Notch信号通路在胰腺炎症及肿瘤进展中的作用

杨娟，许小凡，段丽芳，张红,*

1陕西中医药大学基础医学院，西安 712046；2陕西中医药大学医学科研实验中心，西安 712046

Notch信号通路最早于100多年前由Morgan进行基因突变实验时在果蝇中发现，因其功能缺失会在果蝇翅膀上形成刻痕(Notch)而命名[1]。Notch信号通路广泛存在于脊椎动物和无脊椎动物的多个物种之中，主要通过调控细胞分化、增殖和凋亡影响细胞正常生长，在调节机体内稳态中起重要作用[2]。

Notch信号家族由Notch受体、Notch配体和CSL(CBF-1，suppressor of hairless，Lag的合称)-DNA结合蛋白等组成[3]。哺乳动物体内有4种同源Notch受体(Notch1、Notch2、Notch3、Notch4)，由细胞外结构域(Notch extra-cellular domain，NECD)、跨膜结构域(trans-membrane，TM)和细胞内结构域(Notch intra-cellular domain，NICD)组成[4]；Notch同源配体有5种，分别为Delta样分子(DLL1、DLL3、DLL4)和Jagged样分子(Jagged1、Jagged2)；CSL-DNA结合蛋白在维持Notch信号通路的稳定性及核内转录中发挥重要作用，所有CSL蛋白家族成员均可在结构上与NICD的ANK和RAM区结合形成复合物，使CSL从转录抑制变为转录激活，从而激活Notch信号通路下游靶基因HES、Hey及BLBP[5]。Notch信号通路的激活比较特殊，不需要第二信使的转导[6]，其激活由相邻细胞的受体与配体结合后，在γ-分泌酶的作用下释放NICD，NICD移位至细胞核与DNA结合转录阻遏物(CBF-1/Rbp-Jκ)相互作用，形成可诱导靶基因转录的转录激活复合物(NICD-CBF-1/Rbp-Jκ-MAML)[7]，与Notch受体、Notch配体结合共同发挥对机体的调控作用[8-9]。研究发现多种信号通路的激活与胰腺炎症疾病及肿瘤密切相关，其中Notch信号通路可能通过调节炎症介质的产生、氧化应激等参与胰腺炎症及肿瘤的发生发展。现将Notch信号通路在胰腺炎症及肿瘤中的作用机制研究进展综述如下。

1 胰腺炎症及肿瘤

胰腺外分泌系统发生的疾病以胰腺炎症和胰腺肿瘤为多见。胰腺炎症性疾病可分为急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)和慢性胰腺炎(chronic pancreatitis，CP)。AP是由胰酶过度激活引起的胰腺组织自身消化及继发局部或全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)，临床上可分为轻症急性胰腺炎(mild acute pancreatitis，MAP)和重症急性胰腺炎(severe acute pancreatitis，SAP)[10-11]。MAP主要表现为胰腺水肿，一般不伴器官衰竭；SAP主要表现为胰腺出血坏死及SIRS，伴多器官衰竭(multiple organ failure，MOF)，病死率较高。CP是由多种原因引起的胰腺组织慢性炎症性疾病，以胰腺纤维化为典型病理表现，最终导致胰腺结构与功能发生不可逆性损害甚至癌变，主要表现为胰腺内、外分泌功能不全及反复发作的上腹部疼痛。胰腺癌是恶性程度最高的消化系统肿瘤，早期诊断困难，病程进展快，5年生存率低于6%[12]。胰腺癌为全世界最常见的致死疾病之一，其致死人数占全世界癌症死亡人数的第4位[13]。胰腺癌病死率高是由于发病早期缺乏特定的症状和体征，临床上缺乏早期诊断及治疗的有效手段。

2 Notch信号通路与AP的关系

Gomez等[14]采用腹腔注射雨蛙素建立AP小鼠模型，发现AP发生8 h时，胰腺组织中Hes1和Rbp-Jk的表达分别增加15倍和6倍；AP发生12 h和48 h时，胰腺组织中Notch1和Dll1的表达均明显增加，表明发生AP时Notch信号通路被激活。Zhang等[15]采用胰胆管逆行注射不同浓度的牛黄胆酸钠建立MAP和SAP大鼠模型，发现正常胰腺组织中Notch1表达较少，MAP大鼠胰腺组织中Notch1表达增加，SAP大鼠胰腺组织中Notch1表达明显高于同时间点的MAP大鼠，提示Notch1参与了AP进展且与AP的严重程度呈正相关。Siveke等[16]发现，Notch信号通路与AP胰腺组织再生和修复过程有关。Siveke等[16]在AP小鼠模型中发现Notch表达增加后，随即采用γ-分泌酶抑制剂DBZ或Notch1敲除小鼠阻断Notch信号通路，发现小鼠成熟腺泡细胞增殖明显减少、凋亡增加，胰腺再生功能受损。另一项研究采用Ptf1a+/Cre；Hes1fl/fl小鼠(Hes1Δ/Δ)，该小鼠胰腺组织中Hes1表达缺失，通过腹腔注射雨蛙素建立AP小鼠模型，发现AP发生1 d时，Hes1Δ/Δ小鼠腺泡细胞去分化及炎性程度与野生型小鼠差异无统计学意义；AP发生3 d时，Hes1Δ/Δ小鼠胰腺组织腺泡明显萎缩，腺泡细胞凋亡增加并伴有持续性导管化生，胰腺再生功能受损，提示AP时Hes1在维持腺泡细胞完整性及胰腺损伤后腺泡细胞再生和修复过程中发挥重要作用[17]。张维康[18]采用胰胆管逆行注射不同浓度的牛黄胆酸钠建立MAP及SAP大鼠模型，发现MAP大鼠胰腺细胞凋亡与Notch1无明显相关性；SAP发生4h时，Notch1表达增加，胰腺细胞凋亡减少、坏死增加；进一步采用真核表达载体pCDNA3.0致胰腺腺泡细胞株AR42J表达NICD以激活Notch信号通路，并给予雨蛙素刺激，发现Notch信号通路激活后，AR42J细胞凋亡指数明显降低，坏死明显增加，提示Notch信号通路激活与AP腺泡细胞凋亡及胰腺损伤严重程度有关，尤其SAP时，Notch信号通路激活可抑制腺泡细胞凋亡，促使腺泡细胞坏死，进而加重AP的炎症反应。

3 Notch信号通路与CP的关系

有研究表明，Notch信号通路激活与CP关系密切。Bhanot等[19]收集了5例胰管扩张CP患者的胰腺组织，以健康胰腺组织为对照，研究胰管长期阻塞及胰管高压致胰管扩张的分子机制，发现胰管扩张CP患者的胰腺组织中Notch1、Notch3和Delta1表达均增加，并观察到腺泡导管化生和早期胰腺上皮内瘤变(pancreatic intraepithelial neoplasia，PanINs)，提示CP长期胰管阻塞可引起Notch信号通路激活，压力诱导的Notch信号通路激活可能引起腺泡导管转化，进而参与肿瘤早期病变。

胰腺纤维化是多种病因所致CP进展中的重要病理表现，Notch信号通路在胰腺纤维化进程中发挥重要作用。Su等[20]观察22例CP患者和24例健康人群的胰腺组织(由遗体捐赠获得)，发现CP患者胰腺组织中Notch2、Notch3和Notch4均过表达，配体Jagged1、Jagged2和Delta11过表达程度较高，Jagged1的表达以纤维化区域为多见。为了研究Notch信号通路与纤维化的关系，Su等[20]采用小鼠胚胎成纤维细胞(NIH-3T3)，给予最强致纤维化因子[重组转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)]5.0 ng/ml刺激，发现TGF-β1可导致NIH-3T3细胞大量分泌胶原蛋白-1(纤维化标志物)，继而采用Jagged1 siRNA干扰，发现TGF-β1诱导的NIH-3T3细胞中胶原蛋白-1的分泌被抑制，提示在CP进展过程中，Notch信号通路与胰腺纤维化密切相关，Jagged1可调控TGF-β1的促纤维化作用。胰腺星状细胞(pancreatic stellate cells，PSCs)是CP胰腺纤维化进展中最为重要的效应细胞，当胰腺损伤时，PSCs发生活化，产生大量的α-平滑肌肌动蛋白、纤维连接蛋白、Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白等细胞外基质成分。有学者研究小鼠胰腺组织及体外分离培养的小鼠PSCs中Notch信号通路受体的表达发现，正常胰腺组织不表达Notch3，小鼠PSCs活化后，Notch3的表达明显上调，进一步使用Notch3 siRNA抑制小鼠PSCs中Notch3的表达发现，PSCs的活化、增殖和迁移能力均明显减弱，提示Notch3可能与CP时PSCs的活化有关[21]。

除胰腺纤维化外，腺泡细胞导管化生(acinar duct metaplasia，ADM)亦是CP进展中重要的病理表现[22]。ADM是指在慢性胰腺炎组织微环境中，大量胰腺腺泡细胞失去原有的结构，被扁平集中分布的导管样结构所取代。在炎性微环境中，多种细胞因子和信号通路的激活均可诱导ADM。Pu等[23]采用重组肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α刺激AR42J细胞，发现TNF-α可引起腺泡细胞标志物淀粉酶(amylase，Amy)表达减少，导管细胞标志物角蛋白(cytokeratin，CK)表达增加，同时Hes1表达有所上调，提示ADM可能与Notch信号通路活化有关。另有研究采用重组TGF-α(50 ng/ml)刺激野生型和MMP-7缺陷小鼠的胰腺腺泡细胞，发现TGF-α可诱导野生型小鼠腺泡细胞中CK、Hes1和Hey1表达增加，MMP-7缺陷小鼠腺泡细胞中CK、Hes1和Hey1表达均明显减少，进而使用γ-分泌酶抑制剂阻断Notch信号通路发现，腺泡细胞中CK表达进一步减少，提示MMP-7参与调控TGF-α所诱导的ADM形成，Notch信号通路活化在ADM形成中起重要作用[24]。

4 Notch信号通路与胰腺癌的关系

近年来研究发现，Notch信号通路的活化与胰腺癌的发生发展密切相关[25-26]。Hu等[27]对胰腺癌患者的胰腺组织进行尸检分析发现，胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)组织中Notch1和Hes1表达均明显增加。另有研究发现，胰腺癌患者胰腺组织中除Notch1表达明显增加外，Notch3、DLL1、DLL3、DLL4的表达亦增加[21,28-29]。罗干等[30]研究PDAC患者癌组织及癌旁组织中Notch信号通路的表达发现，胰腺癌组织Notch1、Notch2、Hes1及Jagged2的表达均明显高于癌旁组织，进一步行Jagged2 siRNA干扰实验发现，Jagged2被抑制后，胰腺癌细胞株的增殖及侵袭转移能力明显减弱，提示Notch信号通路与胰腺癌进展有关。

PanINs是胰腺癌的前体病变，近年来逐渐受到关注。Mazur等[31]研究Kras小鼠发现，在PanINs进展过程中，Notch1在胰腺腺泡细胞呈高表达，Notch2在胰腺导管细胞呈高表达，进一步采用γ-分泌酶抑制剂阻断Notch信号通路发现，PanINs进展延缓，提示Notch信号通路在调控PanINs进展中起关键作用。张洁[32]用LSL-KrasG12D小鼠与PDX1-Cre小鼠杂交获得LSL-KrasG12D；PDX1-Cre小鼠，并持续给予该小鼠雨蛙素诱导CP、PanINs和PDAC相应的病理变化，结果发现在疾病进展的不同时期，Notch信号通路均被活化，而使用γ-分泌酶抑制剂二苯并氮阻断Notch信号通路可减轻CP炎性反应，亦可控制PanINs上皮细胞的增殖，诱导其凋亡，进而减缓PanINs和癌变的进展。由此推测，Notch信号通路是调控CP相关PanINs及胰腺癌进展的重要信号通路。

近年来多项研究开始关注Notch信号通路促进胰腺癌进展的作用机制[33-36]。Zhang等[37]研究Notch信号通路被过度激活的siRNA-Lfng MIA PaCa-2细胞发现，RB基因(一种抑制肿瘤的基因)表达下调，磷酸化蛋白激酶B(p-AKT)表达上调，MIA PaCa-2细胞的增殖和迁移能力增强，提示Notch信号通路可通过调控RB基因和p-AKT影响胰腺癌的进展。最近有研究给予3株胰腺癌细胞(MiaPaCa-2、PANC-1、BxPC-3)100 μmol/L二氯化钴(CoCl2)模拟细胞化学缺氧发现，CoCl2在诱导胰腺癌细胞缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)过度产生的同时，NICD和Hes1的表达均明显上调，进一步使用γ-分泌酶抑制剂阻断Notch信号通路发现，HIF-1表达减少，且观察到胰腺癌细胞的侵袭、转移能力减弱，提示Notch信号通路可能通过调控HIF-1在胰腺癌进展中发挥重要的促进作用[38]。

大量研究表明，胰腺组织PSCs的活化可明显促进胰腺癌进展[39-41]。近年来一项研究证实，PSCs促进胰腺癌的作用与Notch信号通路有关。李嘉等[42]采用吉西他滨(100 ng/ml)治疗PANC-1和BxPC-3胰腺癌细胞，并与PSCs建立共培养体系，结果发现，PSCs可明显抑制吉西他滨诱导的两种胰腺癌细胞凋亡，降低吉西他滨对细胞生长的抑制能力，导致吉西他滨的半数抑制剂量升高，促进了胰腺癌细胞对吉西他滨的化疗耐药性；同时发现，胰腺癌细胞中Hes1表达明显增加，进一步使用Hes1 siRNA干扰和Notch信号通路阻断剂后，观察到PSCs所致的胰腺癌细胞化疗耐药性被成功逆转，提示Notch信号通路可能是PSCs导致胰腺癌化疗耐药性的重要信号通路。

综上所述，Notch信号通路家族中的受体和配体在胰腺炎症及肿瘤进展中发挥着重要作用，但其作用机制尚未阐明，有待进一步深入研究。