脓毒症（sepsis）是机体对感染反应失调导致的危及生命的器官功能障碍^[1]。脓毒症及其引发的后续器官功能障碍是急危重症医学领域的难点^[2]。脓毒症患者最为常见的并发症是心肌损伤导致的心功能障碍，发生率高达40%~50%，它的出现提示疾病严重程度和预后都较差，对患者生命造成严重威胁^[3]。目前脓毒症心肌损伤尚无靶向治疗措施，主要是抗感染、补液等对症支持治疗^[4-5]，患者病死率逐年递增。脓毒症心肌损伤有着极其复杂的致病机制，几乎涵盖心肌细胞病理生理学所有方面，包括促炎/抗炎反应失调、氧化应激损伤、能量缺失以及线粒体功能障碍、细胞凋亡等，目前具体发病机制仍未完全阐明。Notch信号通路是一个高度保守且广泛应用于细胞之间通讯的信号通路，对细胞的诸多生理及病理过程都有举足轻重的作用^[6-7]，现有研究证实Notch信号可调控脓毒症心肌损伤的发生发展。线粒体作为脓毒症心肌损伤的重要发病机制之一已得到学界公认。研究发现，Notch信号与线粒体会产生交互作用，参与脓毒症心肌损伤的发展过程。本文就Notch信号和线粒体在脓毒症心肌损伤发病机制中的交互作用做一综述，以期为脓毒症心肌损伤的诊断和治疗提供理论基础以及新的发展方向。

1 Notch信号与脓毒症心肌损伤 1.1 Notch信号通路概述

Notch信号通路最初在果蝇中发现，因一个突变的等位基因导致翅缘缺损得名^[8]，其后与此相关的研究不断增加。随着深入研究发现，Notch信号通路由受体、配体及效应器分子3个部分构成^[9]。在哺乳动物体内，Notch信号通路主要有4种受体（Notch1~Notch4）和5种配体（Jagged1、Jagged2、Delta1、Delta3和Delta4），而胞内效应器分子以核转录抑制因子CSL[人类中的CBF1，果蝇中的Su（H），线虫中的LAG-1](也被称为RBP-Jκ）最为重要^[10]。Notch信号通路的激活是由受体与邻近细胞的配体相互作用，继而触发一系列蛋白裂解过程介导。其中CSL与Notch受体胞内段（notch intracellular domain, NICD）结合形成核转录复合体，诱发下游靶基因的表达^[11]。

Notch信号通路广泛存在于多细胞生物中，与诸多生理活动密切相关，还参与多种炎性病理过程。有研究显示Notch信号参与过敏性哮喘的气道炎症反应^[12]。Park等^[13]发现Notch信号在骨关节炎的软骨及滑膜细胞中高度表达，同时发现Notch信号可刺激滑膜细胞产生大量促炎因子并且上调免疫反应，抑制Notch信号则可减轻严重程度。

1.2 Notch信号在脓毒症心肌损伤中的作用

由于炎症在脓毒症心肌损伤的发病机制中处于极其重要的位置，又有大量数据表明Notch信号可参与免疫反应的调节，在炎性疾病中地位超然。由此可见，Notch信号与脓毒症心肌损伤关系十分密切，下文就Notch信号与TLR4相互串联以及Notch信号与NF-κB交互作用两个方面简要阐述Notch信号在脓毒症心肌损伤中的作用机制。

1.2.1 Notch信号与TLR4相互串联

脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是一种病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）可被Toll样受体4(Toll-like Receptors，TLR4) 识别并触发免疫应答反应，是感染病原微生物的早期信号^[14]。TLR4被LPS激活，会诱导炎症反应，促进脓毒症心肌损伤。除PAMPs外，组织损伤或炎症产生的某些内源性配体亦可激活TLR4。过度或持续的炎症反应进一步导致机体包括心肌的损伤，造成脓毒症休克的发生。

研究发现，Notch信号和TLR4之间存在串联。TLR4通过激活Notch靶基因位点上的组蛋白^[15]，或通过Notch受体和配体结合发挥调节Notch信号通路作用^[16-17]。活化的Notch信号能够增强与TLR4有关的炎症反应，阻断Notch信号则会减弱这种炎症反应^[18]。另外脂多糖在激活TLR4后会导致NICD含量增加，阻断TLR4后NICD含量减少，这证明脓毒症时心脏中的Notch信号会被TLR4诱导激活且与TLR4同步（图 1，Ⅰ）。为了进一步证明被TLR4介导的炎症与Notch信号之间的关系，研究人员在脓毒症大鼠模型中使用γ-分泌酶抑制剂DAPT，结果发现心脏中白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的表达降低，说明脓毒症时，抑制Notch信号可减轻心脏组织的炎症反应，反映Notch信号在脓毒症心肌损伤中起重要作用。

1.2.2 Notch信号与NF-κB交互作用

Jang等^[19]发现Notch1信号和NF-κB之间存在交互作用。一方面，Notch1信号活化可激活NF-κB的启动子，导致NF-κB亚基表达升高；另一方面，Notch1活化蛋白(NICD)水平降低，会导致NF-κB表达下降^[17]。Notch1信号可以通过调控NF-κB表达来调节机体炎症反应，这表明Notch1信号在脓毒症炎症反应紊乱中起重要作用（图 1，Ⅱ）。另外有证据表明阻断Notch1信号，可以有效抑制过度炎症反应^[19]。

血清基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）升高是炎症反应的重要标志，该酶也是NF-κB的作用靶点之一。研究表明在胰腺癌细胞中，Notch1信号可通过抑制NF-κB降低MMPs水平进而抑制肿瘤侵袭和转移^[20]。在心脏中也发现Notch信号对NF-κB的调控，研究表明在LPS刺激下，再抑制Notch信号会导致NF-κB p65的磷酸化和核易位减弱。另外，在巨噬细胞中发现Notch1信号与NF-κB之间的相互作用会导致TLR4诱导的炎症反应加强^[21-22]。

2 线粒体与脓毒症心肌损伤

证据表明，线粒体功能障碍是脓毒症的重要发病机制，值得注意的是，其对心脏影响尤其重大。线粒体作为心肌细胞氧化供能的中心，氧耗占比超过90%，同时线粒体还参与调节膜电位、细胞凋亡、细胞增殖以及细胞信号转导等过程，其结构和功能的异常会直接对心脏功能造成严重影响。研究发现，脓毒症患者心脏的线粒体相关基因出现普遍下调，线粒体肿胀以及线粒体嵴结构改变、线粒体膜存在局部损伤等现象^[23-24]，这表明线粒体与脓毒症的病程进展有关，心肌线粒体的功能障碍与脓毒症心肌损伤密切相关。线粒体在脓毒症心肌损伤中的重大作用得到了学者^[25]的认同。

线粒体在脓毒症心肌损伤中的作用机制有二。其一为线粒体结构受损；研究发现脓毒症大鼠心肌细胞线粒体排列紊乱且数量减少，伴随体积增大、嵴结构肿胀等变化，且部分出现变性^[26]。无独有偶，在脓毒症患者心肌细胞中，也发现线粒体的超微结构异常，包括线粒体肿胀、嵴消失、基质减少、内囊泡破裂、内外膜损伤等^[27-28]。这些证据说明线粒体结构受损是脓毒症心肌损伤的发病机制之一。其二为线粒体功能损伤；Zang等^[29]在脓毒症大鼠的心肌细胞中发现线粒体组成蛋白及功能蛋白的磷酸化作用下降了70%。Larche等^[30]已经证明线粒体功能损伤是脓毒症心肌损伤的致病性因素而非脓毒症的不良反应。脓毒症发生时，活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生与清除出现紊乱，导致线粒体DNA和相关蛋白损伤^[31-33]。同时积聚的大量ROS会对电子传递链产生不可逆转的抑制作用，从而降低线粒体呼吸链的功能，减少ATP生成，ROS同样对细胞有很强的毒性作用^[34]。以及在动物模型中证明，清除ROS可以有效提高线粒体功能，增强心脏收缩能力^[35]。Garrabou等^[36]发现脓毒症患者血清中的线粒体DNA浓度出现明显的上升，提示过量ROS会造成线粒体DNA释放入血，从而影响线粒体功能（图 1，Ⅲ）。有研究证明，细胞色素C氧化酶对脓毒症患者心肌存在非竞争性抑制作用，会中断线粒体氧化磷酸化过程，进而导致脓毒症心肌损伤。研究发现ROS生成过多、细胞色素C氧化酶活性的抑制等^[37-38]，均会导致细胞启动线粒体凋亡途径^[39]，进而引起心肌细胞损伤和功能障碍。已有大量研究证实，抑制线粒体途径的凋亡可以有效降低脓毒症心功能障碍。因此探索线粒体在脓毒症心肌损伤的相关作用机制，有望为脓毒症心肌损伤的防治提供新的思路。

3 Notch信号和线粒体交互作用与脓毒症心肌损伤

Notch作为经典的信号通路，与线粒体联系紧密。已有研究证实Notch1信号可通过作用缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α），降低心肌细胞内ROS含量，从而改善心肌功能^[40-41]。此外，Notch1信号可影响线粒体氧化磷酸化过程^[42]。近期研究发现Notch1信号可调节心肌细胞线粒体融合与分裂，保护心肌细胞。

线粒体为了维持正常，会保证融合和分裂处于稳定状态，避免受Ca2+超载、氧化应激、线粒体DNA突变等引起损伤。线粒体融合（mitofusin, ，MFN）蛋白由位于线粒体外膜的MFN1、MFN2和线粒体内膜的视神经萎缩蛋白1（optic atrophy protein 1，OPA1）组成，线粒体分裂蛋白由胞质的动力相关蛋白1（dynamin-related protein 1，DRP1）和线粒体外膜的人类线粒体裂解蛋白1（Fission protein 1，FIS1）组成。诸多研究均证明Notch1信号可调控线粒体融合/分裂稳态。第一次观察到线粒体动力学和Notch信号之间存在关联是胞浆中NICD通过抑制Bax蛋白寡聚化抑制线粒体分裂和细胞凋亡，这一过程由AKT及MFN协作完成^[43]。另一个关于线粒体动力学和Notch信号之间存在联系的证据是在果蝇滤泡细胞中发现，沉默Drp1基因会抑制滤泡细胞分化，激活Notch信号则会改善分化情况^[44]。

后续Perumalsamy等^[43]证实Notch1信号可通过NICD-AKT-MFN通路，调控线粒体融合相关蛋白来控制细胞存活。后续研究发现Notch1信号亦可以通过减少线粒体裂解，保护心肌细胞。NICD通过抑制线粒体分裂，减轻细胞凋亡^[45]。在胃癌及乳腺癌细胞中，发现过度激活的Notch1信号会打破线粒体融合-分裂稳态^[46]。Kasturi Mitra等^[44]也证实Notch1信号可通过PI3K-AKT，调控线粒体融合-分裂。研究显示三阴性乳腺癌中线粒体分裂融合与Notch信号有交互作用。诸多研究证明Notch1信号对心肌的保护作用依赖于MFN1/DRP1蛋白所参与的线粒体动力学过程（图 1，Ⅳ）。同时近期研究发现Notch信号的下游转录因子RBP-Jκ可激活MFN1，提高其在损伤心肌细胞中的表达。

此外，Pena等^[47]研究表明Notch3信号可影响线粒体呼吸链复合体Ⅰ和Ⅴ，导致线粒体功能失调。Malandrini等^[48]研究表明Notch3信号可影响线粒体的能量代谢。亦有研究发现Notch3信号能够促进人主动脉平滑肌细胞MFN2的表达^[49]。在线粒体融合缺陷小鼠胚胎干细胞（ESC）的心肌细胞分化过程中发现，ESC细胞内线粒体分布改变会增加胞浆内Ca2+负载和钙调神经磷酸酶的活性，这些变化会导致Notch1信号持续性激活，挽救了融合缺陷ESC的分化。线粒体通过Ca2+、钙调神经磷酸酶和Notch信号之间的相互作用影响细胞分化。

综上所述，前期大量研究已证实Notch信号与线粒体均是脓毒症心肌损伤的关键发病机制。目前研究已经证实Notch信号与线粒体有直接调控关系，因此靶向Notch信号可能是脓毒症心肌损伤的有效治疗策略。但现下关于Notch信号与线粒体之间的机制尚未得到明确论述，故未来急需深入地探寻Notch信号与线粒体之间的交互作用，以及其在脓毒症心肌损伤发病机制中的研究，阐明具体作用途径，为临床提供更精准的治疗思路。

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