胆管系统是一个复杂的三维的网络系统，由肝内、肝外胆管及胆囊组成，并与小肠相通，其主要功能能是排泄胆汁到小肠，部分肝内胆管尚有分泌胆汁及浓缩胆汁的作用^[1,2]。胆管系统的发育及成熟是一个需要各种信号通路及调节因子对其在时间和空间上进行精确调控的过程，与胆管发育有关的信号通路包括Notch、TGF-β、Wnt、Hippo等信号通路^[3,4]。国内外的研究证明在胆管系统发育及成熟的过程中Notch信号通路起着非常重要的作用^[5,6]。本文将从Notch信号通路在胆管发育及成熟过程中的作用进行简要论述。

Notch信号通路是一条广泛存在于脊椎动物和非脊椎动物中的影响细胞命运的、保守而重要的信号转导通路，几乎涉及所有细胞的增殖和分化活动，包括干细胞功能的维护，细胞的分化、凋亡，以及一系列生理、病理过程中都起着重要作用^[7,8,9]。Notch基因最早于1917年由Thomas Hunt Morgan在果蝇中发现，因其功能部分缺失会在果蝇翅膀的边缘造成切迹而命名^[10]，1980年此基因首次被克隆出来，哺乳动物的Notch基因编码一种膜蛋白受体，由Notch受体(Notch 1.2.3.4)、Notch配体(DLL1，DLL3，DLL4，Jagged1和Jagged 2)及细胞内效应器分子(CSL-DNA结合蛋白，哺乳动物中为RBP-Jk)三部分组成^[11]，其在人类中的靶基因包括HES和HERP家族^[12]。表达Notch的细胞与细胞接触后，其配体与受体结合，在细胞外的金属蛋白酶^[13]和细胞内的γ-分泌酶^[14]的共同作用下释放出Notch胞内段(NICD)，转入细胞核内与细胞内效应器分子(CSL，哺乳动物为RBP-Jk)结合形成一个共激活的三聚复合体^[15]，从而调控靶基因发挥其生物作用^[16]。

肝内胆管上皮细胞来源于前肠胚层的肝母细胞^[3]，主要经过3个阶段发育形成肝内胆管。

第一阶段，肝母细胞分化成胆管前体细胞。约在小鼠胚胎第11.5天时，靠近肝脏门静脉的肝母细胞开始表达胆管上皮细胞最早的标志物Sox9，标志着胆管细胞开始发育^[17]。随后第12.5天靠近这些肝母细胞的间质细胞开始表达Jagged1^[18,19]，通过间质细胞与肝母细胞之间的细胞反应激活Notch信号通路，促进肝母细胞中Notch2的表达上调^[18,20,21]，从而促使周围肝母细胞中的胆管上皮细胞特异性标记物(如Sox-9和HNF1β等)上调，通过表达NICD抑制肝母细胞向肝细胞方向分化，相反，若下调Notch2的表达，则可使肝母细胞分化成肝细胞^[22]。Thakurdas等^[23]的研究证实抑制JAG1的表达可导致肝内胆管发育受损。Tchorz等^[24]在体外小鼠模型中过度激活肝组织中Notch2的表达，结果促进了肝母细胞分化成胆管细胞，在门静脉周围可见更多的胆管形成，并且可见小叶间有异位胆管形成，说明Notch2过表达可促进胆管的形成，Wang等^[25]在研究肝内胆管癌的时候亦发现Notch2在胆管上皮细胞的正常分化中的重要作用，并且过表达Notch2可以促进胆管上皮细胞异常增殖，诱导肝内胆管癌的发生。同时门静脉周围的间质细胞还分泌TGFβ，形成从门静脉区域到肝实质区域从高到低的TGFβ的梯度浓度^[26,27]，两种信号通路共同促进门静脉周围的肝母细胞分化成胆管前体细胞。

第二阶段，胆管板形成。门静脉周围的肝母细胞在Jagged1激活的Notch信号通路以及其他信号通路作用下不断分化成胆管前体细胞，从而形成指环状结构，称之为"胆管板"，围绕在门静脉周围，形成胆管的第一层细胞层，并且这些胆管板细胞也开始表达Jagged1，从而促进更多的肝母细胞分化成胆管前体细胞^[28]。Wang等^[29]在小鼠动物模型中证实，Jagged1的表达控制了胆管上皮细胞形成胆管的过程，Hofmann等^[30]的研究显示了Jagged1基因敲除的小鼠中门静脉间质细胞的Jagged1表达失活，周围可见较多的CK19阳性的胆管上皮细胞，但是未见胆管板及胆管等结构，说明门静脉间质细胞中Jagged1的表达在胆管板的形成过程中起着重要作用。更多的文献显示Jagged1^[31,32]以及Notch2^[33,34]的缺失将导致以肝内胆管缺失和胆汁淤积为主要表现的Alagille综合征。有学者在人类胚胎肝组织中靠近表达Jagged1"胆管板"的胆管前体细胞中检测到Notch3的表达，在正常的儿童肝脏中Notch1和Notch2可在成熟胆管细胞上检测到，而在Alagille综合征、肝外胆管闭锁以及α1抗胰蛋白酶缺乏症等疾病中增生的胆管细胞中未见有Notch受体的表达，Notch2和Notch3的却在基质细胞可检测到，而且Notch3在这些疾病中的血管和纤维组织间隔中可见表达，说明Notch信号通路的配体Jagged1以及受体Notch2、Notch3在胆管的发育启动过程中起着重要作用^[19]。Falix等^[35]在Notch2基因敲除的小鼠模型中发现胚胎时期和出生后肝组织中CK19、Sox9阳性的胆管结构缺失，并且可见广泛的胆汁淤积性肝坏死和明显的生长缓慢，以及15%的死亡率，但是断奶后存活的小鼠肝脏中可见较缓慢二次胆管细胞增生，并逐渐形成新的、很少或不相互连接的、形态多样、杂乱的并与肝外胆管相连接的胆管，并且在6个月时有30%的小鼠出现黄疸消失，mRNA检测显示Notch2和Hnf6 mRNA在Notch2基因敲除小鼠中较正常小鼠永久性的降低，与胆管发育相关的Foxa1，Foxa2，Hhex，Hnf1β，Cebpα以及Sox9 mRNA在Notch2基因敲除小鼠胚胎及生后中较正常小鼠降低，而在存活到断奶后的小鼠中除了Foxa2的水平仍较低外，其他的都恢复到正常水平，甚至有所增高，说明Notch2在早期胆管板形成的时候起着重要作用。

第三阶段，胆管形成。胆管发育及成熟是一个连续的过程，在管状形成过程中需要经历一个短暂的非对称结构的过程^[17,28]，即在小鼠胚胎发育到第15.5天时，这些持续表达Jagged1的单层胆管板结构的胆管上皮细胞开始出现去极化，逐渐迁移，形成靠近门静脉一侧的为具有胆管细胞标志的(CK19，SOX9，OPN，HNF1β，高水平的E-钙黏蛋白)的第一层胆管结构；而在靠近肝实质侧的肝母细胞在16.5 d也开始表达HES1，出现去极化，迁移形成具有肝母细胞标志(HNF4α，低水平的E-钙黏蛋白)的第二层胆管结构，从而形成一个双细胞层的结构^[36]，称为原始胆管，这些原始的胆管拥有一个独特的非对称的结构。随后靠近肝实质侧的肝母细胞也在Jagged1、HES1及TGFβ和其他信号通路的作用下分化成胆管细胞，从而形成一个对称的成熟的胆管结构^[37]。Wang等^[29]在孕18.5 d小鼠中证实在门静脉周围的胆管上皮细胞持续表达SOX9，从而形成管状结构。有研究证明持续激活Notch1的表达可上调SOX9的表达，而SOX9的缺乏可致这种不对称的原始管状结构向对称的管状结构的发育成熟延迟，即SOX9可以调控胆管成熟的时间，并且是Notch信号通路的靶基因^[17,28]，Wang等^[25]在研究肝内胆管癌时亦发现沉默Notch2的表达可下调Sox9和EpCAM胆管标志物的表达，从而抑制胆管上皮细胞的形成。Kodama等^[37]在HES1基因敲除的小鼠动物模型上观察到肝母细胞虽然可以分化形成正常的胆管板结构，但是不能够形成任何管状结构，即不能形成成熟的胆管，Zhang等^[38]通过HES1siRNA抑制3D凝胶系统培养的胆管上皮细胞HES1的表达，结果胆管上皮性细胞无法形成正常胆管，而对照组可见到成熟胆管的形成，说明HES1基因在胆管板结构发育形成胆管结构的过程中起着重要作用，并且SOX9的缺失将导致HES1的表达受阻，从而影响胆管细胞的分化及发育^[17]。Jeliazkova等^[39]的研究证明Notch2通过RBP-Jk介导的Notch信号通路来调控胚胎时期胆管细胞的分化及管状胆管的形成，同时也调控者成年肝细胞向胆管细胞的转化。Fiorotto等^[40]的研究证实Notch2基因敲除的小鼠模型不能形成正常的胆管，而敲除RBP-Jk基因将致成熟胆管上皮细胞数量明显减少以及不能形成管状结构。在EB病毒(EBV)感染的小鼠模型中细胞核的核蛋白可以结合RBP-Jk，抑制RBP-Jk的功能，从而通过降低HES1的表达来减少Notch信号通路的激活^[41]。Sparks等^[42]的研究表明通过敲除RBP-Jk基因可以抑制Notch信号通路的表达，从而使肝内胆管的数量明显减少，并且激活肝母细胞中Notch1的表达可增加胆管的数量。Vanderpool等^[43]的研究亦证明Notch信号通路细胞内效应器分子RBP-Jk的缺失，可致胆管上皮细胞的减少以及胆管分支密度的减少。Lu等^[44]的研究发现在RPB-JK基因敲除的小鼠模型其早期胚胎发育正常，而在围产期和出生后胆管发育异常，导致胆汁淤积，表明RBP-JK主要是在后期胆管成熟过程中起着重要作用。So等^[45]在研究Wnt/b-Catenin信号通路在斑马鱼肝内胆管发育的调控作用时发现，Wnt/b-Catenin通过调控Notch信号通路的配体基因JAG1和JAG2b的表达来调控胆管形态的发生，抑制Wnt/b-Catenin信号将使胆管上皮细胞Notch活性降低，导致肝内胆管的缺损，而上调Notch信号则可恢复肝内胆管形态的发生。Zagory等^[46]在胆管闭锁婴儿中发现Notch配体JAG1和其受体Notch2的基因表达增加，胆汁淤积的小鼠模型中增生的胆管上皮细胞中Notch2及Notch靶基因HES1的表达升高，说明了Notch信号通路在胆管的增生中有着重要作用。

尽管肝内、肝外胆管都主要覆盖着胆管上皮细胞，但他们的起源却是截然不同的，肝外胆管上皮细胞来源于内胚层的肝芽的尾部和腹侧的霍夫曼氏管之间的部位，与胰腺组织起源于同一部位，共同由Pdx1＋细胞分化而来^[47]，随后这些细胞逐渐开始表达Sox17，不表达Pdx1，最后分化成肝外胆管上皮细胞，而持续表达Pdx1不表达Sox17的细胞则分化成胰腺细胞^[48]。对肝外胆管的发育及形成的研究目前仍不是很明确，远不如肝内胆管研究透彻，与肝内胆管的发育一样，肝外胆管的发育同样受到如HNF6 ，HNF1b ，Hex和Notch信号通路的效应基因Hes1等的调控^[3,49]，然而，肝内肝外胆管的发育仍然存在一定的差别，例如缺乏转录因子Foxf1将导致肝外胆管及胆囊的缺失，对肝内胆管的发育却无任何影响^[50]。同时，肝外胆管的发育与胰腺和肠管的发育密切相关，与Sox17基因缺陷相似，Hes1与肝外胆管的发育密切相关，缺失将致肝外胆管的缺失并发育成异常的胰腺组织^[51]。Arterbery等^[49]的研究亦证明HES1基因的缺失可致胆囊的缺失，肝外、肝内胆管的闭锁。Kohsaka等^[52]对102例肝外胆管闭锁患儿进行研究时发现9例病情严重的患儿有Jagged1基因突变，Rakheja等^[53]亦在肝外胆管闭锁中发现Notch信号通路效应基因Hes1的表达异常升高，说明Notch信号通路的配体Jagged1以及其效应基因Hes1在肝外胆管的发育过程中具有重要作用，其不正常的表达，可致肝外胆管的异常发育，甚至缺失。但Notch信号通路的其他组成部分是否在肝外胆管发育过程中也起着重要作用，目前尚不明确，需要进一步的研究。

综上所述，Notch信号通路的配体、受体及靶基因在胆管上皮细胞的分化及胆管的形成过程中都起着关键的作用，并且Notch信号的异常表达可致胆管发育的异常，随着Notch信号通路研究的不断深入，其在肝内、肝外胆管发育以及胆管系统疾病中的作用必将逐渐明了，可为以后研究胆管系统相关疾病的发病机制以及探索新的治疗方法提供理论基础和新的方向。