Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞中的作用

趙小芳 王 紅

遵義醫學院附屬醫院消化內科，貴州遵義563000

Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞中的作用

趙小芳 王 紅▲

遵義醫學院附屬醫院消化內科，貴州遵義563000

結直腸癌是消化系統中最常見的惡性腫瘤之一，有研究報道Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞形成結直腸癌中起關鍵作用，然而其對結直腸腫瘤干細胞的作用機制尚不清楚。如能清楚地了解Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞中的作用，可為以后研發以Notch信號通路聯合腫瘤干細胞為治療靶點的新途徑提供參考。本研究就Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞中作用的相關文獻加以綜述。

Notch信號通路；結直腸腫瘤干細胞；結直腸癌；作用

結直腸癌是消化系統中最常見的惡性腫瘤之一，居全球腫瘤發病率的第3位［1］。近幾年來，結直腸癌在我國的發病率、死亡率呈逐年上升的趨勢，并且年輕化趨勢更加明顯，嚴重威脅著人們的健康，研究新的診斷方法和治療手段已經刻不容緩。基于腫瘤干細胞學說，有學者在結直腸癌干細胞研究中發現Notch有異常的表達和擴增，其自我更新也需要Notch信號的調節［2］，這表明Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞中發揮重要的作用，深入研究Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞中的作用，以期為進一步使用腫瘤干細胞的特異性表面標志物的靶向制劑和Notch信號途徑為靶點的分子靶向治療及新藥開發預防和治療結直腸癌提供更可靠的理論依據。

1 正常干細胞與結直腸腫瘤干細胞

正常干細胞具有再生各種組織和器官的潛在功能，腫瘤干細胞是干細胞中一個亞群［3］。腫瘤干細胞除了具有一般干細胞的自我更新和多向分化潛能外，還有高致瘤性的特點。研究發現，正常干細胞和腫瘤干細胞的生物學特性十分相似，對腫瘤干細胞有治療作用的手段也可能會對正常的干細胞有殺傷作用，這可能會引起一些嚴重的副作用。Francipane等［4］試驗證明哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白（mTOR）抑制劑Torin-1可影響轉移的人結直腸癌干細胞樣細胞的增殖，抑制腫瘤生長、入侵，并且Torin-1不影響正常的結直腸干細胞生存，表明其對癌細胞具有選擇性。但隨著對腫瘤干細胞研究的深入，發現結直腸癌干細胞（CCSCs）形成結直腸癌可能起源于正常結直腸干細胞，或者至少認為其有共同屬性［5-6］。目前正常干細胞與結直腸腫瘤干細胞的鑒定和分離主要借助于細胞的表面標志物來進行，已經被提議的結直腸腫瘤干細胞標志物有CD133、CD44、Bmi-1、ALDH1A1、EpCAM、Lgr5及MSI-1［7］。

2 結直腸癌與結直腸腫瘤干細胞

在結直腸癌的發病機制中，大腸癌的發生是涉及多基因、多步驟的癌變過程，以往對大腸癌發生發展機制的研究多集中在分子水平，自Reya等［8］提出“腫瘤干細胞學說”以來，腫瘤干細胞則從細胞水平上研究結直腸癌形成機制與生物學特性，成為研究的新熱點。越來越多的證據表明大多數腫瘤（包括結直腸腫瘤）起源于腫瘤干細胞，腫瘤復發、轉移是改善癌癥總體生存的主要障礙，這可能也是由于有少部分的腫瘤干細胞的存在，其自我更新能力和形成差異化的后代，可對抗腫瘤治療產生耐藥性［9-10］。也有研究發現［11］，正常結直腸隱窩細胞數是2×103，癌變后數目增到1× 108～1×1013，而此變化是由其中約1％的腫瘤干細胞引起，其自身數量增加很大。

3 Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞中的作用

3.1 Notch信號通路

Notch基因由1916年Morgan等在突變的果蠅中發現，Notch是一個相對分子質量（Mr）約300 000的單次跨膜受體蛋白家族，由2條鏈通過二硫鍵連接，果蠅Notch只有一個Notch基因，而哺乳動物Notch信號有4個同源Notch基因受體，且約有60％與果蠅Notch基因同源。在哺乳動物中Notch信號途徑主要由Notch受體、Notch配體及轉錄因子CSL組成，4個Notch基因受體分別為Notch1、Notch2、Notch3及Notch4，其結構包含胞外域（NEC）、膜域（NTM）和胞內域（NIC），NIC受到多種轉錄后修飾調節Notch活性，這些修飾有糖基化、泛素化、磷酸化、乙酰化和羥基化，Notch受體廣泛表達于組織中。Notch配體又稱為DSL蛋白，有5個同源配體，即Serrate樣配體Jagged 1～2和Delta樣配體DLL1、DLL3及DLL4，這些配體是一種含保守分子結構的Ⅰ型單次跨膜蛋白，包含Notch受體結合部位、富含半胱氨酸的DSL及EGF結構域；轉錄因子CSL是一種DNA結合蛋白，能識別并結合Notch信號通路啟動子上特定的DNA序列，是信號通路中關鍵的轉錄調節因子［12-13］。

3.2 Notch信號通路的調節

Notch信號通路活化有兩條途徑，經典的Notch信號通路又稱CBF-1/RBP-jk依賴途徑，Notch信號傳導在活化過程中經3次裂解，分別被稱為S1、S2和S3裂解，釋放Notch蛋白的活化形式NICD（NIC），NICD進入細胞核與CSI蛋白、MAML結合，形成三元絡合轉錄激活物（NICD-CSI-MAML）后，Notch靶基因轉錄編碼HES和HEY等在內的堿性螺旋-環螺旋（bHLH）家族轉錄因子，這些轉錄因子促進下游基因的表達，從而促進細胞增殖和抑制細胞分化［14］。

Notch信號是細胞與細胞之間直接作用的主要信號通路之一，它在遺傳進化過程中有高度保守和一致性［15］，其在胚胎發育、器官形成、組織平衡及正常及腫瘤干細胞的發育、分化、增殖及凋亡過程中發揮十分重要的作用［16-17］，但信號通路一旦失調會產生一些病理條件，如腫瘤［18］。大腸癌是已知的含有大量遺傳和生理改變的癌癥，這種改變影響細胞的生存與增殖，其中最常見的改變就是Notch信號通路［19］。

3.3 Notch信號通路在結直腸腫瘤干細胞中的作用

大量研究證據顯示Notch信號通路參與多種實體瘤的發生發展，對結直腸癌而言，Notch信號通路可驅動結直腸腫瘤干細胞向結直腸癌發展，并且在促進結直腸癌干細胞自我更新、指定選擇性吸收和分泌分化中也發揮重要作用［20］。正如相關研究證明Notch信號通路有此作用，如Grudzien等［21］認為腫瘤干細胞可能有啟動癌癥和癌癥復發的能力，針對腫瘤干細胞治療的一種方法可能針對信號通路，如Notch信號通路，其參與維護干細胞的自我更新和生存，通過實驗證實γ分泌酶抑制劑可誘導干細胞凋亡，建議抑制Notch信號通路可能對腫瘤干細胞的治療有臨床意義。van Es等［22］也發現腸道中腫瘤干細胞活性增加并發展為腸道腫瘤，是在Notch信號通路被激活的前提下。最近研究還發現［23］，活躍的Notch信號通路被確認為是細胞具有干細胞特性的一個標志。

研究Notch信號通路在結直腸癌干細胞中的作用時，Apostolou等［24］檢測到Notch受體在結腸癌干細胞中呈高表達狀態，Notch2表達最高，其次是Notch1和Notch3，最后為Notch4；用siRNA干擾Notch通路后，Notch受體的RNA表達都有減少，Notch1～4減少依次為70％、85％、85％及89％，且4個不同Notch受體還存在相互作用，Notch2受體在腫瘤干細胞中發揮的作用最大；另外還發現敲除不同Notch受體對結腸癌干細胞中的干性轉錄因子（Oct4、Sox2、Nanog）、CD44抗原和Met原癌基因等影響不同。MUSASHI-1（MSI-1）在正常和惡性結直腸細胞中是一個已經得到確認的結直腸干細胞標志物，它由一個Notch信號抑制因子NUMB積極調節，增加MSI-1 mRAN和蛋白水平可激活DLL4和Notch3的表達，用Notch2/3抗體中和使MSI-1 mRNA和蛋白水平減少而阻止DLL4的激活，而不是Notch1抗體，而用短發卡RNA也可讓MSI-1水平降低致Notch3沉默［25］。

Notch信號通路已經超出了自己正常的扮演角色，它不僅扮演致癌的作用［26］，而且還扮演抑癌的作用［9］。如Notch信號轉導與結直腸癌干細胞的發育和成熟有關，在結直腸腫瘤干細胞形成結直腸癌的過程中，Notch細胞轉導途徑被激活，其相關基因在結直腸癌中的表達增加，提示在結直腸癌的發生過程中，Notch信號途徑作為抑癌基因來發揮作用［27］。

4 小結

根據腫瘤干細胞學說，當前對抗腫瘤的各種聯合治療及新靶向療法的出現，都不能全部殺死腫瘤干細胞，腫瘤仍有復發、轉移的可能，故近年來集中在腫瘤干細胞上的腫瘤治療越來越受到重視，可以在不傷害正常干細胞前提下，有效徹底殺傷腫瘤干細胞。而Notch通路在腫瘤干細胞中起關鍵作用，如能清楚地了解Notch信號通路在各種腫瘤干細胞中的作用，那么以Notch信號通路聯合腫瘤干細胞為治療靶點可最終治愈腫瘤，這對于研發治療腫瘤藥物開辟了新的途徑。

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The role of Notch signaling pathway in colorectal stem cells

ZHAO Xiao-fangHONG Wang▲
Department of Gastroenterology，Affiliated Hospital of Zunyi Medical College，Guizhou Province，Zunyi563000，China

Colorectal cancer is one of the most common tumors in the digestive system.The research has reported:colorectal cancer stem cells have formed colorectal cancer because Notch signaling pathway has played a key effect on it. but it is not clear of the mechanism of colorectal cancer stem cells.If we can clearly understand what exactly the role Notch signal pathway plays，the effect can help us to open new ways for the future research and development through Notch signaling pathway joint methods of using cancer stem cells as therapeutic targets.In this paper，the literature related to the role of Notch signaling pathway in colorectal cancer stem cells is to be reviewed.

Notch signaling pathway；Colorectal cancer stem cells；Colorectal cancer；Role

R979.1

A

1674-4721（2015）05（b）-0018-03

2015-02-05本文編輯：衛軻）

貴州省科技計劃課題（編號：黔科合SY字［2013］3006號）；貴州省科學技術基金項目（編號：黔科合J字［2010］2172號）

趙小芳（1986-），女，2012級在讀碩士研究生，主要從事Notch信號通路與大腸癌的研究工作

▲通訊作者：王紅，教授，遵義醫學院附屬醫院主任醫師