Notch基因通路与恶性肿瘤的进展

范鸣旭 赵艳滨 李博洋 综述 王 艳 审校

Notch基因通路与恶性肿瘤的进展

范鸣旭 赵艳滨 李博洋 综述 王 艳 审校

Notch信号通路是一个广泛存在于脊椎动物和无脊椎动物中的重要信号通路，其调控细胞凋亡、增殖、分化等。Notch信号的上调、下调或结构的改变与多种恶性肿瘤的发生发展有密切关系。目前的各项研究共发现4种Notch基因(Notch1-4)表型，通过与其配体(Jagged1、Jagged2、Delta1、Delta3、Delta4)结合而产生作用。Notch基因在多种恶性肿瘤中扮演着重要作用。本文主要针对Notch基因在多种实体恶性肿瘤中的作用做一综述，包括其在肿瘤发生发展过程及治疗中所起的作用。

Notch；恶性肿瘤；进展；治疗

1 典型的Notch信号

Notch信号通路长期以来被认为在细胞的整个活动过程中扮演着关键的角色，如在成人及胚胎生长发育过程中细胞的增殖、分化以及干细胞的维护等。Notch信号高度保守进化依赖于其出现在邻近细胞上的特异性配体。在典型的Notch信号转导过程中，受体与配体的结合促进了受体胞内的裂解金属蛋白酶释放Notch的活性形式：Notch胞内结构域(NICD)，其转移到细胞核内，与转录因子CBF-1/Suppressor of Hairless/LAG-1(CSL)结合，又名RBP-Jκ，激活Notch相关基因的表达[1-4]。

不同物种具有不同受体基因的数量，果蝇含有一种Notch受体，秀丽隐杆线虫有两个受体，而哺乳动物一般具有四个Notch受体(Notch1-4)。哺乳动物四个Notch亚型的主要区别在于表皮生长因子(EGF)重复的数目和胞内域的长度。Notch的胞内部分是细胞信号传递的关键，含有RBP-Jκ关联模块(RAM)结构域，一个核定位信号(NLS)，一个七锚蛋白重复序列(ANK)域和一个反式调节结构域，含有保守的脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸/苏氨酸(PEST)。Notch受体的配体是多种多样的，已在哺乳动物中发现的Notch配体有Jagged1、Jagged2、Delta1、Delta3、Delta4，其中Delta3(DLL3)可能是一种在细胞质中抑制性结合Notch受体的配体[3，5]。这些配体的胞外域具有多个表皮生长因子(EGF)样重复及N端DSL(Delta/Serrate/Lag2)结构域[6]。配体与受体结合后经过复杂的途径形成Notch蛋白的活化形式-NICD[7]，NICD进入细胞核内发挥传递信号的作用。

2 Notch信号通路与恶性肿瘤

恶性肿瘤细胞显著区别于正常细胞的变化是表现在细胞对凋亡和增殖的调控上。Notch信号通路是一个进化上高度保守的信号通路，参与了细胞活动中各种各样的过程，包括细胞寿命、组织形态、细胞分化、增殖和死亡。因此，该途径为细胞活动中的重要途径，且Notch的每一种表型在不同的肿瘤细胞中，所起的作用也不尽相同。

2.1 乳腺癌

乳腺癌为女性最常见的恶性肿瘤之一，它是20～59岁女性癌症死亡的主要原因，占妇女所有新发癌症的29%[8]。在乳腺癌中Notch基因的致瘤活性已经建立了小鼠模型。1987年，小鼠乳腺肿瘤病毒(MMTV)插入的Notch4基因座被发现，该报道提供了Notch基因与乳腺癌之间的首次联系[9]。除Notch4之外，在鼠乳腺肿瘤的形成中Notch1的参与也被确定，Notch1的MMTV插入和截短形式的Notch1作为乳腺癌发展的又一个癌基因突变[10]。LncRNA为Notch途径的下游靶标，2015年Pei等[11]通过研究LncRNA与Notch1蛋白水平之间的关系，鉴定出乳腺癌中与Notch1最相关的LncRNA GAS5，再通过研究30名乳腺癌患者的5年生存分析发现，高水平的Notch1在乳腺癌中往往预示着较差的预后，且Notch1通过调节LncRNA GAS5促进乳腺癌细胞增殖。Kim等[12]研究发现Notch抑制剂具有使乳腺癌细胞对化疗药物敏感的潜力，且升高的Notch信号转导与雌激素受体阳性的乳腺癌治疗的抵抗有关，因此其具有应对化疗及激素治疗耐药性的潜力。

当前乳腺癌的治疗方法包括手术、化疗、激素及放疗等，新的癌症疗法的开发以及改善那些已经使用在这一领域的治疗方法至关重要。Notch基因通路及其所调控的下游靶标作为潜在靶点，其抑制剂无论是在配合目前现有的治疗方法或单独应用，都极有可能成为未来乳腺癌治疗中的一个重要部分。

2.2 肺癌

Notch基因在肺癌中也可以作为癌基因或抑癌基因，这取决于肿瘤细胞的类型。Hassan等[13]在小鼠模型中研究发现，在小细胞肺癌(Small cell lung cancer，SCLC)中Notch1的过表达限制了上皮细胞间质转型(Epithelial-mesenchymal transitions，EMT)、细胞运动和细胞转移潜能。在对体外SBC-3细胞株研究发现敲除细胞株中的Notch1可以减小癌株对高浓度多柔比星的耐药性，激活细胞凋亡途径。然而在H69AR细胞中，敲除细胞株中的Notch1后，多药耐药相关蛋白(MRP-1)的表达增加，并因此维持细胞的化学抗性能力。这样的结果至少说明Notch1信号通路参与SCLC细胞的药物抗性[14]。肺癌除手术外，最重要的治疗手段包括化疗与放疗，Ikezawa等[15]研究显示，Notch信号通路和缺氧诱导因子1(HIF-1α)蛋白表达上调可以增加肿瘤细胞对放射治疗的敏感性，也就说Notch途径是一个有效的放射治疗的潜在的治疗靶点，就以上信息我们不难发现，Notch信号广泛参与到肺癌的各种类型以及肺癌治疗的各个领域，目前就Notch信号通路大多数研究仍然为小鼠模型或体外实验，但现已有多种抑制剂投入临床试验。

2.3 结直肠癌

在世界范围内结直肠癌是第三大恶性肿瘤死亡原因，其发病率在男性中排所有恶性肿瘤第三位，女性为第二位，最近的全球统计数据显示，有超过100万结直肠癌病例，每年约有694 000名患者死亡，且在全球范围内其发病率与死亡率呈上升趋势[16-17]。结直肠肿瘤的早期生长需要血管生成，这依赖于促血管生成因子的表达增加，例如，血管内皮细胞生长因子-A(VEGF-A)。Notch配体DLL-4，是由内皮细胞中表达，其可以促使VEGF在缺氧条件下通过HZF-1α被诱导表达[18]。研究发现，DLL-4在结肠癌的内皮细胞中高表达，这种表达与VEGF和缺氧显著相关[19]，表明DLL-4的Notch途径可以是结肠癌的一个潜在的治疗靶点。Notch1受体在结肠癌化疗的过程中表现活跃，增强的Notch1水平与肿瘤的进展和转移相关，这可能与Notch1表达抑制肿瘤细胞凋亡相关[20-21]。Notch1和Notch2的临床研究结果正相反；Notch1阳性预示着较差的总生存率，Notch2阴性预示着较差的总生存率[22]。

2.4 胰腺癌

胰腺癌是恶性程度最高的恶性肿瘤之一，在胰腺癌中常见到Notch通路的异常激活，Notch配体，包括Jagged2和DLL-4的高水平表达，在大多数胰腺癌细胞株中可以被检测到。值得注意的是Yen等[23]近期的研究利用病人衍生的异种移植肿瘤细胞发现，抗Notch2/3，无论是作为单一药剂或与化疗剂组合在胰腺癌治疗过程中都是有效的。抗Notch2/3与吉西他滨加上白蛋白结合紫杉醇组合的抗肿瘤效果比单独的吉西他滨加上白蛋白结合紫杉醇组的效果好。在肿瘤细胞中抗Notch2/3抑制Notch靶基因的表达并减少肿瘤原始细胞数量。这无疑是为体内研究Notch通路做了一个重要铺垫。

2.5 其他实体肿瘤

在卵巢癌中，Notch信号传导的作用最早在两个鉴定上皮性卵巢癌潜在诊断标记物的研究中被发现，在随后的研究中Notch1和Notch3以及它们的配体被证实了在浆液性卵巢癌中起重要致癌作用，且多种针对Notch通路的靶向抑制剂均处于临床试验阶段[24]。Notch基因以及其配体的异常表达在肝细胞癌中早已被发现，近期的研究利用Notch的抑制剂GSI抑制Notch信号，可以阻止肿瘤的转移和复发，提高患者无病生存时间，但其产生的胃肠道毒性是一个有待解决的问题[25]。此外，在前列腺癌、胃癌、皮肤癌、脑恶性胶质瘤中均发现了Notch信号的异常表达[3]。

3 Notch信号通路作为肿瘤潜在治疗靶点

Notch配体与受体的细胞外结构域结合后触发Notch受体的膜内切割，该过程由γ-分泌酶复合物进行，进而令NICD的细胞质释放[26]。因此，通过GSI阻断Notch的跨膜蛋白水解切割可能是Notch靶向治疗药物的一个选择，通过抑制NICD产生，从而抑制下游基因转录及表达。在过去的几十年中，合成GSI已经成功治疗阿尔茨海默病。

此外Notch信号通路在肿瘤干细胞及肿瘤血管生成的研究中均被发现起重要作用。最近的研究报道Notch配体DLL-4在多种肿瘤中均与肿瘤血管的生成有重要联系[27]，且Notch被确定为具有干细胞性质的细胞标记物，并与肺癌患者的总生存率降低有关[28]。

越来越多的研究和临床证据支持Notch在多种癌症中的致癌或抑癌作用，因此它完全可以作为一个潜在的癌症治疗靶点。继续全面的了解Notch信号以及其与其他途径的相互作用可以为我们提供更多潜在的分子靶点，设计有效的针对性药物。

4 小结与展望

自1991年以来发现异常的Notch通路激活与癌症有关后，异常Notch信号已经在许多实体和造血系统肿瘤中被发现。在不同的肿瘤类型中，Notch信号的活化可以作为癌基因或抑癌基因发挥作用。Notch信号干扰了肿瘤细胞的分化、增殖、存活/凋亡及自我更新，它也参与了肿瘤血管生成和肿瘤基质细胞的活动的调节。最近的五年中，Notch信号是在癌症治疗中最有前途的新的靶向治疗目标之一，Notch信号的异常表达广泛出现在包括化疗、放疗、靶向治疗等多种肿瘤治疗的过程当中，并在其中起重要作用，这进一步说明了其可以作为一个潜在肿瘤治疗靶点的可能。关于肿瘤的靶向治疗已有相当多的药物投入临床应用，与传统治疗手段相比，靶向治疗具有的优势已不言而喻，Notch信号以及其下游通路信号的相关药物多数还处在体外或动物模型研究阶段，并已取得较多数据，在其治疗过程中产生的各种副作用也不容忽视，相信在不久的将来，随着相关药物研发成熟后上市，必然会为肿瘤治疗再添一条新的道路。

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(收稿：2016-10-20)

Research progress in the Notch pathway in malignant tumors

FANMingxv，ZHAOYanbin，LIBoyang，WANGYan

Department of Medical Oncology，The Affiliated Tumor Hospital of Harbin Medical University，Harbin 150040，China

Notch signaling is one of the most important signaling pathways in vertebrates and invertebrates.It regulates apoptosis，proliferation，differentiation and so on.The up-regulation，down-regulation or structural changes of Notch signal are closely related to the development of various malignant tumors.In the present study，four Notch phenotypes(Notch1-4)have been identified，which bind to their ligands respectively(Jagged1，Jagged2，Delta1，Delta3，Delta4).Notch plays an important role in a variety of malignant tumors.This review focuses on the role of Notch in a variety of solid malignancies，including its role in the process of tumor development and treatment.

Notch；Malignant tumors；Progression；Treatment

哈尔滨医科大学附属肿瘤医院(哈尔滨 150081)

范鸣旭，男，(1990-)，硕士研究生，从事肿瘤防治的研究。

王艳，E-mail：86298263@163.com

R730.58

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.01.012