为两类：第一类是最为人们熟知的，即Notch信号对细胞命运

［1－3］

。并提出两种假说：

①正常细胞有限的复制抑制癌的发生；②细胞的衰

即衰老的细胞假老参与生物体衰老的整体进程，

说。关于细胞老化的机制还不完全清楚，目前的研究结果表明细胞老化是一系列基因活动变化的结

果，老化细胞在细胞水平、代谢相关酶水平和基因水平上均有与正常细胞不同的表现。2．1老化细胞形态的改变

老化细胞各种结构呈退行性变化，如质膜黏度增加，流动性下降；胞质内脂褐素等异常物质沉积，细胞器如线粒体的数量减少，体积增大；细胞形态表现为体积增大，胞体扁平，胞浆和核比例增大等2．2

［5，7］

。

老化细胞增殖能力的改变

［8］

老化细胞生长停滞，增殖减慢。其细胞周

期稳定地、不可逆地停滞于G0－G1期，丧失了对有丝分裂原的反应能力，不能进行DNA合成，不能进通常将细胞体外增殖能力作为老化入S期。目前，指标，广泛应用于老化研究中。2．3

老化细胞代谢相关酶改变

研究报道老化细胞内，含有受损或老化细胞器

（如线粒体、内质网碎片等）的自噬小体增多，细胞内不可降解的大分子物质逐渐积累，原有溶酶体不足以溶解、消化这些物质，从而导致细胞合成更多的初级溶酶体消化，以维持细胞的正常功能，绝大多数新生成的初级溶酶体吞噬这些物质，融合成次级溶酶体，进一步造成溶酶体体积增大，水解酶含

［7］

量增加。细胞溶酶体内存在一种水解酶，称为

［9］

β－半乳糖苷酶。Dimri等（1995）发现β－半乳

糖苷酶与细胞老化有关，体外培养的人二倍体成纤维细胞在pH为6时，其β－半乳糖苷酶染色的阳性率随年龄的增加而增加，因此将这种中性β－半乳糖苷酶定义为老化相关β－半乳糖苷酶（senes-cence－associatedβ－galactosidase，SA－β－Gal）。2．4老化相关基因

对细胞老化的发生机制和分子途径的研究表明，诱发细胞老化的刺激信号主要有端粒的和非端的选择、控制。如果这个选择发生在一个群体的细

胞中，称为侧向分化抑制；如果发生在两个子细胞，称为不对称分化的分配。第二类功能是果蝇，也可能是所有无脊椎动物的发育过程组织界限的形［1］成。·414·21（7）牙体牙髓牙周病学杂志（ChinJConservDent）2011，

粒的两大类：端粒信号主要是端粒脱帽；非端粒信号

主要有DNA损伤、氧化应激、癌基因过表达、营养状况不良等。这两大类刺激信号主要诱导两条信号途径：p53－p21－pRb途径和p16－pRb途径（在小鼠中则

［6］

。它们分别由主要为ARF－p53－p21－pRb途径）

p53和pRb控制，二者分别是两条信号途径的核心，

参与到肌细胞生成的过程中。这些结果表明抑制

Notch信号，可使年轻骨骼肌卫星细胞出现老化，而激活该信号则能使骨骼肌中的卫星细胞年轻化。

同时，关于牙源性细胞的研究也报道了Notch信号通路相关基因在人牙髓组织中的表达与年龄

［13］

相关。Tranasi等体外培养了年轻人（18～20岁）和老年人（57～60岁）第三磨牙的牙髓细胞，提取RNA，然后用Microarray分析了各种基因的表达Notch2、发现年轻人牙髓细胞内Notch1、情况，

Notch3基因表达水平分别是老年人牙髓细胞的1．70、2．39、1．95倍，即老年人牙髓细胞中Notch1～3基因的表达比年轻人牙髓细胞内表达水平低。这个结果表明Notch基因在年轻与年老牙髓细胞中的表达存在差异，提示Notch信号通路可能也参与人牙髓细胞的老化过程。邹晓英等运用γ－分泌酶抑制剂DAPT建立了Notch信号通路受到抑制的人牙髓细胞模型，并对这种细胞的老化相关指标进行了研究，结果显示：Notch信号通路被抑制的人牙髓细胞老化前移，其体外增殖能力和碱性磷酸酶活性均比相同代数的对照组细胞下降，老化相关β－半乳糖苷酶增多，老化相关基因p53表达升高。上述研究结果提示通过抑制Notch信号通路可促进人牙髓细胞老化。

综上所述，Notch信号通路在细胞的生命进程中起着重要作用，抑制此信号通路可能会导致细胞老化，那么，激活此信号通路是否会得到相反的结果，即延迟细胞的老化发生呢？目前尚未见到相关的研究报道，这也是一个更需探讨的话题。

［14］

是细胞老化的相关基因。目前最常用来检测细胞老

p16来检测。化的基因为p53，也可以用p21、

3Notch信号通路与细胞老化的关系

对于Notch信号通路的研究，以往主要集中在

Notch信号通路与肿瘤的关系以及与组织发育的Notch信号通路与细关系方面。近来的研究表明，

胞老化有着密切的联系，抑制此通路可能有促进细胞老化的作用。

Conboy等（2003）［10］首次报道了Notch信号通路与小鼠骨骼肌细胞的老化关系。他们发现：抑制Notch信号通路后，体外培养的成肌细胞增殖下降，分化增多；而激活Notch信号通路后，体外培养

分化减少。体内研究结果表的成肌细胞增殖增加，

明，抑制Notch信号通路后，年轻小鼠骨骼肌的再再生的肌管数目显著减少；而激生受到显著抑制，

活Notch信号通路能使年老肌细胞拥有再生的潜

能，并达到年轻肌细胞水平，提示Notch信号通路与细胞老化密切相关。Carey等对人骨骼肌细胞老化与Notch信号通路的关系作了进一步研究，他们体外培养了老年人（60～75岁）和年轻人（18～25岁）的骨骼肌细胞，比较两者Notch信号通路相关基因的表达，发现老年人骨骼肌细胞中Notch信号通路相关分子Notch1、Jagged1、Numb、Delta－like1的表达均显著下降，表明Notch信号下降是骨骼肌细胞增龄性变化的重要因素。Carlson的研究也有类似发现，结果表明在老化的人的骨骼肌细胞中仍存在着卫星细胞，随着TGF－β等

Notch的激活下降，和Smad3水平的增加，卫星细胞在肌肉的消耗过程中不能被再激活。而且研究表明对激活人肌肉干细胞中Notch信号起重要作用的MARK－pERK随着年龄的增长而逐渐减少。另外，还发现当激活Notch通路，从70岁老人骨骼肌中分离出来的卫星细胞的肌细胞生成反应变得“年轻化”，使它们看起来像20岁人的细胞；当Notch受到抑制时，，年轻细胞就立即“老化”不能［12］

［11］

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