Notch信號通路與胰腺癌相關(guān)性研究進(jìn)展

張寶明 黃鶴光 謝捷明 王叢菲 殷強(qiáng)

Notch信號通路與胰腺癌相關(guān)性研究進(jìn)展

張寶明 黃鶴光 謝捷明 王叢菲 殷強(qiáng)

胰腺癌(pancreatic cancer，PC)是一種惡性程度極高的消化道腫瘤。在美國，2010年新診斷胰腺癌患者43 140例，死亡36 800例[1]。胰腺癌明確診斷時(shí)多屬晚期，手術(shù)切除率低，并且對化療藥物不敏感，5年總生存率<5%，40年來總生存率無明顯變化[2]。一項(xiàng)對24例胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)組織的全基因組分析結(jié)果顯示，12條細(xì)胞信號通路與胰腺癌的發(fā)生密切相關(guān)，包括Wnt/Notch、Hedgehog、TGF-β及K-ras等信號通路[3]。本文就Notch信號通路與胰腺癌的相關(guān)性研究做一綜述。

一、Notch信號通路的組成

1．Notch受體：1917年Morgan首先在果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)Notch受體基因。Notch受體蛋白的同源分子普遍存在于從果蠅到哺乳動(dòng)物的眾多生物體內(nèi)，且具有高度保守性。哺乳動(dòng)物Notch受體基因有4類，分別定位于染色體9q34、1p13-p11、19p13.2-p13.1和6p21.3，編碼4種Notch受體，分別為Notch-1、Notch-2、Notch-3及Notch-4。Notch受體蛋白是一分子質(zhì)量約為300 000的Ⅰ型跨膜蛋白，以異二聚體的形式表達(dá)于細(xì)胞膜上，包括胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內(nèi)區(qū)3部分。Notch受體胞外區(qū)結(jié)構(gòu)包括29～36個(gè)表皮生長因子(EGF)樣重復(fù)序列及3個(gè)富含半胱氨酸的Lin/Notch重復(fù)序列(Lin/Notch repeats，LNR)，其主要功能是參與配體 DSL的結(jié)合并激活Notch。在LNR與跨膜結(jié)構(gòu)域之間保守的半胱氨酸可能參與受體異二聚體化時(shí)的二硫鍵結(jié)合。Notch受體胞內(nèi)區(qū)(Notch intracellular domain，NICD)包括：(1)重組信號結(jié)合蛋白-Jκ結(jié)合分子區(qū)域(RBP-Jκassociated-molecule region，RAM)，是與C啟動(dòng)子結(jié)合因子-1(CBF-1)/RBP-Jκ的主要結(jié)合部位；(2)6個(gè)錨蛋白重復(fù)序列(ANK，也稱cdcl0/ANK)，是Dehex、Master-mind like(MAML)等蛋白的結(jié)合部位，這些蛋白對Notch信號通路有調(diào)節(jié)作用；(3)1個(gè)PEST序列(praline-glutamateserine-threonine-rich，P)，與Notch受體蛋白的降解有關(guān)；(4)2個(gè)核定位信號區(qū)(NLS)及1個(gè)轉(zhuǎn)錄激活區(qū)(TAD)。Notch-1是當(dāng)前研究最多的Notch受體，但Notch受體與不同配體結(jié)合所產(chǎn)生的不同的生物學(xué)功能仍未闡明[4]。

2．Notch配體：Notch配體也是Ⅰ型跨膜蛋白，表達(dá)在相鄰的細(xì)胞膜上。果蠅的Notch配體是Delta和Serrate,線蟲的Notch配體是Lag-2，故Notch配體又被稱為DSL蛋白。在哺乳動(dòng)物中Notch配體共有5種，分別為Delta-like-1、3、4和Jagged1、2。與Delta同源性高的被稱作Delta或Delta-like(Dll)，與Serrate同源性高的被稱作Jagged。Notch配體的胞外區(qū)也含有1個(gè)N端DSL區(qū)，連有EGF樣重復(fù)序列。DSL結(jié)構(gòu)域在Notch配體家族中高度保守，是結(jié)合并激活Notch受體所必需的。Serrate和Jagged胞外區(qū)靠近細(xì)胞膜的部位有一個(gè)保守的富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域(CR)，Delta中則沒有這個(gè)結(jié)構(gòu)域。Notch配體的胞內(nèi)區(qū)較短，功能不明。Notch配體可與多個(gè)Notch受體特異性結(jié)合，發(fā)揮不同的生物學(xué)作用，介導(dǎo)不同的生物過程[4]。

3．參與Notch信號通路的其他重要信號分子：(1)ADAMs。它是一單鏈蛇毒多肽，屬金屬蛋白酶家族，其序列與蛇毒樣細(xì)胞溶解酶家族相似。ADAMs分為含有糖蛋白G結(jié)構(gòu)域的分泌型ADAM(ADAMTS)和固定于細(xì)胞膜的ADAM兩群。ADAMs在腫瘤組織中表達(dá)，參與腫瘤的形成[5]。(2)γ-分泌酶復(fù)合體。它是由presenilin 1、nicastrin(NCT)、Aph-1和Pen-2組成的大分子復(fù)合物。4種分子通過分子間及分子內(nèi)精確的相互作用產(chǎn)生活性的γ-分泌酶(γ-secretase)復(fù)合體，如果某一分子缺失，則可導(dǎo)致γ-分泌酶復(fù)合體發(fā)育不完全[6]。(3)CSL蛋白。它是一種DNA結(jié)合蛋白，是Notch信號通路的重要調(diào)節(jié)分子。在哺乳動(dòng)物中稱RBP-Jκ和CBF-1，在果蠅中稱Su，在線蟲中稱Lag-1。CSL是CBF-1、Su及Lag-1的首字母縮寫。CSL作為Notch信號通路的初級效應(yīng)分子，通過與Notch的活性形式NICD形成NICD復(fù)合物，再與細(xì)胞核內(nèi)特定的DNA序列結(jié)合，從而激活轉(zhuǎn)錄過程[7]。

二、Notch信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)

Notch受體前體蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體中，被furin樣轉(zhuǎn)化酶(fufin-like convertase)在S 1位點(diǎn)裂解生成胞外區(qū)和跨膜片段，轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜形成異二聚體。當(dāng)鄰近細(xì)胞表面的Notch配體與受體胞外區(qū)結(jié)合，ADAM家族蛋白酶中的腫瘤壞死因子-α轉(zhuǎn)化酶(tumor necrosis factor-αconverting enzyme，TACE)在S 2位點(diǎn)剪切Notch受體蛋白釋放胞外段，隨后由γ-分泌酶復(fù)合體在S 3位點(diǎn)酶切，形成活性形式的NICD。NICD進(jìn)入細(xì)胞核后，其RAM區(qū)與CBF-1及MAML蛋白結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，并募集轉(zhuǎn)錄共激活因子(co-activato，CoA)，激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄[8]。NICD下游多為堿性螺旋-環(huán)-螺旋類轉(zhuǎn)錄因子(basic helix-loop helix，bHLH)，如果蠅中的E/spl、哺乳動(dòng)物中的Hes和HERP(hes-related repressor protein)等。除經(jīng)典的CBF-1/RBP-Jκ依賴性途徑外，還有非CBF-1/RBP-Jκ依賴性轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。目前，非CBF-1/RBP-Jκ依賴性Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的分子并不多，仍待進(jìn)一步研究。

三、Notch信號通路與胰腺癌的相關(guān)研究

胰腺上皮內(nèi)瘤變(PanIN)被公認(rèn)為是PDAC的癌前病變[9-11]。研究表明[12-13]，在正常胰腺組織中，Notch受體(Notch-1和Notch-2)、Notch配體(Jagged-1、Jagged-2和Dll-4)及Notch靶基因(Hes-1、Hes-4、Hey-1和HeyL)低表達(dá)或無表達(dá)，而在組織轉(zhuǎn)化的胰腺導(dǎo)管上皮、PanIN及人胰腺癌組織中均見高表達(dá)，說明Notch信號通路的激活促進(jìn)胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究支持[14-17]腺泡細(xì)胞和(或)中心腺泡細(xì)胞在K-ras致瘤作用下，向?qū)Ч苻D(zhuǎn)化(acinar-to-ductal metaplasis，ADM)，ADM可能是PanIN和PDAC發(fā)生的關(guān)鍵步驟。不同的Notch受體在胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮不同的作用[18]。Mazur等[18]研究顯示，Notch-1在胰腺腺泡中高表達(dá)，而Notch-2在胰腺導(dǎo)管細(xì)胞、中心腺泡細(xì)胞及PanIN中高表達(dá)； 在轉(zhuǎn)致癌基因K-rasG12D小鼠模型中敲除Notch-2，小鼠模型PanIN發(fā)展停滯，總生存期延長，說明Notch-2在PanIN和PDAC的發(fā)展中起重要作用。Notch-3在胰腺癌細(xì)胞的胞質(zhì)(74%)和胞核(44%)中過表達(dá)[19]。細(xì)胞核Notch-3過表達(dá)僅見于不可切除的胰腺腫瘤，且與胰腺癌患者較差的總生存期有關(guān)[20]。Notch-1首先被鑒定為致癌基因。最近研究表明，它也可發(fā)揮腫瘤抑制基因的功能[21]。Hanlon等[22]研究表明，Notch-1缺失增加了K-rasG12D致癌基因小鼠的胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展概率。目前，對于從ADM發(fā)展為PanIN，最終進(jìn)展為侵襲性胰腺癌，是由信號通路還是基因突變或多種機(jī)制聯(lián)合作用尚無統(tǒng)一意見[23]。使用轉(zhuǎn)化生長因子α(TGFα)激活原代培養(yǎng)的腺泡細(xì)胞Notch信號通路，使Hes 1蛋白在組織轉(zhuǎn)化導(dǎo)管上皮及PanIN中過表達(dá)，促進(jìn)腺泡細(xì)胞的分化，表明Notch信號通路的持續(xù)激活可能發(fā)生在胰腺癌的早期階段[24]。Sawey等[25]證實(shí)，基質(zhì)金屬蛋白酶-7(MMP-7)通過激活Notch信號通路調(diào)控胰腺腺泡的轉(zhuǎn)移分化。通過siRNA下調(diào)Notch-1的表達(dá)，可降低NF-κB DNA的連結(jié)活性，下調(diào)VEGF和MMP-9在胰腺癌細(xì)胞中的表達(dá)，降低了胰腺癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移能力[26]?？梢奛otch信號通路在胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展及侵襲、轉(zhuǎn)移過程中不是孤立的，而是與其他信號通路相互交聯(lián)、相互調(diào)節(jié)而發(fā)揮作用的。但對Notch信號通路與胰腺癌發(fā)生、發(fā)展及侵襲的關(guān)系仍有許多問題需要進(jìn)一步解釋，如Notch信號通路下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及調(diào)節(jié)途徑；在胰腺癌發(fā)生、發(fā)展過程中的分子及細(xì)胞水平的作用機(jī)制；與哪些信號通路及信號分子交聯(lián)，如何發(fā)揮作用；該通路中哪個(gè)信號分子為明確的治療靶點(diǎn)；γ-分泌酶抑制劑(GSIs、DAPT、Ⅲ-31-C等)是否為Notch信號通路最有效的抑制手段等?？傊?，Notch信號通路有望成為研究胰腺癌發(fā)生、發(fā)展機(jī)制的新途徑、新靶點(diǎn)。

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10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2012.01.024

福建醫(yī)科大學(xué)重大科研項(xiàng)目(09ZD012)；福建省自然科學(xué)基金(C0510012)

350001 福建福州，福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院普外科(張寶明、黃鶴光、王叢菲、殷強(qiáng))；福建醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)系(謝捷明)

黃鶴光，Email：hhuang2@yahoo.com.cn

2011-04-17)

(本文編輯：呂芳萍)