Notch信號通路在肝癌相關疾病中的研究進展

嚴 璐, 朱 琳, 史天威,2

(1.河南中醫藥大學第五臨床醫學院/鄭州市人民醫院, 河南 鄭州 450000 2.河南省人民醫院/鄭州大學人民醫院, 河南 鄭州 450000)

Notch信號通路是細胞間一條進化保守的通路,由notch受體(notch1-4)、配體(Jag1、Jag2、Deltalike 1(Dll1)、Deltalike 3 ( Dll3)和 Deltalike 4(Dll4))、細胞內效應分子、DNA結合蛋白及notch的調節分子等成分組成,決定細胞命運、參與胚胎和組織發育、組織功能及修復等生物學過程[1]。Notch信號通路的激活是一個級聯反應,notch蛋白首先在S1位點被furin-like樣蛋白切割,以異源二聚體的形式在細胞表面表達,與配體結合后在近細胞膜處S2位點被TACE或ADAM蛋白酶切割,然后在跨膜區的S3位點被γ分泌酶切割,此時產生活化分子NICD進入細胞膜內,繼而入核與MAML、CSL形成復合物以調節靶基因的轉錄。Notch信號通路在腫瘤中的作用已被發現,研究顯示,其失調與白血病、乳腺癌、腦腫瘤、胰腺癌、前列腺癌及肝細胞癌等多種腫瘤性疾病的發病相關,在肝細胞癌發病中,notch信號通路可通過其他肝癌相關信號通路對肝細胞癌起致病作用,即notch信號可通過上調Wnt信號通路促進肝細胞癌的進展[2],STAT3可通過激活notch信號通路促進HCC細胞的干細胞樣特性,抑制Hippo可激活STAT3、Wnt/β-catenin和 notch信號通路加速肝細胞癌的形成,這也證明了notch信號通路在肝細胞癌中的重要致病作用,故通過深入研究notch信號通路在肝細胞癌中的具體發病機制有助于發現肝細胞癌新的防治靶點。

肝癌包括肝細胞癌和肝內膽管癌,其中肝細胞癌占75%以上。主要由病毒性肝炎,酒精性肝病,非酒精性肝病以及各種代謝綜合征促發,其占比如下,乙型肝炎病毒(HBV)(33%)、酒精性肝病(30%)、丙型肝炎病毒(HCV)(21%)、其他類型肝病(16%)。現階段因病毒性肝炎引起的肝細胞癌仍居首位,且具有地域差異性,預計未來二十年內肝細胞癌患者數量可增加2200多萬例。隨著生活方式的改變及疫苗的應用,非酒精性脂肪性肝病將可能成為未來肝細胞癌的主要負擔[3]。肝細胞癌起病隱匿,早期診斷困難,晚期難以治愈,其發病率和死亡率仍然居高不下,尋找防治肝細胞癌的發病機制迫在眉睫。Notch信號通路中,notch受體(notch1-4)及配體(Jag1/Dll3/Dll4)均參與肝細胞癌的發病,且notch信號通路在引起肝癌的各種促發疾病中都參與其中,接下來我們將對目前notch信號通路在肝癌相關性疾病中的作用做一總結,以期研究者更好的探索肝細胞癌相關的新的發病機制。

1 病毒性肝炎與Notch信號通路

病毒性肝炎引起肝細胞癌的占比目前在全球范圍內居首位,乙型肝炎是引起肝細胞癌最常見類型,由于缺乏丙型肝炎疫苗的應用,其對肝細胞癌的發病率貢獻也不少,研究數據表明,丙型肝炎病毒所致的肝硬化可能成為肝細胞癌的首位潛在病因,占比達60%[3],丁型肝炎常伴隨乙型肝炎,增加了治療的難度及肝細胞癌的發病率。

Notch信號通路不但參與乙型肝炎的發病過程,還參與調控乙型肝炎相關性肝細胞癌的發病過程。Zhou等[4]的研究發現乙型肝炎病毒X蛋白可激活肝細胞癌中的notch信號通路,而通過上調ZHX2抑制notch信號通路可抑制肝癌細胞的生長和轉移;另有研究者發現,乙型肝炎病毒X蛋白可通過作用于人肝細胞癌中的notch1和notch4來激活notch信號通路,抑制notch信號通路可阻礙肝癌細胞的生長、阻滯細胞周期的進程以及誘導肝癌細胞的凋亡,在肝細胞癌患者中,notch1和notch3的表達與患者生存時間成反比;notch通路還參與成人肝組織的修復和再生,Elenae Vazquez-Ulloa等[5]的研究顯示,乙型肝炎病毒X蛋白促進乙肝病毒相關肝細胞癌的侵襲和轉移,在乙型肝炎病毒X蛋白穩定轉染的細胞中notch1蛋白、配體JAG1及靶基因hes1的表達是增多的;Zijing Wang等[6]的研究證明了notch信號可影響乙型肝炎病毒感染和病毒持久性的維持,還可影響核苷酸類似物對乙型肝炎治療的效果。

Notch信號通路與丙型肝炎相關性肝細胞癌之間的相關性不強,但在感染慢性丙型肝炎后可通過抑制CD8+T淋巴細胞功能發揮誘導免疫耐受的作用[7],另外慢性丙型肝炎患者體內notch受體(notch1/2)的表達比健康人高,且與轉氨酶的量成正比,而轉氨酶的比值是肝癌術后預后的獨立因素。研究還發現在肝細胞癌中notch信號通路下游分子hes1和hes2低表達時預后更差,由此我們可以發現notch信號通路在病毒性肝炎與肝細胞癌發病過程中及治療后都發揮作用,而且作用復雜,究其對于肝細胞癌及其相關性疾病是利是弊有待進一步研究。

現階段,notch信號通路在甲型肝炎、丁型肝炎及戊型肝炎中的研究缺乏,基于乙型肝炎的高發病率及對肝細胞癌的貢獻,我們應聚焦于notch信號通路在此類病毒性肝炎中的作用,為研究肝細胞癌的發病機制尋找新的致病靶點。

2 酒精性肝病與Notch信號通路

酒精性肝病是引起世界上慢性肝臟疾病的類型之一,酒精是引起肝臟疾病的主要驅動因素,是其他類型肝病的輔助因素,也是引起肝細胞癌獨立危險因素之一,每年可造成全世界約4%的死亡和5%的殘疾,酒精消耗是疾病致病因素中位居第三的可預防因素,酒精性肝病患者中肝硬化的發病率約10%～20%,是引起肝臟相關死亡的主要原因[8],據估計,在2015年全球新增原發性肝細胞癌病例中,約30%可歸因于酒精[9]。酒精性肝病治療方法主要從戒酒、營養支持療法、糖皮質激素治療、中西醫治療、肝移植手術治療等方面進行,肝移植依然是晚期酒精性肝病或藥物治療有嚴重并發癥的主要治療手段[8]。

研究發現,酒精性肝病的特征是巨噬細胞向炎性M1型巨噬細胞極化的結果,后又有研究顯示,在酒精戒斷的酒精性肝病的患者中,皮下脂肪中的巨噬細胞減少,M2型巨噬細胞極化增多。而notch信號通路可調控巨噬細胞不同類型的極化,其接受不同分子(黃芪多糖/辣椒素/Linc00514/miR-125a/miR-99b/miR-148a-3p)的調控或被調控可產生不同的(M1/M2型)巨噬細胞極化,巨噬細胞極化還參與肝細胞癌的發病,故在酒精性肝病中研究notch信號通路對于降低肝細胞癌的發生是有積極意義的。

3 非酒精性脂肪性肝病與Notch信號通路

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確的損肝因素所致的肝細胞內脂肪過度沉積為主要特征的臨床病理綜合征。目前,NAFLD已成為全球肝細胞癌最重要負擔之一,NAFLD引起的肝細胞癌具有地域差異性,在西方發達國家發病率較高,可能與東西方生活飲食差異有關。據研究,NAFLD引起的肝細胞癌患者其生存及預后低于HCV引起的肝細胞癌,且肝移植和治療性切除不適于這類肝細胞癌的治療,目前還沒有批準治療NAFLD的藥物,更是加大了NAFLD引起的肝細胞癌的治療難度,此時從信號通路的角度出發,尋找治療靶點不失為一種有效的治療方法[10]。

NAFLD患者發生肝纖維化后更易發展成肝細胞癌,與病毒性肝炎引起肝纖維化不同的是NAFLD引起的嚴重肝纖維化可以逆轉,這就要求我們尋找一條預防肝臟纖維化形成的靶點。Zhu[11]的研究發現,notch信號通路通過穩定mTorc1上調Srebp1c引起肝臟甘油三酯合成增加,參與NAFLD向肝纖維化轉變的進程;研究發現下調notch信號通路對肝纖維化有利,減少骨調蛋白可以減弱NAFLD引起的肝纖維化的發生,而肝細胞notch信號通路可以誘導骨調蛋白的激活,增加肝纖維化的發生[12]。Notch信號可以促進FoxO1激活,增加了糖耐受,可能是2型糖尿病聯合NAFLD更易發生肝臟病變的原因。研究顯示,5-HT可影響肝癌細胞中的notch信號通路,介導肝臟組織的脂肪病變,抑制notch信號通路可減少5-HT誘導的肝細胞脂肪變性。綜上,notch信號通路在NAFLD所引起的肝臟病變中發揮積極的致病作用[13]。

4 代謝綜合征與Notch信號通路

從當前疾病的發展趨勢出發,研究者發現肝細胞癌發病原因已經開始從病毒性肝炎向NAFLD/NASH和代謝綜合征方向轉變,即肝細胞癌的代謝危險因素,包括代謝綜合征、肥胖、2型糖尿病等的流行正在增加,未來可能與非酒精性肝病一起成為全球肝細胞癌的主要原因[14]。

Notch信號通路對于調節肝臟的代謝作用至關重要,在肝臟中,notch信號異常激活可通過促進糖異生和脂肪生成,從而導致高血糖和脂肪肝。流行病學研究發現,患有糖尿病相比未患病的其肝癌的發病率和死亡率增高,2型糖尿病與胰島素抵抗可增加罹患肝細胞癌的風險。研究表明,在體內notch信號通過調節白色脂肪細胞與米色脂肪細胞的轉化進而影響機體的能量代謝,激活notch信號通路可抑制白色脂肪細胞的褐色變,促進米色脂肪細胞的白色變。Notch信號通路在肝臟中正常情況下是沉默的,當其過度激活時有利于肝細胞癌病變的形成。阻斷γ-分泌酶切割形成的NICD可抑制notch信號通路繼而改善了小鼠肥胖及胰島素抵抗的研究顯示notch信號是肝臟胰島素抵抗的關鍵驅動因素。

5 Notch信號通路在肝細胞癌中的研究

Notch信號通路在肝細胞癌中作用復雜。早期研究發現,notch1信號通路可通過誘導肝癌細胞周期和凋亡抑制肝癌細胞的生長,另有研究發現notch通路的分子notch1、notch3、notch4常在肝癌組織中高表達,notch信號通路的激活在肝臟中發揮絕對的致癌作用,notch2在HCC中相比癌旁組織表達更高,notch2蛋白還在復發、肝外轉移及B-D期的HCC患者中高表達,notch通路配體之一Jagged1在肝癌組織中表達增多,可能在肝細胞癌中發揮促進作用,而另一配體Dll1則被證明下調后可促進肝癌細胞的遷移和侵襲,另Dll4分子高表達的肝癌術后患者相對于低表達患者預后更差,術后生存時間更短[15]。

不僅notch信號通路自身與肝細胞癌的發病密切相關,體內其他信號通路也可通過調節notch信號分子對肝細胞癌發揮致病作用。研究發現,notch與Wnt信號通路聯合維持肝臟的正常生理功能,抑制notch信號通路下游分子RBPj 可通過激活Wnt/β-catenin通路促進KC-like樣TAMs的增殖進而促進肝細胞癌的生長[2],notch信號通路的激活可以抑制因RB信號通路失活導致的肝細胞癌的生長,磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(GPC3)與notch1可相互調節,共同影響肝細胞癌的生長,在Hippo基因缺陷的肝臟中,notch信號通路可與YAP/TAZ 形成正反饋循環加速腫瘤的促發,MCUR1介導的線粒體Ca2+信號可激活ROS/Nrf2/notch1通路加速肝癌細胞的上皮間質轉換促進肝細胞癌的進程,SMAD7激活YAP/notch信號級聯可促進肝細胞癌的發生,抑制肝細胞癌中的Notch/Akt信號通路對逆轉索拉菲尼耐藥性有利,越來越多的研究發現notch信號通路在肝細胞癌中的重要作用,基于notch信號分子作為肝細胞癌的治療靶點變得有意義[16]。

6 γ分泌酶復合物及其基因NCSTN在Notch信號通路中的研究

γ分泌酶復合物是notch受體釋放活化分子NICD進而調控靶基因轉錄的必備復合物[1],已有研究發現γ分泌酶復合物與notch信號通路參與多種腫瘤疾病的發病及進展,γ分泌酶抑制劑可通過阻斷notch信號通路促進肺腺癌細胞的增殖,抑制卵巢癌細胞的增殖和促進癌細胞凋亡,γ分泌酶抑制劑可降低肝癌細胞的hes1的表達促進肝癌細胞的增殖。研究發現,γ分泌酶抑制劑與索拉菲尼聯合可提高后者對肝細胞癌的敏感性,顯著抑制肝細胞癌的生長,notch信號通路與索拉菲尼的耐藥相關,索拉菲尼仍然是已批準應用臨床晚期肝細胞癌的一線藥物,γ分泌酶參與notch信號通路的激活,減弱兩者的表達均有益于晚期肝細胞癌的治療,目前,γ分泌酶復合物中僅發現PS1和Nicastrin與肝細胞癌相關,PS1在肝細胞癌中研究缺乏,只是發現其在肝癌組織和細胞中上調,Nicastrin已證明促進肝癌細胞的增殖和抑制凋亡[17]。

NCSTN是γ分泌酶復合物最大的亞基nicastrin的編碼基因,在γ分泌酶復合體中發揮分子守門人、識別底物和穩定組裝的功能,可切割notch受體的跨膜結構域,NCSTN基因在notch信號通路中的作用已被證實,在化膿性汗腺炎中阻斷NCSTN可引起notch信號通路缺陷繼而發揮致病作用[18],Nicastrin缺失可能會單獨或通過與早老素聯合破壞notch信號的傳導,notch抑制劑cowanin發揮作用的機制是通過加速γ分泌酶亞基Nicastrin的降解以降低活化分子NICD的含量發揮作用[19],在Ncstn缺陷小鼠肝臟中,可通過減少γ分泌酶介導的低密度脂蛋白受體的切割和降解增加極低密度脂蛋白和低密度脂蛋白的顆粒攝取,此結果證明了NCSTN基因可能發揮調節肝臟的代謝重要作用[20],近兩年有研究發現,NCSTN基因可通過依賴notch1/AKT的方式激活β-catenin或通過PI3K/AKT通路促進肝癌細胞的生長和轉移,基于NCSTN、γ分泌酶復合物與notch信號通路都在肝臟及肝細胞癌中發揮作用,研究notch信號通路的上游調控基因NCSTN可能為研究肝細胞癌的發病機制提供了一個新的方向[21]。遺憾的是目前研究缺乏,有待進一步加深對NCSTN基因在肝臟中的研究。

7 小結與展望

隨著醫學診療技術的發展,治愈肝細胞癌仍然很困難,因此對于肝細胞癌的防治依然是重中之重,從常見的引起肝細胞癌的幾大病因出發,我們發現notch信號通路貫穿其中,故聚焦于notch信號通路相關分子可能是肝癌防治的一個靶點。新的研究還發現notch信號通路上游分子NCSTN基因在肝細胞癌中發揮致癌作用,γ分泌酶復合物抑制劑還與索拉菲尼的耐藥性有關,這給我們提供了一個新的研究方向,即notch信號通路上游分子NCSTN基因與γ分泌酶復合物可能會對調節及防治肝癌相關性疾病有益。