Notch信号通路在胃癌中的研究进展

郭丽莹(综述)，陈新华，彭 琳(审校)

(1.内蒙古医科大学，呼和浩特 010059； 2.内蒙古医科大学附属人民医院消化内科，呼和浩特 010020)

Notch基因1919年发现于果蝇体内，其突变可造成果蝇的翅缘出现缺口(“缺口”英语译为Notch)[1]。1983年，果蝇的Notch基因被克隆[2]。Notch信号通路是一种遗传进化上高度保守，反应相邻细胞间通信作用的一种信号通路，并与其他信号通路也存在着串话。目前大量研究证明，在成人Notch功能障碍会导致发育缺陷和疾病，如参与肿瘤的发生、发展[3]。Notch不仅在正常胃黏膜中表达，而且信号通路中相关因子也参与了胃癌的发生、发展，有利于进一步揭示胃癌发生、发展的可能分子机制，为胃癌治疗提出新的可能靶点。

1 Notch信号通路的简述

1.1Notch信号通路的组成及作用机制 Notch受体是单跨膜受体[2]，它是由相邻细胞的DSL(Delta-Serrate-Lag2 domain)家族的跨膜配体激活。在果蝇有1个Notch受体和2个配体；在哺乳动物，有4个Notch受体(Notch1～4)和5个配体(Jagged1，2和Delta-like1,3，4)。该受体的前体蛋白在高尔基体合成后向胞膜转运的过程中，在S1位点被Furin家族的蛋白酶裂解[4]，形成由一个异外亚基(Notch胞外域，Notch extra-cellular domain,NECD)(非共价结合的跨膜)和在质膜中的胞内亚基(膜-拴系的细胞内结构域，membrane-tethered intracellular domain,NTM)[5]组成的异源二聚体。邻近细胞表面的配体结合异源二聚体的胞外区和内吞作用被认为是胞外亚基和胞内亚基这两个亚基解离产生的物理力，从而诱导NTM构象变化和受体的激活[6-7]。NTM的这种构象变化在NTM的胞外部分产生一个裂解位点，即S2，在S2位点被ADAM金属酶裂解。在这个点的切割导致激活Notch膜锚定的形式(Notch细胞外截断，Notch extra-cellular truncation,NEXT)。接着NEXT被γ-分泌酶复合物首先在S3位点裂解，然后在S4位点裂解最终导致细胞内结构域(Notch intracellular domain,NICD)的释放。NICD有两个核定位信号，使NICD直接到核内与DNA结合蛋白RBP-J(Recombination signal Binding protein-J)链接。RBP-J在未与NICD结合的情况下，键合到低(RTGRGAR)或高亲和力(YGTGRGAA)的结合位点并结合转录抑制因子，包括NCoR(Notch Co-Repressors)/SMRT、SKIP(Ski-interacting protein)、CIR、Hairless/CtBP、 FLH1C/KyoT2、Groucho/TLE及 MINT/SHARP/SPEN抑制大多数Notch靶基因的表达[8]。当NICD进入核内，NICD与RBP-J结合后可产生多种效应，RBP-J可与不同的启动子结合产生转录活化或抑制作用，从而导致Notch信号在调节基因的表达中产生协同或拮抗作用。

1.2Notch信号的调控

1.2.1配体-受体结合水平的调节 Notch信号转导通路在配体-受体结合水平上的调节(如高尔基体中的N-乙酰葡糖基转移酶Fringe蛋白)可以对Notch受体胞外区进行糖基化修饰，赋予Notch受体对不同配体特异的敏感性[9]。

1.2.2泛素化相关蛋白的调节 Notch的活化形式NICD被转移至细胞核后调节靶基因的表达。目前研究发现，多余的NICD可通过泛素介导的蛋白降解机制降解，并发现了很多泛素化相关分子，如Neuralized(Neuralized是一种定位于细胞膜上的E3泛素连接酶)[10]。

1.2.3Notch运输的调节 Notch受体与配体结合后，存在蛋白质内吞作用。在果蝇和斑马鱼中Notch胞外域与Delta结合后被内吞入配体表达细胞，并促进受体的激活，可见内吞作用在Notch的调节中也非常重要。

1.2.4与其他信号通路相互作用 细胞信号转导是一个复杂的网络。在很多情况下，Notch信号通路与其他信号通路存在串话，彼此之间可相互调节、协同或制约，如Ras/丝裂原活化蛋白激酶、Wnt。

1.3Notch的功能 Notch信号通路限制细胞命运，让细胞自我更新或成为另一种细胞类型，如神经表皮的选择；参与维持细胞的未分化状态；指定细胞的命运和分化；正调节或负调节细胞的增殖和凋亡[11]。

2 Notch信号通路在正常胃黏膜中的表达

胃黏膜分为上皮层、固有层、黏膜肌层和黏膜下层。其中固有层内有大量管状腺。数量最多、功能最重要的腺体是胃底腺，分布于胃底和胃体，其结构包括浅表层、峡部和基底部三层。浅表层分布有大量黏液细胞，峡部以壁细胞、干细胞和祖细胞为主，基底部则为主细胞、壁细胞和多种内分泌细胞。峡部的干细胞和祖细胞能分化为黏液细胞、壁细胞和主细胞。

多个受体和配体在小鼠胃上皮细胞中均有表达，特别是Notch1受体、Jagged2和Delta-like3配体[12]。大鼠胃底黏膜中存在Jagged1、Jagged2、Delta-like1和Notch1～3的表达[13]。Nakakura等[14]与Sekine等[15]发现，Notch1、Notch2、Notch3和下游靶基因Hes(Hairy/enhancer-of-split)1、无调同源1 Atoh1(Hath1)在人类胃黏膜中均有表达，而Hes2、Hes3在人类胃黏膜中不表达。另外，Sander等[13]研究发现，Notch1、Notch2、Jagged1和Jagged2在贲门窦上都有表达，且在基底层的表达最高，特别是Notch1、Jagged2。

3 Notch信号通路在胃癌发生、发展中的作用

最新的研究表明[16-17]，活化的Notch1、Notch2受体通过环加氧酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)促进胃癌的进展。Notch1、Notch2受体的活化形式Notch1胞内结构域(Notch1 receptor intracellular domain,N1IC)、Notch2胞内结构域(Notch2 receptor intracellular domain，N2IC)，促进人胃腺癌SC-M1细胞的增殖和异种移植的肿瘤的生长。在这项研究中N1IC、N2IC的表达促进了SC-M1细胞的集落形成、迁移、侵袭及伤口愈合的能力，剔除Notch1、Notch2则抑制了上述能力。同样，剔除Notch2抑制人胃腺癌细胞和AZ521胃癌细胞的癌症级数。而N2IC的表达也引起了SC-M1细胞的上皮-间质转化。此外，N1IC、N2IC结合到COX-2启动子，并通过SC-M1细胞中CBF1(C-promoter bindingprotein-1)依赖的方式诱导COX-2表达。通过剔除COX-2或COX-2抑制剂NS-398治疗可以抑制SC-M1细胞中N1IC、N2IC促进肿瘤进展的能力。此外，可以通过外源性COX-2或地诺前列酮来扭转SC-M1细胞中剔除Notch2所造成的肿瘤进展的抑制。这项研究首先证明了Notch1-COX-2、Notch2-COX-2信号轴在控制胃癌进展中起重要作用，由此看来Notch1-COX-2、Notch2-COX-2信号轴为胃癌靶向治疗提供了可能性[17]。

研究发现，Notch配体Jagged1与胃癌的侵袭相关。与没有Jagged1表达的患者相比，有Jagged1表达的胃癌患者生存率低[16]。因此可以用Jagged1配体的抑制性抗体来阻断受体与配体的结合，达到延长肿瘤患者生命的目的。

Notch信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)和Twist调节肿瘤的发生、发展是胃癌进展的关键调节。Hsu等[18]的最新研究发现，在人类胃腺癌SC-M1、胚胎肾HEK293和红白血病K562细胞中，激活的Notch1受体促进了Twist和磷酸化的STAT3水平。N1IC的过表达加强了核STAT3和Twist在细胞之间的相互作用。N1IC通过STAT3磷酸化和Twist的表达集落形成、迁移和侵袭促进了SC-M1胃癌细胞的进展。STAT3通过Twist调节胃癌细胞SC-M1的进展。N1IC通过STAT3和Twist也提高了其他胃癌细胞，如人胃腺癌细胞和KATOⅢ的进展。通过STAT3抑制剂JSI-124和剔除Twist可以抑制小鼠体内SC-M1细胞的N1IC而促进肿瘤增长和肺转移。更进一步研究显示，Notch1和Notch配体Jagged1的表达与在胃癌患者的癌组织中磷酸化STAT3和Twist水平显著相关[18]。这些结果表明，Notch1/STAT3/Twist信号轴参与了人类胃癌的进展，这种级联调节为靶向联合治疗提供了可能性。

Sekine等[15]的研究发现，在8个胃癌细胞株中调查了7个Notch相关基因Notch1/2/3、Hes1/2/3、Hath1的mRNA表达，并比较了它与胃黏蛋白基因MUC5AC(Mucin-5 subtype AC)和MUC6(Mucin-6)的表达。Hath1与MUC6的表达在大多数胃癌细胞株中是密切相关的。MUC5AC阴性的细胞株中也有Hath1的表达。在胃癌细胞中Hath1的过度表达提高了MUC5AC和MUC6 mRNA的水平。更进一步研究发现[15]，剔除Hath1减少了两种黏蛋白基因的表达，提示Hath1是胃癌细胞中MUC5AC和MUC6的转录调节之一，Hath1的表达丢失有可能在胃的癌变中起重要作用。

Zhang等[19]的研究发现，在胃肠道黏膜中SOX2(sex determining region Y-box 2)和Hath1是终端细胞分化控制中至关重要的转录因子，研究调查了SOX2和Hath1在胃癌中表达及胃癌患者的临床病理特征和诊断的相关性，结果显示:SOX2和Hath1在胃癌中的表达是相反的；在Ⅲ～Ⅳ临床阶段与SOX2低表达的患者相比，SOX2高表达的患者淋巴结转移发生率低，浸润深度也较浅；在有无幽门螺杆菌感染的癌症患者组织中，SOX2和Hath1的表达没有显著的差异；具有较强的SOX2表达的患者比SOX2低表达的患者有较好的预后；Hath1表达水平和预后之间没有相关性；SOX2和Hath1在胃癌组织中的表达呈反比，表明SOX2为胃癌患者提供了生存优势，并与转移和临床分期相关。

4 Notch信号通路与肿瘤的治疗

Notch信号通路中有三个环节可作为肿瘤治疗的靶点[20]：①阻断受体和配体的结合，如使用Delta-like 4、Jaggedl的抑制性抗体。②抑制NICD的释放，如使用小分子量的γ-分泌酶抑制剂；③作用于共激活复合物，如使用作用于MAML(mastermind-like proteins)或CSL(一类DNA结合蛋白)的小分子抑制性肽以减少靶基因的转录活化。

目前阻断Notch信号转导途径分为两类：选择性的和非选择性的。前者包括应用反义RNA、RNA干扰和单克隆抗体；后者包括Notch配体封闭剂，如γ-分泌酶抑制剂，可以抑制Notch水解，进而抑制NICD的产生和下游基因的转录表达，有望为消化系统肿瘤的靶向治疗提供新的策略。

5 小 结

Notch信号通路是影响细胞命运、分化、增殖和凋亡的重要信号通路，异常的Notch信号通路与胃癌的发生、发展密切相关，它对胃癌细胞的生长调控作用决定了其在胃癌治疗中的重要地位。但是目前的研究还不够深入，Notch信号与胃癌之间的分子机制有待进一步加以说明。可以预言，随着对Notch信号通路研究的进一步深入，将为胃癌的分子机制提供新的线索，从而为控制胃癌的发生及临床诊断和治疗提供理论基础。

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