Notch信號通路在胃癌中的研究進展

郭麗瑩(綜述)，陳新華，彭 琳(審校)

(1.內蒙古醫科大學，呼和浩特 010059； 2.內蒙古醫科大學附屬人民醫院消化內科，呼和浩特 010020)

Notch基因1919年發現于果蠅體內，其突變可造成果蠅的翅緣出現缺口(“缺口”英語譯為Notch)[1]。1983年，果蠅的Notch基因被克隆[2]。Notch信號通路是一種遺傳進化上高度保守，反應相鄰細胞間通信作用的一種信號通路，并與其他信號通路也存在著串話。目前大量研究證明，在成人Notch功能障礙會導致發育缺陷和疾病，如參與腫瘤的發生、發展[3]。Notch不僅在正常胃黏膜中表達，而且信號通路中相關因子也參與了胃癌的發生、發展，有利于進一步揭示胃癌發生、發展的可能分子機制，為胃癌治療提出新的可能靶點。

1 Notch信號通路的簡述

1.1Notch信號通路的組成及作用機制 Notch受體是單跨膜受體[2]，它是由相鄰細胞的DSL(Delta-Serrate-Lag2 domain)家族的跨膜配體激活。在果蠅有1個Notch受體和2個配體；在哺乳動物，有4個Notch受體(Notch1～4)和5個配體(Jagged1，2和Delta-like1,3，4)。該受體的前體蛋白在高爾基體合成后向胞膜轉運的過程中，在S1位點被Furin家族的蛋白酶裂解[4]，形成由一個異外亞基(Notch胞外域，Notch extra-cellular domain,NECD)(非共價結合的跨膜)和在質膜中的胞內亞基(膜-拴系的細胞內結構域，membrane-tethered intracellular domain,NTM)[5]組成的異源二聚體。鄰近細胞表面的配體結合異源二聚體的胞外區和內吞作用被認為是胞外亞基和胞內亞基這兩個亞基解離產生的物理力，從而誘導NTM構象變化和受體的激活[6-7]。NTM的這種構象變化在NTM的胞外部分產生一個裂解位點，即S2，在S2位點被ADAM金屬酶裂解。在這個點的切割導致激活Notch膜錨定的形式(Notch細胞外截斷，Notch extra-cellular truncation,NEXT)。接著NEXT被γ-分泌酶復合物首先在S3位點裂解，然后在S4位點裂解最終導致細胞內結構域(Notch intracellular domain,NICD)的釋放。NICD有兩個核定位信號，使NICD直接到核內與DNA結合蛋白RBP-J(Recombination signal Binding protein-J)鏈接。RBP-J在未與NICD結合的情況下，鍵合到低(RTGRGAR)或高親和力(YGTGRGAA)的結合位點并結合轉錄抑制因子，包括NCoR(Notch Co-Repressors)/SMRT、SKIP(Ski-interacting protein)、CIR、Hairless/CtBP、 FLH1C/KyoT2、Groucho/TLE及 MINT/SHARP/SPEN抑制大多數Notch靶基因的表達[8]。當NICD進入核內，NICD與RBP-J結合后可產生多種效應，RBP-J可與不同的啟動子結合產生轉錄活化或抑制作用，從而導致Notch信號在調節基因的表達中產生協同或拮抗作用。

1.2Notch信號的調控

1.2.1配體-受體結合水平的調節 Notch信號轉導通路在配體-受體結合水平上的調節(如高爾基體中的N-乙酰葡糖基轉移酶Fringe蛋白)可以對Notch受體胞外區進行糖基化修飾，賦予Notch受體對不同配體特異的敏感性[9]。

1.2.2泛素化相關蛋白的調節 Notch的活化形式NICD被轉移至細胞核后調節靶基因的表達。目前研究發現，多余的NICD可通過泛素介導的蛋白降解機制降解，并發現了很多泛素化相關分子，如Neuralized(Neuralized是一種定位于細胞膜上的E3泛素連接酶)[10]。

1.2.3Notch運輸的調節 Notch受體與配體結合后，存在蛋白質內吞作用。在果蠅和斑馬魚中Notch胞外域與Delta結合后被內吞入配體表達細胞，并促進受體的激活，可見內吞作用在Notch的調節中也非常重要。

1.2.4與其他信號通路相互作用 細胞信號轉導是一個復雜的網絡。在很多情況下，Notch信號通路與其他信號通路存在串話，彼此之間可相互調節、協同或制約，如Ras/絲裂原活化蛋白激酶、Wnt。

1.3Notch的功能 Notch信號通路限制細胞命運，讓細胞自我更新或成為另一種細胞類型，如神經表皮的選擇；參與維持細胞的未分化狀態；指定細胞的命運和分化；正調節或負調節細胞的增殖和凋亡[11]。

2 Notch信號通路在正常胃黏膜中的表達

胃黏膜分為上皮層、固有層、黏膜肌層和黏膜下層。其中固有層內有大量管狀腺。數量最多、功能最重要的腺體是胃底腺，分布于胃底和胃體，其結構包括淺表層、峽部和基底部三層。淺表層分布有大量黏液細胞，峽部以壁細胞、干細胞和祖細胞為主，基底部則為主細胞、壁細胞和多種內分泌細胞。峽部的干細胞和祖細胞能分化為黏液細胞、壁細胞和主細胞。

多個受體和配體在小鼠胃上皮細胞中均有表達，特別是Notch1受體、Jagged2和Delta-like3配體[12]。大鼠胃底黏膜中存在Jagged1、Jagged2、Delta-like1和Notch1～3的表達[13]。Nakakura等[14]與Sekine等[15]發現，Notch1、Notch2、Notch3和下游靶基因Hes(Hairy/enhancer-of-split)1、無調同源1 Atoh1(Hath1)在人類胃黏膜中均有表達，而Hes2、Hes3在人類胃黏膜中不表達。另外，Sander等[13]研究發現，Notch1、Notch2、Jagged1和Jagged2在賁門竇上都有表達，且在基底層的表達最高，特別是Notch1、Jagged2。

3 Notch信號通路在胃癌發生、發展中的作用

最新的研究表明[16-17]，活化的Notch1、Notch2受體通過環加氧酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)促進胃癌的進展。Notch1、Notch2受體的活化形式Notch1胞內結構域(Notch1 receptor intracellular domain,N1IC)、Notch2胞內結構域(Notch2 receptor intracellular domain，N2IC)，促進人胃腺癌SC-M1細胞的增殖和異種移植的腫瘤的生長。在這項研究中N1IC、N2IC的表達促進了SC-M1細胞的集落形成、遷移、侵襲及傷口愈合的能力，剔除Notch1、Notch2則抑制了上述能力。同樣，剔除Notch2抑制人胃腺癌細胞和AZ521胃癌細胞的癌癥級數。而N2IC的表達也引起了SC-M1細胞的上皮-間質轉化。此外，N1IC、N2IC結合到COX-2啟動子，并通過SC-M1細胞中CBF1(C-promoter bindingprotein-1)依賴的方式誘導COX-2表達。通過剔除COX-2或COX-2抑制劑NS-398治療可以抑制SC-M1細胞中N1IC、N2IC促進腫瘤進展的能力。此外，可以通過外源性COX-2或地諾前列酮來扭轉SC-M1細胞中剔除Notch2所造成的腫瘤進展的抑制。這項研究首先證明了Notch1-COX-2、Notch2-COX-2信號軸在控制胃癌進展中起重要作用，由此看來Notch1-COX-2、Notch2-COX-2信號軸為胃癌靶向治療提供了可能性[17]。

研究發現，Notch配體Jagged1與胃癌的侵襲相關。與沒有Jagged1表達的患者相比，有Jagged1表達的胃癌患者生存率低[16]。因此可以用Jagged1配體的抑制性抗體來阻斷受體與配體的結合，達到延長腫瘤患者生命的目的。

Notch信號轉導和轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)和Twist調節腫瘤的發生、發展是胃癌進展的關鍵調節。Hsu等[18]的最新研究發現，在人類胃腺癌SC-M1、胚胎腎HEK293和紅白血病K562細胞中，激活的Notch1受體促進了Twist和磷酸化的STAT3水平。N1IC的過表達加強了核STAT3和Twist在細胞之間的相互作用。N1IC通過STAT3磷酸化和Twist的表達集落形成、遷移和侵襲促進了SC-M1胃癌細胞的進展。STAT3通過Twist調節胃癌細胞SC-M1的進展。N1IC通過STAT3和Twist也提高了其他胃癌細胞，如人胃腺癌細胞和KATOⅢ的進展。通過STAT3抑制劑JSI-124和剔除Twist可以抑制小鼠體內SC-M1細胞的N1IC而促進腫瘤增長和肺轉移。更進一步研究顯示，Notch1和Notch配體Jagged1的表達與在胃癌患者的癌組織中磷酸化STAT3和Twist水平顯著相關[18]。這些結果表明，Notch1/STAT3/Twist信號軸參與了人類胃癌的進展，這種級聯調節為靶向聯合治療提供了可能性。

Sekine等[15]的研究發現，在8個胃癌細胞株中調查了7個Notch相關基因Notch1/2/3、Hes1/2/3、Hath1的mRNA表達，并比較了它與胃黏蛋白基因MUC5AC(Mucin-5 subtype AC)和MUC6(Mucin-6)的表達。Hath1與MUC6的表達在大多數胃癌細胞株中是密切相關的。MUC5AC陰性的細胞株中也有Hath1的表達。在胃癌細胞中Hath1的過度表達提高了MUC5AC和MUC6 mRNA的水平。更進一步研究發現[15]，剔除Hath1減少了兩種黏蛋白基因的表達，提示Hath1是胃癌細胞中MUC5AC和MUC6的轉錄調節之一，Hath1的表達丟失有可能在胃的癌變中起重要作用。

Zhang等[19]的研究發現，在胃腸道黏膜中SOX2(sex determining region Y-box 2)和Hath1是終端細胞分化控制中至關重要的轉錄因子，研究調查了SOX2和Hath1在胃癌中表達及胃癌患者的臨床病理特征和診斷的相關性，結果顯示:SOX2和Hath1在胃癌中的表達是相反的；在Ⅲ～Ⅳ臨床階段與SOX2低表達的患者相比，SOX2高表達的患者淋巴結轉移發生率低，浸潤深度也較淺；在有無幽門螺桿菌感染的癌癥患者組織中，SOX2和Hath1的表達沒有顯著的差異；具有較強的SOX2表達的患者比SOX2低表達的患者有較好的預后；Hath1表達水平和預后之間沒有相關性；SOX2和Hath1在胃癌組織中的表達呈反比，表明SOX2為胃癌患者提供了生存優勢，并與轉移和臨床分期相關。

4 Notch信號通路與腫瘤的治療

Notch信號通路中有三個環節可作為腫瘤治療的靶點[20]：①阻斷受體和配體的結合，如使用Delta-like 4、Jaggedl的抑制性抗體。②抑制NICD的釋放，如使用小分子量的γ-分泌酶抑制劑；③作用于共激活復合物，如使用作用于MAML(mastermind-like proteins)或CSL(一類DNA結合蛋白)的小分子抑制性肽以減少靶基因的轉錄活化。

目前阻斷Notch信號轉導途徑分為兩類：選擇性的和非選擇性的。前者包括應用反義RNA、RNA干擾和單克隆抗體；后者包括Notch配體封閉劑，如γ-分泌酶抑制劑，可以抑制Notch水解，進而抑制NICD的產生和下游基因的轉錄表達，有望為消化系統腫瘤的靶向治療提供新的策略。

5 小 結

Notch信號通路是影響細胞命運、分化、增殖和凋亡的重要信號通路，異常的Notch信號通路與胃癌的發生、發展密切相關，它對胃癌細胞的生長調控作用決定了其在胃癌治療中的重要地位。但是目前的研究還不夠深入，Notch信號與胃癌之間的分子機制有待進一步加以說明。可以預言，隨著對Notch信號通路研究的進一步深入，將為胃癌的分子機制提供新的線索，從而為控制胃癌的發生及臨床診斷和治療提供理論基礎。

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