范鳴旭 趙艷濱 李博洋 綜述 王 艷 審校

Notch基因通路與惡性腫瘤的進(jìn)展

范鳴旭 趙艷濱 李博洋 綜述 王 艷 審校

Notch信號(hào)通路是一個(gè)廣泛存在于脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物中的重要信號(hào)通路，其調(diào)控細(xì)胞凋亡、增殖、分化等。Notch信號(hào)的上調(diào)、下調(diào)或結(jié)構(gòu)的改變與多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系。目前的各項(xiàng)研究共發(fā)現(xiàn)4種Notch基因(Notch1-4)表型，通過(guò)與其配體(Jagged1、Jagged2、Delta1、Delta3、Delta4)結(jié)合而產(chǎn)生作用。Notch基因在多種惡性腫瘤中扮演著重要作用。本文主要針對(duì)Notch基因在多種實(shí)體惡性腫瘤中的作用做一綜述，包括其在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程及治療中所起的作用。

Notch；惡性腫瘤；進(jìn)展；治療

1 典型的Notch信號(hào)

Notch信號(hào)通路長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為在細(xì)胞的整個(gè)活動(dòng)過(guò)程中扮演著關(guān)鍵的角色，如在成人及胚胎生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞的增殖、分化以及干細(xì)胞的維護(hù)等。Notch信號(hào)高度保守進(jìn)化依賴于其出現(xiàn)在鄰近細(xì)胞上的特異性配體。在典型的Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中，受體與配體的結(jié)合促進(jìn)了受體胞內(nèi)的裂解金屬蛋白酶釋放Notch的活性形式：Notch胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(NICD)，其轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)，與轉(zhuǎn)錄因子CBF-1/Suppressor of Hairless/LAG-1(CSL)結(jié)合，又名RBP-Jκ，激活Notch相關(guān)基因的表達(dá)[1-4]。

不同物種具有不同受體基因的數(shù)量，果蠅含有一種Notch受體，秀麗隱桿線蟲有兩個(gè)受體，而哺乳動(dòng)物一般具有四個(gè)Notch受體(Notch1-4)。哺乳動(dòng)物四個(gè)Notch亞型的主要區(qū)別在于表皮生長(zhǎng)因子(EGF)重復(fù)的數(shù)目和胞內(nèi)域的長(zhǎng)度。Notch的胞內(nèi)部分是細(xì)胞信號(hào)傳遞的關(guān)鍵，含有RBP-Jκ關(guān)聯(lián)模塊(RAM)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)核定位信號(hào)(NLS)，一個(gè)七錨蛋白重復(fù)序列(ANK)域和一個(gè)反式調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域，含有保守的脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸/蘇氨酸(PEST)。Notch受體的配體是多種多樣的，已在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的Notch配體有Jagged1、Jagged2、Delta1、Delta3、Delta4，其中Delta3(DLL3)可能是一種在細(xì)胞質(zhì)中抑制性結(jié)合Notch受體的配體[3，5]。這些配體的胞外域具有多個(gè)表皮生長(zhǎng)因子(EGF)樣重復(fù)及N端DSL(Delta/Serrate/Lag2)結(jié)構(gòu)域[6]。配體與受體結(jié)合后經(jīng)過(guò)復(fù)雜的途徑形成Notch蛋白的活化形式-NICD[7]，NICD進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮傳遞信號(hào)的作用。

2 Notch信號(hào)通路與惡性腫瘤

惡性腫瘤細(xì)胞顯著區(qū)別于正常細(xì)胞的變化是表現(xiàn)在細(xì)胞對(duì)凋亡和增殖的調(diào)控上。Notch信號(hào)通路是一個(gè)進(jìn)化上高度保守的信號(hào)通路，參與了細(xì)胞活動(dòng)中各種各樣的過(guò)程，包括細(xì)胞壽命、組織形態(tài)、細(xì)胞分化、增殖和死亡。因此，該途徑為細(xì)胞活動(dòng)中的重要途徑，且Notch的每一種表型在不同的腫瘤細(xì)胞中，所起的作用也不盡相同。

2.1 乳腺癌

乳腺癌為女性最常見的惡性腫瘤之一，它是20～59歲女性癌癥死亡的主要原因，占婦女所有新發(fā)癌癥的29%[8]。在乳腺癌中Notch基因的致瘤活性已經(jīng)建立了小鼠模型。1987年，小鼠乳腺腫瘤病毒(MMTV)插入的Notch4基因座被發(fā)現(xiàn)，該報(bào)道提供了Notch基因與乳腺癌之間的首次聯(lián)系[9]。除Notch4之外，在鼠乳腺腫瘤的形成中Notch1的參與也被確定，Notch1的MMTV插入和截短形式的Notch1作為乳腺癌發(fā)展的又一個(gè)癌基因突變[10]。LncRNA為Notch途徑的下游靶標(biāo)，2015年P(guān)ei等[11]通過(guò)研究LncRNA與Notch1蛋白水平之間的關(guān)系，鑒定出乳腺癌中與Notch1最相關(guān)的LncRNA GAS5，再通過(guò)研究30名乳腺癌患者的5年生存分析發(fā)現(xiàn)，高水平的Notch1在乳腺癌中往往預(yù)示著較差的預(yù)后，且Notch1通過(guò)調(diào)節(jié)LncRNA GAS5促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖。Kim等[12]研究發(fā)現(xiàn)Notch抑制劑具有使乳腺癌細(xì)胞對(duì)化療藥物敏感的潛力，且升高的Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與雌激素受體陽(yáng)性的乳腺癌治療的抵抗有關(guān)，因此其具有應(yīng)對(duì)化療及激素治療耐藥性的潛力。

當(dāng)前乳腺癌的治療方法包括手術(shù)、化療、激素及放療等，新的癌癥療法的開發(fā)以及改善那些已經(jīng)使用在這一領(lǐng)域的治療方法至關(guān)重要。Notch基因通路及其所調(diào)控的下游靶標(biāo)作為潛在靶點(diǎn)，其抑制劑無(wú)論是在配合目前現(xiàn)有的治療方法或單獨(dú)應(yīng)用，都極有可能成為未來(lái)乳腺癌治療中的一個(gè)重要部分。

2.2 肺癌

Notch基因在肺癌中也可以作為癌基因或抑癌基因，這取決于腫瘤細(xì)胞的類型。Hassan等[13]在小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn)，在小細(xì)胞肺癌(Small cell lung cancer，SCLC)中Notch1的過(guò)表達(dá)限制了上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)型(Epithelial-mesenchymal transitions，EMT)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞轉(zhuǎn)移潛能。在對(duì)體外SBC-3細(xì)胞株研究發(fā)現(xiàn)敲除細(xì)胞株中的Notch1可以減小癌株對(duì)高濃度多柔比星的耐藥性，激活細(xì)胞凋亡途徑。然而在H69AR細(xì)胞中，敲除細(xì)胞株中的Notch1后，多藥耐藥相關(guān)蛋白(MRP-1)的表達(dá)增加，并因此維持細(xì)胞的化學(xué)抗性能力。這樣的結(jié)果至少說(shuō)明Notch1信號(hào)通路參與SCLC細(xì)胞的藥物抗性[14]。肺癌除手術(shù)外，最重要的治療手段包括化療與放療，Ikezawa等[15]研究顯示，Notch信號(hào)通路和缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF-1α)蛋白表達(dá)上調(diào)可以增加腫瘤細(xì)胞對(duì)放射治療的敏感性，也就說(shuō)Notch途徑是一個(gè)有效的放射治療的潛在的治療靶點(diǎn)，就以上信息我們不難發(fā)現(xiàn)，Notch信號(hào)廣泛參與到肺癌的各種類型以及肺癌治療的各個(gè)領(lǐng)域，目前就Notch信號(hào)通路大多數(shù)研究仍然為小鼠模型或體外實(shí)驗(yàn)，但現(xiàn)已有多種抑制劑投入臨床試驗(yàn)。

2.3 結(jié)直腸癌

在世界范圍內(nèi)結(jié)直腸癌是第三大惡性腫瘤死亡原因，其發(fā)病率在男性中排所有惡性腫瘤第三位，女性為第二位，最近的全球統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，有超過(guò)100萬(wàn)結(jié)直腸癌病例，每年約有694 000名患者死亡，且在全球范圍內(nèi)其發(fā)病率與死亡率呈上升趨勢(shì)[16-17]。結(jié)直腸腫瘤的早期生長(zhǎng)需要血管生成，這依賴于促血管生成因子的表達(dá)增加，例如，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子-A(VEGF-A)。Notch配體DLL-4，是由內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，其可以促使VEGF在缺氧條件下通過(guò)HZF-1α被誘導(dǎo)表達(dá)[18]。研究發(fā)現(xiàn)，DLL-4在結(jié)腸癌的內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá)，這種表達(dá)與VEGF和缺氧顯著相關(guān)[19]，表明DLL-4的Notch途徑可以是結(jié)腸癌的一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。Notch1受體在結(jié)腸癌化療的過(guò)程中表現(xiàn)活躍，增強(qiáng)的Notch1水平與腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移相關(guān)，這可能與Notch1表達(dá)抑制腫瘤細(xì)胞凋亡相關(guān)[20-21]。Notch1和Notch2的臨床研究結(jié)果正相反；Notch1陽(yáng)性預(yù)示著較差的總生存率，Notch2陰性預(yù)示著較差的總生存率[22]。

2.4 胰腺癌

胰腺癌是惡性程度最高的惡性腫瘤之一，在胰腺癌中常見到Notch通路的異常激活，Notch配體，包括Jagged2和DLL-4的高水平表達(dá)，在大多數(shù)胰腺癌細(xì)胞株中可以被檢測(cè)到。值得注意的是Yen等[23]近期的研究利用病人衍生的異種移植腫瘤細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，抗Notch2/3，無(wú)論是作為單一藥劑或與化療劑組合在胰腺癌治療過(guò)程中都是有效的?？筃otch2/3與吉西他濱加上白蛋白結(jié)合紫杉醇組合的抗腫瘤效果比單獨(dú)的吉西他濱加上白蛋白結(jié)合紫杉醇組的效果好。在腫瘤細(xì)胞中抗Notch2/3抑制Notch靶基因的表達(dá)并減少腫瘤原始細(xì)胞數(shù)量。這無(wú)疑是為體內(nèi)研究Notch通路做了一個(gè)重要鋪墊。

2.5 其他實(shí)體腫瘤

在卵巢癌中，Notch信號(hào)傳導(dǎo)的作用最早在兩個(gè)鑒定上皮性卵巢癌潛在診斷標(biāo)記物的研究中被發(fā)現(xiàn)，在隨后的研究中Notch1和Notch3以及它們的配體被證實(shí)了在漿液性卵巢癌中起重要致癌作用，且多種針對(duì)Notch通路的靶向抑制劑均處于臨床試驗(yàn)階段[24]。Notch基因以及其配體的異常表達(dá)在肝細(xì)胞癌中早已被發(fā)現(xiàn)，近期的研究利用Notch的抑制劑GSI抑制Notch信號(hào)，可以阻止腫瘤的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)，提高患者無(wú)病生存時(shí)間，但其產(chǎn)生的胃腸道毒性是一個(gè)有待解決的問(wèn)題[25]。此外，在前列腺癌、胃癌、皮膚癌、腦惡性膠質(zhì)瘤中均發(fā)現(xiàn)了Notch信號(hào)的異常表達(dá)[3]。

3 Notch信號(hào)通路作為腫瘤潛在治療靶點(diǎn)

Notch配體與受體的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域結(jié)合后觸發(fā)Notch受體的膜內(nèi)切割，該過(guò)程由γ-分泌酶復(fù)合物進(jìn)行，進(jìn)而令NICD的細(xì)胞質(zhì)釋放[26]。因此，通過(guò)GSI阻斷Notch的跨膜蛋白水解切割可能是Notch靶向治療藥物的一個(gè)選擇，通過(guò)抑制NICD產(chǎn)生，從而抑制下游基因轉(zhuǎn)錄及表達(dá)。在過(guò)去的幾十年中，合成GSI已經(jīng)成功治療阿爾茨海默病。

此外Notch信號(hào)通路在腫瘤干細(xì)胞及腫瘤血管生成的研究中均被發(fā)現(xiàn)起重要作用。最近的研究報(bào)道Notch配體DLL-4在多種腫瘤中均與腫瘤血管的生成有重要聯(lián)系[27]，且Notch被確定為具有干細(xì)胞性質(zhì)的細(xì)胞標(biāo)記物，并與肺癌患者的總生存率降低有關(guān)[28]。

越來(lái)越多的研究和臨床證據(jù)支持Notch在多種癌癥中的致癌或抑癌作用，因此它完全可以作為一個(gè)潛在的癌癥治療靶點(diǎn)。繼續(xù)全面的了解Notch信號(hào)以及其與其他途徑的相互作用可以為我們提供更多潛在的分子靶點(diǎn)，設(shè)計(jì)有效的針對(duì)性藥物。

4 小結(jié)與展望

自1991年以來(lái)發(fā)現(xiàn)異常的Notch通路激活與癌癥有關(guān)后，異常Notch信號(hào)已經(jīng)在許多實(shí)體和造血系統(tǒng)腫瘤中被發(fā)現(xiàn)。在不同的腫瘤類型中，Notch信號(hào)的活化可以作為癌基因或抑癌基因發(fā)揮作用。Notch信號(hào)干擾了腫瘤細(xì)胞的分化、增殖、存活/凋亡及自我更新，它也參與了腫瘤血管生成和腫瘤基質(zhì)細(xì)胞的活動(dòng)的調(diào)節(jié)。最近的五年中，Notch信號(hào)是在癌癥治療中最有前途的新的靶向治療目標(biāo)之一，Notch信號(hào)的異常表達(dá)廣泛出現(xiàn)在包括化療、放療、靶向治療等多種腫瘤治療的過(guò)程當(dāng)中，并在其中起重要作用，這進(jìn)一步說(shuō)明了其可以作為一個(gè)潛在腫瘤治療靶點(diǎn)的可能。關(guān)于腫瘤的靶向治療已有相當(dāng)多的藥物投入臨床應(yīng)用，與傳統(tǒng)治療手段相比，靶向治療具有的優(yōu)勢(shì)已不言而喻，Notch信號(hào)以及其下游通路信號(hào)的相關(guān)藥物多數(shù)還處在體外或動(dòng)物模型研究階段，并已取得較多數(shù)據(jù)，在其治療過(guò)程中產(chǎn)生的各種副作用也不容忽視，相信在不久的將來(lái)，隨著相關(guān)藥物研發(fā)成熟后上市，必然會(huì)為腫瘤治療再添一條新的道路。

1 Andersson ER，Lendahl U.Therapeutic modulation of Notch signaling-are we there yet[J].Nat Rev Drug Discov，2014，13(5)：357-378.

2 Chikara S，Reindl KM.Notch signaling：a hero or villain in the war against cancer[J].Transl Lung Cancer Res，2013，2(6)：449-451.

3 Shao H，Huang Q，Liu ZJ.Targeting Notch signaling for cancer therapeutic intervention[J].Adv Pharmacol，2012，65(2)：191-234.

4 Espinoza I，Miele L.Notch inhibitors for cancer treatment[J].Pharmacol Therapeut，2013，139(3)：95-110.

5 Heuss SF，Ndiaye-Lobry D，Six EM，et al.The intracellular region of Notch ligands Dll1 and Dll3 regulates their trafficking and signaling activity[J].PNAS，2008，105(32)：11212-11217.

6 Bridges E，Oon CE，Harris A.Notch regulation of tumor angiogenesis[J].Future Oncology，2011，7(4)：569-588.

7 劉兆國(guó)，朱智杰，周梁，等.Notch信號(hào)通路與腫瘤研究[J].中國(guó)藥理學(xué)通報(bào)，2012，28(8)：1045-1048.

8 Siegel RL，Miller KD，Jemal A.Cancer statistics，2015[J].Ca Cancer J Clin，2014，64(1)：9-29.

9 Gallahan D，Callahan R.Mammary tumorigenesis in feral mice：identification of a new INT locus in mouse mammary tumor virus(Czech II)-induced mammary tumors[J].J Virol，1987，61(1)：66-74.

10 Beaulieu N.Involvement of Notch1 in the development of mouse mammary tumors[J].Oncogene，1999，18(44)：5973-5981.

11 Pei J，Wang B.Notch-1 promotes breast cancer cells proliferation by regulating LncRNA GAS5[J].Int J Clin Exp Med，2014，8(8)：14464-14471.

12 Kim B，Stephen SL，Hanby AM，et al.Chemotherapy induces Notch1-dependent MRP1 up-regulation，inhibition of which sensitizes breast cancer cells to chemotherapy[J].BMC Cancer，2015，15(1)：1-12.

13 Hassan WA，Yoshida R，Kudoh S，et al.Notch1 controls cell invasion and metastasis in small cell lung carcinoma cell lines[J].Lung Cancer，2014，86(3)：304-310.

14 Hassan WA，Yoshida R，Kudoh S，et al.Notch1 controls cell chemoresistance in small cell lung carcinoma cells[J].Thorac Cancer，2016，7(1)：123-128.

15 Ikezawa Y，Sakakibara Konishi J，Mizugaki H，et al.Inhibition of Notch and HIF enhances the antitumor effect of radiation in Notch expressing lung cancer[J].Cancer Res，2014，74(19)：3937-3945.

16 Vinson KE，George DC，F(xiàn)ender AW，et al.The Notch pathway in colorectal cancer[J].Int J Cancer，2016，138(8)：1835-1842.

17 陳杰，侯恩存.貝伐單抗聯(lián)合XELOX方案治療轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的研究進(jìn)展[J].實(shí)用腫瘤學(xué)雜志，2015，29(2)：157-161.

18 Patel NS，Li JL，Generali D，et al.Up-regulation of delta-like 4 ligand in human tumor vasculature and the role of basal expression in endothelial cell function[J].Cancer Res，2005，65(19)：8690-8697.

19 Jubb AM，Turley H，Moeller HC，et al.Expression of delta-like ligand 4(Dll4)and markers of hypoxia in colon cancer[J].Brit J Cancer，2009，101(10)：1749-1757.

20 Wu W，Wang X，Cheng A，et al.Dysregulation and crosstalk of cellular signaling pathways in colon carcinogenesis[J].Crit Rev Oncol Hematol，2013，86(3)：251-277.

21 Zhang Y，Li B，Ji ZZ，et al.Notch1 regulates the growth of human colon cancers[J].Cancer，2010，116(22)：5207-5218.

22 Chu D，Zhang Z，Zhou Y，et al.Notch1 and Notch2 have opposite prognostic effects on patients with colorectal cancer[J].Ann Oncol，2011，22(22)：2440-2447.

23 Yen WC，F(xiàn)ischer MM，Axelrod F，et al.Targeting Notch signaling with a Notch2/Notch3 antagonist(Tarextumab)inhibits tumor growth and decreases tumor-initiating cell frequency[J].Clin Cancer Res，2015，21(9)：2084-2095.

24 Groeneweg JW，F(xiàn)oster R，Growdon WB，et al.Notch signaling in serous ovarian cancer[J].J Ovarian Res，2014，4(7)：95-107.

25 Lu J，Xia Y，Chen K，et al.Oncogenic role of the Notch pathway in primary liver cancer[J].Oncol Lett，2016，12(1)：3-10.

26 Olsauskaskuprys R，Zlobin A，Osipo C.Gamma secretase inhibitors of Notch signaling[J].Oncotargets Ther，2013，6(6)：943-955.

27 Takebe N，Nguyen D，Yang SX.Targeting notch signaling pathway in cancer：clinical development advances and challenges[J].Pharmacology Therapeutics，2013，141(2)：140-149.

28 Hassan KA，Wang L，Korkaya H，et al.Notch pathway activity identifies cells with cancer stem cell-like properties and correlates with worse survival in lung adenocarcinoma[J].Clin Cancer Res，2013，19(8)：1972-1980.

(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

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院(哈爾濱 150081)

范鳴旭，男，(1990-)，碩士研究生，從事腫瘤防治的研究。

王艷，E-mail：86298263@163.com

R730.58

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.01.012