Notch信號通路對膠質瘤干細胞的調控作用研究進展

陳聲波，劉子豪，杜 彬

(暨南大學醫學院病理教研室，廣東廣州510632)

膠質瘤是中樞神經系統最常見的惡性腫瘤，大多惡性程度高、侵襲性強。膠質瘤干細胞(glioma stem cells，GSCs)抵抗治療已成為膠質瘤久治不愈和復發的主要原因。近年來的研究提示，Notch 信號通路參與調控GSCs 形成、維持以及放化療耐受。本文旨在闡述Notch 信號通路及其在GSCs 的調控作用機制。

1 Notch 信號通路概況

Notch 是一個高度保守的信號通路，在無脊椎動物和脊椎動物中廣泛存在。它調控著細胞增殖、細胞命運、細胞分化和細胞死亡。哺乳動物表達4個跨膜Notch 受體:Notch-1，Notch-2，Notch-3 和Notch-4，5 個經典的跨膜配體:Delta-like 1，Delta-like 3，Delta-like 4，Jagged1 和Jagged2，Notch 信號通路可通過經典途徑和非經典途徑激活［1-2］。

經典途徑中，相鄰細胞間的Notch 受體和配體結合后，通過兩步的蛋白酶裂解反應產生Notch 蛋白活化形式-胞內段(Notch intracellular domain，NICD)。第1 次蛋白酶裂解反應發生在Notch 受體胞外區，由TACE(tumor necrosis factor-a-converting enzyme)介導。第2 次蛋白酶裂解由γ-secretase 介導產生NICD。NICD 進入核內與DNA 結合轉錄調節因子CSL(CBF-1/RBP-jk，Su(H)，Lag-1)結合，招募共同激活物(Co-Activation，Co-A)如MAML1-3，將轉錄復合物從抑制狀態轉變為激活狀態，進而激活Notch 靶基因HES/ESR/HEY 轉錄表達，產生相應的生物學效應［1］。

非經典途徑中，不需釋放NICD 或CBF-1 的作用，而通過JNK，Shh 和Wnt 下游效應蛋白直接激活Hes-1/Hairy-1 的表達［2］。這種與其他通路相互作用的激活方式，從側面反映了Notch 信號通路極其復雜。

2 Notch 信號通路對GSCs 的調控

GSCs 是從腦膠質瘤中分離出的一群具有神經干細胞樣生物學特性的細胞，該群細胞在含生長因子的無血清培養基中形成神經球，神經球在血清培養基中分化為成熟的神經細胞，在免疫缺陷的小鼠種植模型能夠形成實體瘤［3］。這些說明該群細胞具有自我更新、多分化潛能和體內成瘤的特性。因其具有干細胞特性稱之為GSCs。Notch 信號通路參與神經形成、神經干細胞增殖和維持［4-5］，而GSCs與神經干細胞具有許多相同的特性，提示兩者存在著共同的調控通路-Notch 信號通路。另外，從膠質瘤細胞系和膠質母細胞瘤分離出的GSCs 均有不同程度的Notch 信號通路分子表達異常［8，19］，說明Notch 信號通路在GSCs 中發揮著重要作用。結合近年研究，已確認Notch 信號通路在GSCs 的形成、干性維持、放療和化療耐受中發揮重要作用，如圖1所示，以下將一一闡述。

2.1 Notch 信號通路參與GSCs 的形成

圖1 Notch 信號通路參與GSCs 形成、維持、放化療耐受［1，15-16，21］Fig 1 Notch signaling is involved in GSCs' forming，maintaining and resisting to therapy

GSCs 來源有3 個:神經干細胞，神經祖細胞和神經膠質細胞［6］。有研究提示，Notch 信號通路可能在神經干細胞轉變為GSCs 過程中起重要作用。對從轉基因鼠中分離的出高表達N2ICD(Notch2 激活后的活性胞內段)的神經干細胞進行研究，與對照組的神經干細胞相比，高表達N2ICD 的神經干細胞具有更強的增殖和抗凋亡能力，并且更傾向于分化為星形膠質細胞［7］。這種高表達N2ICD 的神經干細胞獲得了GSCs 的特性，如更強的增殖和抗凋亡能力，提示Notch 信號通路中的N2ICD 參與神經干細胞轉變為GSCs。另外，穩定轉染高表達NICD的SHG-44 細胞在含生長因子培養基的增殖能力和單克隆集落形成能力明顯高于對照組，提示Notch信號通路促進膠質瘤的GSCs 細胞形成或(和)維持［8］。在炎性反應與膠質瘤形成和進展關系的研究中，IRF-IL6 炎性反應信號可通過誘導GSCs 的形成和血管生成參與到膠質瘤的形成和進展，而GSCs的形成則是IRF-IL6 過量表達后，通過JAK-STAT 介導Jagged-Notch 信號通路激活，賦予膠質瘤細胞“干性”的結果［9］。以上研究均表明Notch 信號通路參與到GSCs 的形成，但其具體分子機制有待進一步闡明。

2.2 Notch 信號通路參與GSCs 的維持調控

GSCs 的維持是通過促進自我更新和增殖，抑制分化實現的。大量研究均表明，Notch 信號通路參與到GSCs 的維持。GSCs 存在Notch 信號通路的異常激活，用GSIs(γ-secretase inhibitors)阻斷Notch 通路后，GSCs 表達Hes1 和Hes5 下調，增殖和自我更新能力均降低，并分化成中間神經祖細胞和各種神經細胞［10］，其標志分子CD133、BMI-1 和OLIG-2 也表達下降，且經GSIs 處理后，GSCs 的致瘤性完全消失;另外GSI-18 能顯著延長原位膠質瘤動物模型的存活時間［11］。這些研究都表明Notch 信號通路通過促進增殖和自我更新以及抑制分化參與GSCs 的維持。

但Notch 信號通路參與GSCs 維持調控的具體機制至今仍不太清楚。有研究提示Notch-1 激活在GSCs 的維持和增殖中起到重要作用。Notch-1信號通路激活ERK，繼而通過Shh-Gli-Nanog 調控網絡促進GSCs 的自我更新［12］。用小分子干擾RNA 阻斷GSCs 的Notch-1 表達，GSCs 增殖能力明顯下降，體外移植瘤明顯減小，動物模型的存活時間明顯延長［13］。這些都說明Notch-1 信號通路的激活在GSCs 的維持中起促進作用。除了Notch-1信號通路外，人腦微血管內皮細胞在GSCs 的維持和生長中也發揮重要作用。在研究GSCs 與其周圍血管微環境的關系中，用GSIs 阻斷Notch 信號通路后，膠質瘤周圍的血管內皮缺失，GSCs 神經球生長明顯受抑制，GSCs 數量減少和功能受損［14］，提示腫瘤周圍血管內皮在Notch 信號通路調節GSCs 自我更新中起重要作用，而其作用的發揮是通過提供Notch 配體，激活含有Notch 受體的GSCs，促進腫瘤血管周圍微環境形成，進而促進GSCs 的自我更新和維持［15］。至于內皮細胞表達Notch 配體的機制，可能與GSCs 分泌的VEGF 促進內皮表達Notch 配體有關［16］。

2.3 Notch 信號通路參與GSCs 放化療和耐藥

與膠質瘤細胞相比，GSCs 更耐受化療和放療，這是膠質瘤治療后復發的基礎。GSCs 主要通過增加表達藥物外排轉運蛋白，增強DNA 損傷修復反應，降低細胞凋亡信號的敏感性，增加生長因子表達和轉錄的調節活動來抵抗治療［17］。

Notch 信號通路參與到GSCs 抵抗化療過程。替莫唑胺(temozolomide，TMZ)是膠質瘤化療常用藥，用TMZ 處理膠質瘤細胞后，能顯著減少干細胞培養基中形成的膠質瘤神經球，然而，仍有一小部分細胞存活下來，存活下來的細胞可以看成是GSCs，它們不再對TMZ 敏感，增殖形成神經球［18］;此時的GSCs 上調表達NOTCH-1，NCOR-2 和GLI-1，表明Notch 和Shh 信號通路激活參與GSCs 抗化療［19］。在此基礎上，加用GSIs 或Shh 通路阻斷劑處理，能顯著減少TMZ 處理后再次形成的神經球，提示阻斷Notch 信號通路能增加GSCs 對化療藥物的敏感性。至于Notch 通路是通過什么分子機制抵抗化療，至今仍不太清楚。有研究表明Dll-4 異常高表達通過促進腫瘤營養血管的生成參與膠質瘤抗VEGF 抑制劑治療［20］。還有研究表明，Notch信號通路激活后，通過上調上皮間質樣轉化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)標志物slug、snail、twist 和ZEB1/2，下調E-cadherin，促進EMT和腫瘤干細胞形成，進而參與到腫瘤的復發和耐藥［21］。這些都提示Notch 信號通路參與GSCs 抗化療的機制十分復雜，需要投入更多的研究才能進一步闡明。

同樣，Notch 信號通路也被證實在GSCs 抗放療中發揮作用。在對GSCs 放療與Notch 信號通路的相關研究中，用GSIs 能增加放療誘導的細胞死亡，通過減少GSCs 增加膠質瘤對放療的敏感性。而放療誘導細胞凋亡的增加則由GSIs 降低AKt 活動和Mcl-1 水平所致。另外，通過慢性病毒介導GSCs 表達N1ICD 或N2ICD 時，能有效抵抗放療;而敲除Notch1 或Notch2 時能增加GSCs 對放療的敏感性［22-23］。這些都說明Notch 信號通路參與到GSCs的抗放療過程，而針對Notch 信號通路的治療有望逆轉放療耐受的境況。

3 小結與展望

Notch 在GSCs 的形成、維持以及化療和抗放療耐受中發揮重要作用，但其具體的機制仍不清楚。針對Notch 通路的相關治療已取得了初步成功，然而，由于缺乏靶向，同時影響正常細胞，其不良反應較大［24］。因此，深入研究GSCs 中該通路的調控作用機制對開發以該信號通路為靶向的治療藥物具有重大意義。

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