Notch信号通路对胶质瘤干细胞的调控作用研究进展

陈声波，刘子豪，杜 彬

(暨南大学医学院病理教研室，广东广州510632)

胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，大多恶性程度高、侵袭性强。胶质瘤干细胞(glioma stem cells，GSCs)抵抗治疗已成为胶质瘤久治不愈和复发的主要原因。近年来的研究提示，Notch 信号通路参与调控GSCs 形成、维持以及放化疗耐受。本文旨在阐述Notch 信号通路及其在GSCs 的调控作用机制。

1 Notch 信号通路概况

Notch 是一个高度保守的信号通路，在无脊椎动物和脊椎动物中广泛存在。它调控着细胞增殖、细胞命运、细胞分化和细胞死亡。哺乳动物表达4个跨膜Notch 受体:Notch-1，Notch-2，Notch-3 和Notch-4，5 个经典的跨膜配体:Delta-like 1，Delta-like 3，Delta-like 4，Jagged1 和Jagged2，Notch 信号通路可通过经典途径和非经典途径激活［1-2］。

经典途径中，相邻细胞间的Notch 受体和配体结合后，通过两步的蛋白酶裂解反应产生Notch 蛋白活化形式-胞内段(Notch intracellular domain，NICD)。第1 次蛋白酶裂解反应发生在Notch 受体胞外区，由TACE(tumor necrosis factor-a-converting enzyme)介导。第2 次蛋白酶裂解由γ-secretase 介导产生NICD。NICD 进入核内与DNA 结合转录调节因子CSL(CBF-1/RBP-jk，Su(H)，Lag-1)结合，招募共同激活物(Co-Activation，Co-A)如MAML1-3，将转录复合物从抑制状态转变为激活状态，进而激活Notch 靶基因HES/ESR/HEY 转录表达，产生相应的生物学效应［1］。

非经典途径中，不需释放NICD 或CBF-1 的作用，而通过JNK，Shh 和Wnt 下游效应蛋白直接激活Hes-1/Hairy-1 的表达［2］。这种与其他通路相互作用的激活方式，从侧面反映了Notch 信号通路极其复杂。

2 Notch 信号通路对GSCs 的调控

GSCs 是从脑胶质瘤中分离出的一群具有神经干细胞样生物学特性的细胞，该群细胞在含生长因子的无血清培养基中形成神经球，神经球在血清培养基中分化为成熟的神经细胞，在免疫缺陷的小鼠种植模型能够形成实体瘤［3］。这些说明该群细胞具有自我更新、多分化潜能和体内成瘤的特性。因其具有干细胞特性称之为GSCs。Notch 信号通路参与神经形成、神经干细胞增殖和维持［4-5］，而GSCs与神经干细胞具有许多相同的特性，提示两者存在着共同的调控通路-Notch 信号通路。另外，从胶质瘤细胞系和胶质母细胞瘤分离出的GSCs 均有不同程度的Notch 信号通路分子表达异常［8，19］，说明Notch 信号通路在GSCs 中发挥着重要作用。结合近年研究，已确认Notch 信号通路在GSCs 的形成、干性维持、放疗和化疗耐受中发挥重要作用，如图1所示，以下将一一阐述。

2.1 Notch 信号通路参与GSCs 的形成

图1 Notch 信号通路参与GSCs 形成、维持、放化疗耐受［1，15-16，21］Fig 1 Notch signaling is involved in GSCs' forming，maintaining and resisting to therapy

GSCs 来源有3 个:神经干细胞，神经祖细胞和神经胶质细胞［6］。有研究提示，Notch 信号通路可能在神经干细胞转变为GSCs 过程中起重要作用。对从转基因鼠中分离的出高表达N2ICD(Notch2 激活后的活性胞内段)的神经干细胞进行研究，与对照组的神经干细胞相比，高表达N2ICD 的神经干细胞具有更强的增殖和抗凋亡能力，并且更倾向于分化为星形胶质细胞［7］。这种高表达N2ICD 的神经干细胞获得了GSCs 的特性，如更强的增殖和抗凋亡能力，提示Notch 信号通路中的N2ICD 参与神经干细胞转变为GSCs。另外，稳定转染高表达NICD的SHG-44 细胞在含生长因子培养基的增殖能力和单克隆集落形成能力明显高于对照组，提示Notch信号通路促进胶质瘤的GSCs 细胞形成或(和)维持［8］。在炎性反应与胶质瘤形成和进展关系的研究中，IRF-IL6 炎性反应信号可通过诱导GSCs 的形成和血管生成参与到胶质瘤的形成和进展，而GSCs的形成则是IRF-IL6 过量表达后，通过JAK-STAT 介导Jagged-Notch 信号通路激活，赋予胶质瘤细胞“干性”的结果［9］。以上研究均表明Notch 信号通路参与到GSCs 的形成，但其具体分子机制有待进一步阐明。

2.2 Notch 信号通路参与GSCs 的维持调控

GSCs 的维持是通过促进自我更新和增殖，抑制分化实现的。大量研究均表明，Notch 信号通路参与到GSCs 的维持。GSCs 存在Notch 信号通路的异常激活，用GSIs(γ-secretase inhibitors)阻断Notch 通路后，GSCs 表达Hes1 和Hes5 下调，增殖和自我更新能力均降低，并分化成中间神经祖细胞和各种神经细胞［10］，其标志分子CD133、BMI-1 和OLIG-2 也表达下降，且经GSIs 处理后，GSCs 的致瘤性完全消失;另外GSI-18 能显著延长原位胶质瘤动物模型的存活时间［11］。这些研究都表明Notch 信号通路通过促进增殖和自我更新以及抑制分化参与GSCs 的维持。

但Notch 信号通路参与GSCs 维持调控的具体机制至今仍不太清楚。有研究提示Notch-1 激活在GSCs 的维持和增殖中起到重要作用。Notch-1信号通路激活ERK，继而通过Shh-Gli-Nanog 调控网络促进GSCs 的自我更新［12］。用小分子干扰RNA 阻断GSCs 的Notch-1 表达，GSCs 增殖能力明显下降，体外移植瘤明显减小，动物模型的存活时间明显延长［13］。这些都说明Notch-1 信号通路的激活在GSCs 的维持中起促进作用。除了Notch-1信号通路外，人脑微血管内皮细胞在GSCs 的维持和生长中也发挥重要作用。在研究GSCs 与其周围血管微环境的关系中，用GSIs 阻断Notch 信号通路后，胶质瘤周围的血管内皮缺失，GSCs 神经球生长明显受抑制，GSCs 数量减少和功能受损［14］，提示肿瘤周围血管内皮在Notch 信号通路调节GSCs 自我更新中起重要作用，而其作用的发挥是通过提供Notch 配体，激活含有Notch 受体的GSCs，促进肿瘤血管周围微环境形成，进而促进GSCs 的自我更新和维持［15］。至于内皮细胞表达Notch 配体的机制，可能与GSCs 分泌的VEGF 促进内皮表达Notch 配体有关［16］。

2.3 Notch 信号通路参与GSCs 放化疗和耐药

与胶质瘤细胞相比，GSCs 更耐受化疗和放疗，这是胶质瘤治疗后复发的基础。GSCs 主要通过增加表达药物外排转运蛋白，增强DNA 损伤修复反应，降低细胞凋亡信号的敏感性，增加生长因子表达和转录的调节活动来抵抗治疗［17］。

Notch 信号通路参与到GSCs 抵抗化疗过程。替莫唑胺(temozolomide，TMZ)是胶质瘤化疗常用药，用TMZ 处理胶质瘤细胞后，能显著减少干细胞培养基中形成的胶质瘤神经球，然而，仍有一小部分细胞存活下来，存活下来的细胞可以看成是GSCs，它们不再对TMZ 敏感，增殖形成神经球［18］;此时的GSCs 上调表达NOTCH-1，NCOR-2 和GLI-1，表明Notch 和Shh 信号通路激活参与GSCs 抗化疗［19］。在此基础上，加用GSIs 或Shh 通路阻断剂处理，能显著减少TMZ 处理后再次形成的神经球，提示阻断Notch 信号通路能增加GSCs 对化疗药物的敏感性。至于Notch 通路是通过什么分子机制抵抗化疗，至今仍不太清楚。有研究表明Dll-4 异常高表达通过促进肿瘤营养血管的生成参与胶质瘤抗VEGF 抑制剂治疗［20］。还有研究表明，Notch信号通路激活后，通过上调上皮间质样转化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)标志物slug、snail、twist 和ZEB1/2，下调E-cadherin，促进EMT和肿瘤干细胞形成，进而参与到肿瘤的复发和耐药［21］。这些都提示Notch 信号通路参与GSCs 抗化疗的机制十分复杂，需要投入更多的研究才能进一步阐明。

同样，Notch 信号通路也被证实在GSCs 抗放疗中发挥作用。在对GSCs 放疗与Notch 信号通路的相关研究中，用GSIs 能增加放疗诱导的细胞死亡，通过减少GSCs 增加胶质瘤对放疗的敏感性。而放疗诱导细胞凋亡的增加则由GSIs 降低AKt 活动和Mcl-1 水平所致。另外，通过慢性病毒介导GSCs 表达N1ICD 或N2ICD 时，能有效抵抗放疗;而敲除Notch1 或Notch2 时能增加GSCs 对放疗的敏感性［22-23］。这些都说明Notch 信号通路参与到GSCs的抗放疗过程，而针对Notch 信号通路的治疗有望逆转放疗耐受的境况。

3 小结与展望

Notch 在GSCs 的形成、维持以及化疗和抗放疗耐受中发挥重要作用，但其具体的机制仍不清楚。针对Notch 通路的相关治疗已取得了初步成功，然而，由于缺乏靶向，同时影响正常细胞，其不良反应较大［24］。因此，深入研究GSCs 中该通路的调控作用机制对开发以该信号通路为靶向的治疗药物具有重大意义。

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