Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞中的作用

赵小芳 王 红

遵义医学院附属医院消化内科，贵州遵义563000

Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞中的作用

赵小芳 王 红▲

遵义医学院附属医院消化内科，贵州遵义563000

结直肠癌是消化系统中最常见的恶性肿瘤之一，有研究报道Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞形成结直肠癌中起关键作用，然而其对结直肠肿瘤干细胞的作用机制尚不清楚。如能清楚地了解Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞中的作用，可为以后研发以Notch信号通路联合肿瘤干细胞为治疗靶点的新途径提供参考。本研究就Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞中作用的相关文献加以综述。

Notch信号通路；结直肠肿瘤干细胞；结直肠癌；作用

结直肠癌是消化系统中最常见的恶性肿瘤之一，居全球肿瘤发病率的第3位［1］。近几年来，结直肠癌在我国的发病率、死亡率呈逐年上升的趋势，并且年轻化趋势更加明显，严重威胁着人们的健康，研究新的诊断方法和治疗手段已经刻不容缓。基于肿瘤干细胞学说，有学者在结直肠癌干细胞研究中发现Notch有异常的表达和扩增，其自我更新也需要Notch信号的调节［2］，这表明Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞中发挥重要的作用，深入研究Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞中的作用，以期为进一步使用肿瘤干细胞的特异性表面标志物的靶向制剂和Notch信号途径为靶点的分子靶向治疗及新药开发预防和治疗结直肠癌提供更可靠的理论依据。

1 正常干细胞与结直肠肿瘤干细胞

正常干细胞具有再生各种组织和器官的潜在功能，肿瘤干细胞是干细胞中一个亚群［3］。肿瘤干细胞除了具有一般干细胞的自我更新和多向分化潜能外，还有高致瘤性的特点。研究发现，正常干细胞和肿瘤干细胞的生物学特性十分相似，对肿瘤干细胞有治疗作用的手段也可能会对正常的干细胞有杀伤作用，这可能会引起一些严重的副作用。Francipane等［4］试验证明哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白（mTOR）抑制剂Torin-1可影响转移的人结直肠癌干细胞样细胞的增殖，抑制肿瘤生长、入侵，并且Torin-1不影响正常的结直肠干细胞生存，表明其对癌细胞具有选择性。但随着对肿瘤干细胞研究的深入，发现结直肠癌干细胞（CCSCs）形成结直肠癌可能起源于正常结直肠干细胞，或者至少认为其有共同属性［5-6］。目前正常干细胞与结直肠肿瘤干细胞的鉴定和分离主要借助于细胞的表面标志物来进行，已经被提议的结直肠肿瘤干细胞标志物有CD133、CD44、Bmi-1、ALDH1A1、EpCAM、Lgr5及MSI-1［7］。

2 结直肠癌与结直肠肿瘤干细胞

在结直肠癌的发病机制中，大肠癌的发生是涉及多基因、多步骤的癌变过程，以往对大肠癌发生发展机制的研究多集中在分子水平，自Reya等［8］提出“肿瘤干细胞学说”以来，肿瘤干细胞则从细胞水平上研究结直肠癌形成机制与生物学特性，成为研究的新热点。越来越多的证据表明大多数肿瘤（包括结直肠肿瘤）起源于肿瘤干细胞，肿瘤复发、转移是改善癌症总体生存的主要障碍，这可能也是由于有少部分的肿瘤干细胞的存在，其自我更新能力和形成差异化的后代，可对抗肿瘤治疗产生耐药性［9-10］。也有研究发现［11］，正常结直肠隐窝细胞数是2×103，癌变后数目增到1× 108～1×1013，而此变化是由其中约1％的肿瘤干细胞引起，其自身数量增加很大。

3 Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞中的作用

3.1 Notch信号通路

Notch基因由1916年Morgan等在突变的果蝇中发现，Notch是一个相对分子质量（Mr）约300 000的单次跨膜受体蛋白家族，由2条链通过二硫键连接，果蝇Notch只有一个Notch基因，而哺乳动物Notch信号有4个同源Notch基因受体，且约有60％与果蝇Notch基因同源。在哺乳动物中Notch信号途径主要由Notch受体、Notch配体及转录因子CSL组成，4个Notch基因受体分别为Notch1、Notch2、Notch3及Notch4，其结构包含胞外域（NEC）、膜域（NTM）和胞内域（NIC），NIC受到多种转录后修饰调节Notch活性，这些修饰有糖基化、泛素化、磷酸化、乙酰化和羟基化，Notch受体广泛表达于组织中。Notch配体又称为DSL蛋白，有5个同源配体，即Serrate样配体Jagged 1～2和Delta样配体DLL1、DLL3及DLL4，这些配体是一种含保守分子结构的Ⅰ型单次跨膜蛋白，包含Notch受体结合部位、富含半胱氨酸的DSL及EGF结构域；转录因子CSL是一种DNA结合蛋白，能识别并结合Notch信号通路启动子上特定的DNA序列，是信号通路中关键的转录调节因子［12-13］。

3.2 Notch信号通路的调节

Notch信号通路活化有两条途径，经典的Notch信号通路又称CBF-1/RBP-jk依赖途径，Notch信号传导在活化过程中经3次裂解，分别被称为S1、S2和S3裂解，释放Notch蛋白的活化形式NICD（NIC），NICD进入细胞核与CSI蛋白、MAML结合，形成三元络合转录激活物（NICD-CSI-MAML）后，Notch靶基因转录编码HES和HEY等在内的碱性螺旋-环螺旋（bHLH）家族转录因子，这些转录因子促进下游基因的表达，从而促进细胞增殖和抑制细胞分化［14］。

Notch信号是细胞与细胞之间直接作用的主要信号通路之一，它在遗传进化过程中有高度保守和一致性［15］，其在胚胎发育、器官形成、组织平衡及正常及肿瘤干细胞的发育、分化、增殖及凋亡过程中发挥十分重要的作用［16-17］，但信号通路一旦失调会产生一些病理条件，如肿瘤［18］。大肠癌是已知的含有大量遗传和生理改变的癌症，这种改变影响细胞的生存与增殖，其中最常见的改变就是Notch信号通路［19］。

3.3 Notch信号通路在结直肠肿瘤干细胞中的作用

大量研究证据显示Notch信号通路参与多种实体瘤的发生发展，对结直肠癌而言，Notch信号通路可驱动结直肠肿瘤干细胞向结直肠癌发展，并且在促进结直肠癌干细胞自我更新、指定选择性吸收和分泌分化中也发挥重要作用［20］。正如相关研究证明Notch信号通路有此作用，如Grudzien等［21］认为肿瘤干细胞可能有启动癌症和癌症复发的能力，针对肿瘤干细胞治疗的一种方法可能针对信号通路，如Notch信号通路，其参与维护干细胞的自我更新和生存，通过实验证实γ分泌酶抑制剂可诱导干细胞凋亡，建议抑制Notch信号通路可能对肿瘤干细胞的治疗有临床意义。van Es等［22］也发现肠道中肿瘤干细胞活性增加并发展为肠道肿瘤，是在Notch信号通路被激活的前提下。最近研究还发现［23］，活跃的Notch信号通路被确认为是细胞具有干细胞特性的一个标志。

研究Notch信号通路在结直肠癌干细胞中的作用时，Apostolou等［24］检测到Notch受体在结肠癌干细胞中呈高表达状态，Notch2表达最高，其次是Notch1和Notch3，最后为Notch4；用siRNA干扰Notch通路后，Notch受体的RNA表达都有减少，Notch1～4减少依次为70％、85％、85％及89％，且4个不同Notch受体还存在相互作用，Notch2受体在肿瘤干细胞中发挥的作用最大；另外还发现敲除不同Notch受体对结肠癌干细胞中的干性转录因子（Oct4、Sox2、Nanog）、CD44抗原和Met原癌基因等影响不同。MUSASHI-1（MSI-1）在正常和恶性结直肠细胞中是一个已经得到确认的结直肠干细胞标志物，它由一个Notch信号抑制因子NUMB积极调节，增加MSI-1 mRAN和蛋白水平可激活DLL4和Notch3的表达，用Notch2/3抗体中和使MSI-1 mRNA和蛋白水平减少而阻止DLL4的激活，而不是Notch1抗体，而用短发卡RNA也可让MSI-1水平降低致Notch3沉默［25］。

Notch信号通路已经超出了自己正常的扮演角色，它不仅扮演致癌的作用［26］，而且还扮演抑癌的作用［9］。如Notch信号转导与结直肠癌干细胞的发育和成熟有关，在结直肠肿瘤干细胞形成结直肠癌的过程中，Notch细胞转导途径被激活，其相关基因在结直肠癌中的表达增加，提示在结直肠癌的发生过程中，Notch信号途径作为抑癌基因来发挥作用［27］。

4 小结

根据肿瘤干细胞学说，当前对抗肿瘤的各种联合治疗及新靶向疗法的出现，都不能全部杀死肿瘤干细胞，肿瘤仍有复发、转移的可能，故近年来集中在肿瘤干细胞上的肿瘤治疗越来越受到重视，可以在不伤害正常干细胞前提下，有效彻底杀伤肿瘤干细胞。而Notch通路在肿瘤干细胞中起关键作用，如能清楚地了解Notch信号通路在各种肿瘤干细胞中的作用，那么以Notch信号通路联合肿瘤干细胞为治疗靶点可最终治愈肿瘤，这对于研发治疗肿瘤药物开辟了新的途径。

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The role of Notch signaling pathway in colorectal stem cells

ZHAO Xiao-fangHONG Wang▲
Department of Gastroenterology，Affiliated Hospital of Zunyi Medical College，Guizhou Province，Zunyi563000，China

Colorectal cancer is one of the most common tumors in the digestive system.The research has reported:colorectal cancer stem cells have formed colorectal cancer because Notch signaling pathway has played a key effect on it. but it is not clear of the mechanism of colorectal cancer stem cells.If we can clearly understand what exactly the role Notch signal pathway plays，the effect can help us to open new ways for the future research and development through Notch signaling pathway joint methods of using cancer stem cells as therapeutic targets.In this paper，the literature related to the role of Notch signaling pathway in colorectal cancer stem cells is to be reviewed.

Notch signaling pathway；Colorectal cancer stem cells；Colorectal cancer；Role

R979.1

A

1674-4721（2015）05（b）-0018-03

2015-02-05本文编辑：卫轲）

贵州省科技计划课题（编号：黔科合SY字［2013］3006号）；贵州省科学技术基金项目（编号：黔科合J字［2010］2172号）

赵小芳（1986-），女，2012级在读硕士研究生，主要从事Notch信号通路与大肠癌的研究工作

▲通讯作者：王红，教授，遵义医学院附属医院主任医师