Notch1通路活化對膠質瘤干細胞遷移和侵襲能力的影響及其作用機制研究

盧瑜 羅偉堅 胡繼良

腦膠質瘤是常見的顱內惡性腫瘤, 原發性腦膠質瘤的發病率逐年攀升。其在顱內呈浸潤性發展, 在治療中, 開顱手術也難以完全對腫瘤組織進行切除, 尤其是放化療的效果也不明顯。患者生存期短, 僅有不到5%的腦膠質瘤患者生存期可達5年［1-3］。由此可見, 人腦膠質瘤對患者生命健康構成極大威脅, 不僅給患者帶來了巨大痛苦, 而且對其生活質量也造成了嚴重影響［4］。從目前的治療來看, 放化療藥物和抗腫瘤藥物的連用, 也不能遏制腫瘤細胞的增殖和擴散, 且在全身性腫瘤的治療中, 該疾病的預后效果最差。癌癥干細胞殘留的腫瘤干細胞(CSC)最終引發疾病的復發。本文基于Notch1信號通路活化對膠質瘤干細胞遷移和侵襲能力的影響及其作用機制, 取得了研究的效果, 具體報告如下。

1 材料與方法

1.1 材料 選取本院2016年4月～2017年4月經手術治療的腦膠質瘤患者標本30例, 進行處理后在培養基中進行培養, 為標本營造懸浮的生長狀態, 初始化腫瘤球細胞表達膠質瘤干細胞的標志物CD133和Nestin, 誘導后成熟神經神經細胞的標志物GFAP和TU-20。

1.2 方法 應用隨機數字表法, 將培養基中CD133和Nestin應用不同的Notch1通路活化途徑, 5例應用經典CBF-1/RBP-Jκ依賴途徑, 25例應用CSL非依賴途徑。觀察標志物中, 膠質瘤干細胞遷移和侵襲能力。

2 結果

CSL非依賴途徑通過胞外水平、胞內水平和胞核水平3種途徑對腫瘤干細胞進行遷移, 其侵襲力和侵襲水平優于經典CBF-1/RBP-Jκ依賴途徑的傳導能力。30例膠質瘤干細胞組織標本中, 18例高表達Notch1, 占60.0%。Notch1在直徑高腫瘤中表達強度比直徑小腫瘤高, 且對膠質瘤的局限期、進展期有著較高的表達。

3 討論

目前在膠質瘤治療一籌莫展的情況下, 研究其干細胞的作用, 對提高其5年生存率具有重要作用。Notch基因于1919年由Morgan及其同事在果蠅體內發現, 該基因如發現突變可導致果蠅出現殘翅。果蠅的Notch基因于1983年被克隆。而后發現表明, Notch基因從無脊椎動物到脊椎動物,在多個物種中均有表達, 其家族成員的結構具有高度保守性,在細胞增殖分化以及發育過程中起到關鍵調節作用［5-7］。從生物學作用來講, Notch信號對膠質瘤干細胞遷移和侵襲能力的界定, 正是通過在進化上高度保守, 在相鄰細胞之間相互作用, 達到調節細胞、組織以及腦組織器官分化發育的主要方法。

Notch通路有CSL依賴途徑和CSL非依賴途徑兩種。CSL是Notch受體胞內段結合的一種轉錄抑制子CFB1、Su(H)、Lag-1首字母的縮寫。在哺乳動物體內, CSL依賴途徑又稱為CFB1/RBP-Jκ依賴途徑。

CBF-1/RBP-Jκ 依賴途徑 (圖1)：通過S1、S2、S3經歷3次活化裂解。S1裂解位于胞外區1654位精氨酸殘基-1655位替氨醢殘基之間, 通過轉化酶作用, 產生胞外區和跨膜片段, Notch受體位于細胞膜表面；S2裂解, 在腫瘤細胞壞死因子中, 選擇胞外近膜區1710丙氨酸-1711纈氨酸殘基之間的配體結合, 通過金屬酶進一步吞噬細胞；S3裂解1743甘氨酸殘基-1744纈氨酸殘基之間合成高分子蛋白激酶, 序列結合后, 完成最后裂解ICN。

圖1 經典Notch通路概略圖

CSL非依賴途徑：Arias等［9］在研究Notch基因突變時在果蠅體內發現, 后在哺乳動物的細胞體外實驗中被證實。Notch信號轉導3種調節方式——胞外水平、胞內水平、胞核水平。該方法是在在染色質的特定結構上, 通過對基因表達的上下調度來實現的通路活化。

通路信號通過裂解, 實現了受體、配體、DNA結合蛋白、Notch的調節分子等功能性的體現。正是通過相鄰細胞的聯動作用, 發揮生物學特性和作用的鮮明體現。

研究結果表明, 抑制Notch1通路活性后可能通過PI3K通路來調節膠質瘤干細胞的遷移和侵襲能力［8-11］。Notch1信號通路活化與多發性骨髓瘤(MM)的發生、發展及耐藥密切相關, 有望成為MM治療的新靶點。Notch1基因可能通過激活JNK1信號通路活化p53, 促進PUMA和NOXA蛋白表達,進而通過線粒體途徑導致人乳腺癌MCF-7細胞凋亡［12］。腎癌細胞中過度活化的Notch1信號, 通過上調PI3K/Akt信號通路的活性, 加快了腫瘤細胞的增殖, 進而促進腎癌的發生、發展。該發現提供了一種可能的腎透明細胞癌發生的新機制和潛在分子藥靶［13］。

本研究綜合學者的研究報告顯示和本次對膠質瘤干細胞遷移和侵襲能力的通路活化作用, 研究癌細胞增值和擴散之間的關系, 以進一步為治療患者提供理論和臨床實踐意義和價值。

綜上所述, Notch信號CSL非依賴途徑, 在進化上高度保守, 通過相鄰細胞之間的相互作用調節細胞、組織、器官的分化和發育, 對膠質瘤干細胞的遷移和侵襲起著推舉作用,其主要通過不同的通路活化方式, 實踐對膠質瘤干細胞的遷移能力。