Notch1通路活化对胶质瘤干细胞迁移和侵袭能力的影响及其作用机制研究

卢瑜 罗伟坚 胡继良

脑胶质瘤是常见的颅内恶性肿瘤, 原发性脑胶质瘤的发病率逐年攀升。其在颅内呈浸润性发展, 在治疗中, 开颅手术也难以完全对肿瘤组织进行切除, 尤其是放化疗的效果也不明显。患者生存期短, 仅有不到5%的脑胶质瘤患者生存期可达5年［1-3］。由此可见, 人脑胶质瘤对患者生命健康构成极大威胁, 不仅给患者带来了巨大痛苦, 而且对其生活质量也造成了严重影响［4］。从目前的治疗来看, 放化疗药物和抗肿瘤药物的连用, 也不能遏制肿瘤细胞的增殖和扩散, 且在全身性肿瘤的治疗中, 该疾病的预后效果最差。癌症干细胞残留的肿瘤干细胞(CSC)最终引发疾病的复发。本文基于Notch1信号通路活化对胶质瘤干细胞迁移和侵袭能力的影响及其作用机制, 取得了研究的效果, 具体报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料 选取本院2016年4月～2017年4月经手术治疗的脑胶质瘤患者标本30例, 进行处理后在培养基中进行培养, 为标本营造悬浮的生长状态, 初始化肿瘤球细胞表达胶质瘤干细胞的标志物CD133和Nestin, 诱导后成熟神经神经细胞的标志物GFAP和TU-20。

1.2 方法 应用随机数字表法, 将培养基中CD133和Nestin应用不同的Notch1通路活化途径, 5例应用经典CBF-1/RBP-Jκ依赖途径, 25例应用CSL非依赖途径。观察标志物中, 胶质瘤干细胞迁移和侵袭能力。

2 结果

CSL非依赖途径通过胞外水平、胞内水平和胞核水平3种途径对肿瘤干细胞进行迁移, 其侵袭力和侵袭水平优于经典CBF-1/RBP-Jκ依赖途径的传导能力。30例胶质瘤干细胞组织标本中, 18例高表达Notch1, 占60.0%。Notch1在直径高肿瘤中表达强度比直径小肿瘤高, 且对胶质瘤的局限期、进展期有着较高的表达。

3 讨论

目前在胶质瘤治疗一筹莫展的情况下, 研究其干细胞的作用, 对提高其5年生存率具有重要作用。Notch基因于1919年由Morgan及其同事在果蝇体内发现, 该基因如发现突变可导致果蝇出现残翅。果蝇的Notch基因于1983年被克隆。而后发现表明, Notch基因从无脊椎动物到脊椎动物,在多个物种中均有表达, 其家族成员的结构具有高度保守性,在细胞增殖分化以及发育过程中起到关键调节作用［5-7］。从生物学作用来讲, Notch信号对胶质瘤干细胞迁移和侵袭能力的界定, 正是通过在进化上高度保守, 在相邻细胞之间相互作用, 达到调节细胞、组织以及脑组织器官分化发育的主要方法。

Notch通路有CSL依赖途径和CSL非依赖途径两种。CSL是Notch受体胞内段结合的一种转录抑制子CFB1、Su(H)、Lag-1首字母的缩写。在哺乳动物体内, CSL依赖途径又称为CFB1/RBP-Jκ依赖途径。

CBF-1/RBP-Jκ 依赖途径 (图1)：通过S1、S2、S3经历3次活化裂解。S1裂解位于胞外区1654位精氨酸残基-1655位替氨醢残基之间, 通过转化酶作用, 产生胞外区和跨膜片段, Notch受体位于细胞膜表面；S2裂解, 在肿瘤细胞坏死因子中, 选择胞外近膜区1710丙氨酸-1711缬氨酸残基之间的配体结合, 通过金属酶进一步吞噬细胞；S3裂解1743甘氨酸残基-1744缬氨酸残基之间合成高分子蛋白激酶, 序列结合后, 完成最后裂解ICN。

图1 经典Notch通路概略图

CSL非依赖途径：Arias等［9］在研究Notch基因突变时在果蝇体内发现, 后在哺乳动物的细胞体外实验中被证实。Notch信号转导3种调节方式——胞外水平、胞内水平、胞核水平。该方法是在在染色质的特定结构上, 通过对基因表达的上下调度来实现的通路活化。

通路信号通过裂解, 实现了受体、配体、DNA结合蛋白、Notch的调节分子等功能性的体现。正是通过相邻细胞的联动作用, 发挥生物学特性和作用的鲜明体现。

研究结果表明, 抑制Notch1通路活性后可能通过PI3K通路来调节胶质瘤干细胞的迁移和侵袭能力［8-11］。Notch1信号通路活化与多发性骨髓瘤(MM)的发生、发展及耐药密切相关, 有望成为MM治疗的新靶点。Notch1基因可能通过激活JNK1信号通路活化p53, 促进PUMA和NOXA蛋白表达,进而通过线粒体途径导致人乳腺癌MCF-7细胞凋亡［12］。肾癌细胞中过度活化的Notch1信号, 通过上调PI3K/Akt信号通路的活性, 加快了肿瘤细胞的增殖, 进而促进肾癌的发生、发展。该发现提供了一种可能的肾透明细胞癌发生的新机制和潜在分子药靶［13］。

本研究综合学者的研究报告显示和本次对胶质瘤干细胞迁移和侵袭能力的通路活化作用, 研究癌细胞增值和扩散之间的关系, 以进一步为治疗患者提供理论和临床实践意义和价值。

综上所述, Notch信号CSL非依赖途径, 在进化上高度保守, 通过相邻细胞之间的相互作用调节细胞、组织、器官的分化和发育, 对胶质瘤干细胞的迁移和侵袭起着推举作用,其主要通过不同的通路活化方式, 实践对胶质瘤干细胞的迁移能力。