Notch信号通路与乳腺癌的研究进展

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（南华大学附属第一医院，湖南 衡阳 421001）

Notch信号通路与乳腺癌的研究进展

刘宇徐海帆*

（南华大学附属第一医院，湖南 衡阳 421001）

Notch 信号通路是一条进化过程中高度保守的信号通路，广泛存在于生物进化过程中，是决定细胞命运的重要通路之一，相邻细胞通过 Notch 受体与配体相互作用转导细胞信号，在细胞的增值、分化及凋亡过程中发挥重要的调控作用。Notch 信号通路的异常激活与乳腺癌的发生、发展有着密切关系，本文对 Notch 信号通路及其异常表达与乳腺癌的关系进行综述，重点讲述 Notch 信号通路与乳腺癌的发病机制，希望能给靶向治疗乳腺癌带来一条新的思路。

乳腺癌；Notch 信号通路；发病机制；治疗

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，其病死率在女性所患癌症中高居第2位，严重危害女性身心健康。全球每年大约有100万人被诊断为乳腺癌，主要为女性患者，男性患病率仅为1%，乳腺癌的好发年龄在为50～70岁，且有年轻化趋势。研究表明乳腺癌好发于北美、北欧等发达国家，在我国沿海地区其发病率和病死率也较高。乳腺癌治疗主要为手术，配合化疗、放疗、内分泌治疗、分子靶向治疗，随着乳腺癌筛查水平的提高和综合治疗手段的发展，乳腺癌的5年生存率接近90%，不过乳腺癌的长期复发率仍高达20%，在最初治疗后出现复发和转移仍然是现代医学的难题，也是导致乳腺癌死亡的最主要原因[1]。

Notch信号通路具有决定细胞命运的能力，可以控制许多细胞变化的进程，包括细胞的增殖、分化及凋亡[2]。研究表明Notch信号通路的异常激活与许多恶性肿瘤的发病有关[3]，本文重点探讨Notch信号通路与乳腺癌发病的机制，希望为人们以后开发针对Notch信号为靶点的新抗癌药物提供理论基础，给乳腺癌的治愈带来希望。

1 Notch信号通路的简述

1.1 Notch信号通路的结构：一个完整的Notch信号通路包括Notch受体、Notch配体、DNA结合部分组成。在哺乳动物中有4个Notch受体和5个配体。Notch受体含Notch1-4，是一种单跨膜蛋白，具有高度保守性，Notch受体包括胞外区（NEC）、跨膜区（NTM）、胞内区（NICD/ICN）。胞外区负责与配体结合启动Notch，跨膜区启动Notch信号通路，胞外区则负责将Notch信号转到细胞核内。

已知的5种Notch配体分为包括两大类，Delta样配体（Dll-1 Dll-3 Dll-4）和 Serrate样配体（Jagged-1和Jagged-2），它们也是一种跨膜蛋白，每个配体具有数量不同的表皮生长银子样重复序列，保守的N端为Notch受体结合和活化所必需的DSL基序。

1.2 Notch信号通路作用机制：经典的Notch信号通路称为CBF-1/RBPJκ依赖途径，它的激活需要经过三步酶切过程，首先在内质网合成Notch基因编码的Notch受体前体蛋白在高尔基体内furin-like蛋白酶作用下产生ECN和TM两个亚基，二者以Ca2+依赖性的非共价键形成二聚体形式的Notch受体，然后与Notch配体结合到胞外区后，在肿瘤坏死因子转化酶/去整合素-金属蛋白酶（TACE/ADAM）的作用下被切割成2个片段，一个N端裂解产物（ECN）被配体表达细胞吞噬，另一个形成的含C端裂解产物进一步在分泌酶γ（γ-secretase）作用下发生再次裂解从而释放Notch胞内段（NICD），NICD进入细胞核内从而发挥传递信号作用。

Notch信号通路信号传导还通过其他途径发挥作用，调节Notch靶基因转录编码HES和HE等碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）家族转录因子，它们诱导下游基因表达，从而促进细胞增殖和抑制细胞分化[4]。

2 Notch信号通路与乳腺癌

Notch信号在乳腺癌的发生和进展过程中扮演着十分重要的角色，正常的乳腺组织中存在着高水平表达的 Numb（Notch通路的负性调节因子），这种负性调节作用的削弱会导致乳腺癌发生[5]。激活Notch信号可以维持乳腺癌干细胞的干性。紊乱的Notch信号通路不仅能够直接引起乳腺癌的发生，而且Notch信号还可通过与其他信号通路的相互作用间接诱导乳腺癌的形成。Notch信号不仅是一个促癌基因，而且还是抑癌基因，乳腺癌与Notch信号通路的异常关系密切。

2.1 乳腺癌干细胞：依据癌症干细胞（cancer stem cells，CSCs）理论，癌症干细胞是癌瘤中存在的一小群具有干细胞特性的癌细胞，它们具有自我更新能力，并且能分化产生出多种类型的癌细胞[6]。癌症干细胞是导致恶性肿瘤复发和转移的根源[7]。

与正常乳腺干细胞类似，Wnt、Notch、Hedgehog和Bmi等几条信号通路被认为是调控了乳腺癌干细胞的自我更新和分化，而Notch信号通路在乳腺癌干细胞中已经被证实具有特殊作用。抑制Notch信号通路可以导致干细胞的减少，从而改善恶性肿瘤化疗的疗效[8]，Suman等发现通过Proralidin特异性抑制Notch1可以导致乳腺癌干细胞的生长停止[9]，Harrison等证明了Notch4受体比Notch1更具有调节乳腺癌干细胞的活性能力，特异性抑制其受体可以极大地降低肿瘤微球体克隆形成率，从而降低乳腺癌干细胞的自我更新能力[10]。

2.2 Notch受体：在乳腺癌发展过程中Notch1的高表达可以作为一种早期标志[11]，研究表明Notch1在乳腺癌中呈高表达，Suruchi等[5]研究发现，Notch1在正常乳腺组织中低表达，而在乳腺癌组织中其表达增加了3倍以上。抑制Notch1可以导致乳腺癌细胞生长停止[9]，激活Notch1信号通路可以促进乳腺癌的恶性特征，Notchl 高表达可以引起人类乳腺癌的低分化和低生存率[12]。

目前Notch2在乳腺癌中的作用尚不清楚，有研究表明，Notch2的过度表达在M DA -M B -231中明显减少乳腺癌的生长，同时增加细胞凋亡[13]，具有较明显的抑癌作用。Parr等发现Notch2表达跟乳腺癌患者的生存率有密切关系，Notch2高表达一般伴随着较好的肿瘤分化类型[14]。但也有研究结论相反，Sehrawat等发现Notch2的激活可以抵抗抗肿瘤药物的作用[15]。

研究发现在HER-2阴性的乳腺癌中，下调Notch3抑制它的增值，促进细胞的凋亡。Cui等[16]研究表明Notch3也可以通过细胞的衰老调节作用充当一个潜在的肿瘤抑制功能。

Costa等[17]研究表明Notch4是肿瘤发病和肿瘤早期灌注所必需的，它在人和鼠的乳腺肿瘤血管中高表达。而在三阴性乳腺癌中，抑制Notch4可以减少乳腺癌细胞的增值和侵袭性，同时可以减小肿瘤的体积和小鼠的致瘤性，Notch4的高表达可以增强乳腺癌细胞的增值和侵袭力[18]，证明了Notch4与肿瘤的侵袭性和恶性程度相关。还有人研究证实Notch1和Notch4可以作为一种评估乳腺癌预后的标记[19]。

2.3 与其他信号通路的相互作用：Notch信号通路的致癌作用部分需要通过与其他的信号通路地交流和串线，Hurlbut 等[20]指出了超过50种的与前后联系的Notch串线网，如RTKs、HH、Jak/STAT、TGF-β、Wnt、Ras、Hedgehog等。

有研究表明在人乳腺癌中，异常Hedgehog协同Notch和Wnt信号一起调节乳腺癌干细胞的自我更新和分化能力[21]。同时Notch配体JAG2在致癌过程中也是通过Hedgehog信号通路被激活[22]。

Ras在调控恶性肿瘤转换过程中起着十分重要的作用，Weijzen等证明了致癌性的Ras活化Notch信号通路，而Notch1是人类细胞Ras转换的所必需的。Ras可以提高Notch1 ICD的水平和活性，上调Notch配体的Dll-1的表达[23]。这些都说明Notch信号协同Ras通路在乳腺癌的发病机制中扮演着重要角色。

Wnt信号在调节正常乳腺发育过程中扮演至关重要的作用，异常的Wnt信号可以导致乳腺的发生。Wnt和Notch信号的交互作用在已经被确立为致癌因子。如Ayyannan 等证明了乳腺上皮细胞表达 Wnt1并引起Notch信号通路激活从而导致乳腺癌的发生[24]。

3 与Notch信号相关的乳腺癌靶向治疗

乳腺癌严重危害女性的身心健康，随着研究的不断深入，我们发现了针对HER –2分子靶向治疗，也取得了一些成绩，但是还是具有它的局限性。目前临床上对于ER（-） PR（-）、 CerbB2（-）的三阴性乳腺癌治疗手段相关匮乏，预后也较差，同时抗HER2 药物的耐药问题日益彰显。乳腺癌与Notch信号通路的关系成为大家研究的热点，针对Notch信号通路可能成为一种新型的靶向治疗乳腺癌的手段，目前抑制Notch信号通路主要分为两类，一种是非选择性的，包括γ- 促分泌素抑制剂（GSIs）[25]、另一类是选择性的，阻断剂以生物制剂为主，包括单克隆抗体[26]、Notch受体拮抗剂-Numb[27]以及通过沉默RNA导致Notch受体和配体失活的siRNA[28]。选择性抑制剂特异性强，不良反应小，不易产生耐药性，相比之下，非选择性抑制剂的毒性更高，但由于肿瘤细胞表达不止一种Notch受体，故非选择性抑制剂在某种情况下可能更有临床价值。

4 结 语

Notch信号通路与乳腺癌的发生、发展存在着密切的关系，具有的机制还有待进一步的研究，通过靶向作用Notch信号通路的治疗乳腺癌可能成为一种治疗手段，具有相当可观的前景，但是它们对人体自身的影响和疗效还有待进一步探索。

[1] Jemal A,Siegel R,Ward E,et al.Cancer statistics[J].Cancer J Clin, 2009,59(4): 225-249.

[2] Wang Z,Li Y,Banerjee S,et al.Down-regulation of Notch-1 and Jagged-1 inhibits prostate cancer cell growth,migration and invasion, and induces apoptosis via inactivation of Akt,mTOR,and NF-kappaB signaling pathways[J].J Cell Biochem,2010,109(4): 726–736.

[3] Ntziachristos P,Lim JS,Sage J,et al.From Fly Wings to Targeted Cancer Therapies:A Centennial for Notch Signaling[J].Cancer Cell,2014,25(3):318-334.

[4] 魏秋芳,刘良裕,刘枫,等.Notch信号通路与肿瘤干细胞及抑制剂研究进展[J].中国药学杂志,2014,49(6):441.

[5] Mittal S,Subramanyam D,Dey D,et al.Cooperation of Notch and Ras/MAPK signaling pathways in human breast carcinogenesis[J]. Mol Cancer,2009,23(8): 128.

[6] Ghosh N,Matsui W.Cancer stem cells in multiple myeloma[J]. Cancer Lett,2009,277(1): 1-7.

[7] Reya T,Morrison SJ,Clarke MF,et al.Stem cells,cancer,and cancer stem cells[J].Nature,2001,414(6859): 105-111.

[8] Qiu M,Peng Q,Jiang I,et al.Specific inhibition of Notch1 signaling enhances the antitumor efficacy of chemotherapy in triple negative breast cancer through reduction of cancer stem cells[J].Cancer Lett,2013,328(2):261-270.

[9] Suman S,Das TP,Damodaran C Silencing NOTCH signaling causes growth arrest in both breast cancer stem cells and breast cancer cells[J].Br J Cancer,2013,109(10):2587-2596.

[10] Harrison H,Farnie G,Howell SJ,et al.Regulation of Breast Cancer Stem Cell Activity by Signalling Through the Notch4 Receptor[J]. Cancer Res,2010,70(2): 709-718.

[11] Zardawi SJ,Zardawi I,McNeil CM,et al.High Notch1 protein expression is an early event in breast cancer development and is associated with the HER-2 molecular subtype[J].Histopathology,2010, 56(4):286–296.

[12] Parr C,Watkins G,Jiang WG.The possible correlation of Notch-1 and Notch-2 with clinical outcome and tumor clinicopathological parameters inhuman breast cancer[J].Int J Mol Med,2004,14(5): 779-786.

[13] O'Neill CF,Urs S,Cinelli C,et al .Notch 2 signaling induces apoptosis and inhibits human MDA-M B-231[J].Am J Pathol,2007,171 (3):1023-1036.

[14] Parr C,Watkins G,Jiang WG.The possible correlation of Notch-1and Notch-2 with clinicaloutcome and tumour clinicopathological parameters in human breast cancer[J].Int J Mol Med, 2004,14(5): 779-786.

[15] Sehrawat A,Sakao K,Singh SV.Notch2 activation is protective against anticancer effects of zerumbone in human breast cancer cells[J].Breast Cancer Res Treat,2014,146(3):543-555.

[16] Hang Cui,Yahui Kong,Mei Xu,et al.Notch3 functions as a tumor suppressor by controlling cellular senescence[J].Cancer Res, 2013,73(11): 3451–3459.

[17] Nagamatsu I,Onishi H,Matsushita S,et al.NOTCH4 is a potential therapeutic target for triple-negative breast cancer[J]. Anticancer Res,2014,34(1):69-80.

[18] Costa MJ,Wu X,Cuervo H,et al.Notch4 is required for tumor onset and perfusion[J].Vasc Cell,2013,5(1):7.

[19] Yao K,Rizzo P,Rajan P,et al .Notch-1 and notch-4 receptors as prognostic markers in breast cancer[J].Int J Surg Pathol,2011,19 (5):607-613.

[20] Hurlbut GD,Kankel MW,Lake RJ,et al.Crossing paths with Notch in the hyper-network[J].Curr Opin Cell Biol,2007,19(2):166-175. [21] Zhao X,Malhotra GK,Lele SM,et al.Telomeraseimmortalized human mammary stem/progenitor cells with ability to self-renew and differentiate[J].Proc Natl Acad Sci USA,2010,107(35):14146-14151.

[22] Katoh M.Networking of WNT,FGF,Notch,BMP,and Hedgehog signaling pathways during carcinogenesis[J].Stem Cell Rev,2007, 3(1):30-38.

[23] Weijzen S,Rizzo P,Braid M,et al.Activation of Notch-1 signaling maintains the neoplastic phenotype in human Ras-transformed cells[J].Nat Med,2002,8(11):979-986.

[24] Ayyanan A,Civenni G,Ciarloni L,et al .Increased Wnt signaling triggers on cogenic conversion of human breast epithelial cells by a Notch- dependent mechanism[J].Proc Natl Acad Sci USA,2006, 103(10):3799-3804.

[25] Han J.,Ma I,Hendzel MJ,et al.The cytotoxicity of gammasecretase inhibitor I to breast cancer cells is mediated by proteasome inhibition,not by gamma-secretase inhibition[J].Breast Cancer Res, 2009,11(4):R57.

[26] Wu Y,Cainhon C,Choy L,et al.Therapeutic antibody targeting of individual Notch receptors[J]. Nature,2010,464(7291):1052-1057. [27] Katoh M.NUMB is a break of WNT- Notch signaling cycle[J].Int J Mol Med,2006,18(3):517-521.

[28] Zang S,Chen F,Dai J,et al.RNAi-mediated knockdown of Notch-1 leads to cell growth inhibition and enhanced chemosensitivity in human breast cancer[J].Oncol Reports,2010,23(4):893-899.

Progress of Notch Signaling Pathway in Breast Cancer

LIU Yu, XU Hai-fan
(First Affiliated Hospital of Nanhua University, Hengyang 421001, China)

During evolution signal patchway, Notch signal patchway is a highiy conserved which is widely exist in organism evolution and is one of the important determine cells fate pathway. Between Notch receptor and ligand interaction transmit adjacent cell signal, which plays an important role in regulating value, differentiation and apoptosis of cells. Notch signal pathway abnormal activation, relationship with of breast cancer. This review Notch signal pathway and abnormal express with breast cancer. This important report Notch signaling pathway in the pathogenesis of breast cancer. I wish bring a new strategy to provide breast cancer targeted treatment.

Breast cancer; Notch signal patchway; Mechanisms; Treatment

R737.9

：A

：1671-8194（2014）30-0054-03

*通讯作者：E-mail:19607345916@163.com