Notch信號通路在胃癌中的研究進(jìn)展

郭麗瑩(綜述)，陳新華，彭 琳(審校)

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，呼和浩特 010059； 2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院消化內(nèi)科，呼和浩特 010020)

Notch基因1919年發(fā)現(xiàn)于果蠅體內(nèi)，其突變可造成果蠅的翅緣出現(xiàn)缺口(“缺口”英語譯為Notch)[1]。1983年，果蠅的Notch基因被克隆[2]。Notch信號通路是一種遺傳進(jìn)化上高度保守，反應(yīng)相鄰細(xì)胞間通信作用的一種信號通路，并與其他信號通路也存在著串話。目前大量研究證明，在成人Notch功能障礙會導(dǎo)致發(fā)育缺陷和疾病，如參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[3]。Notch不僅在正常胃黏膜中表達(dá)，而且信號通路中相關(guān)因子也參與了胃癌的發(fā)生、發(fā)展，有利于進(jìn)一步揭示胃癌發(fā)生、發(fā)展的可能分子機(jī)制，為胃癌治療提出新的可能靶點。

1 Notch信號通路的簡述

1.1Notch信號通路的組成及作用機(jī)制 Notch受體是單跨膜受體[2]，它是由相鄰細(xì)胞的DSL(Delta-Serrate-Lag2 domain)家族的跨膜配體激活。在果蠅有1個Notch受體和2個配體；在哺乳動物，有4個Notch受體(Notch1～4)和5個配體(Jagged1，2和Delta-like1,3，4)。該受體的前體蛋白在高爾基體合成后向胞膜轉(zhuǎn)運的過程中，在S1位點被Furin家族的蛋白酶裂解[4]，形成由一個異外亞基(Notch胞外域，Notch extra-cellular domain,NECD)(非共價結(jié)合的跨膜)和在質(zhì)膜中的胞內(nèi)亞基(膜-拴系的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域，membrane-tethered intracellular domain,NTM)[5]組成的異源二聚體。鄰近細(xì)胞表面的配體結(jié)合異源二聚體的胞外區(qū)和內(nèi)吞作用被認(rèn)為是胞外亞基和胞內(nèi)亞基這兩個亞基解離產(chǎn)生的物理力，從而誘導(dǎo)NTM構(gòu)象變化和受體的激活[6-7]。NTM的這種構(gòu)象變化在NTM的胞外部分產(chǎn)生一個裂解位點，即S2，在S2位點被ADAM金屬酶裂解。在這個點的切割導(dǎo)致激活Notch膜錨定的形式(Notch細(xì)胞外截斷，Notch extra-cellular truncation,NEXT)。接著NEXT被γ-分泌酶復(fù)合物首先在S3位點裂解，然后在S4位點裂解最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch intracellular domain,NICD)的釋放。NICD有兩個核定位信號，使NICD直接到核內(nèi)與DNA結(jié)合蛋白RBP-J(Recombination signal Binding protein-J)鏈接。RBP-J在未與NICD結(jié)合的情況下，鍵合到低(RTGRGAR)或高親和力(YGTGRGAA)的結(jié)合位點并結(jié)合轉(zhuǎn)錄抑制因子，包括NCoR(Notch Co-Repressors)/SMRT、SKIP(Ski-interacting protein)、CIR、Hairless/CtBP、 FLH1C/KyoT2、Groucho/TLE及 MINT/SHARP/SPEN抑制大多數(shù)Notch靶基因的表達(dá)[8]。當(dāng)NICD進(jìn)入核內(nèi)，NICD與RBP-J結(jié)合后可產(chǎn)生多種效應(yīng)，RBP-J可與不同的啟動子結(jié)合產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄活化或抑制作用，從而導(dǎo)致Notch信號在調(diào)節(jié)基因的表達(dá)中產(chǎn)生協(xié)同或拮抗作用。

1.2Notch信號的調(diào)控

1.2.1配體-受體結(jié)合水平的調(diào)節(jié) Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在配體-受體結(jié)合水平上的調(diào)節(jié)(如高爾基體中的N-乙酰葡糖基轉(zhuǎn)移酶Fringe蛋白)可以對Notch受體胞外區(qū)進(jìn)行糖基化修飾，賦予Notch受體對不同配體特異的敏感性[9]。

1.2.2泛素化相關(guān)蛋白的調(diào)節(jié) Notch的活化形式NICD被轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核后調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。目前研究發(fā)現(xiàn)，多余的NICD可通過泛素介導(dǎo)的蛋白降解機(jī)制降解，并發(fā)現(xiàn)了很多泛素化相關(guān)分子，如Neuralized(Neuralized是一種定位于細(xì)胞膜上的E3泛素連接酶)[10]。

1.2.3Notch運輸?shù)恼{(diào)節(jié) Notch受體與配體結(jié)合后，存在蛋白質(zhì)內(nèi)吞作用。在果蠅和斑馬魚中Notch胞外域與Delta結(jié)合后被內(nèi)吞入配體表達(dá)細(xì)胞，并促進(jìn)受體的激活，可見內(nèi)吞作用在Notch的調(diào)節(jié)中也非常重要。

1.2.4與其他信號通路相互作用 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。在很多情況下，Notch信號通路與其他信號通路存在串話，彼此之間可相互調(diào)節(jié)、協(xié)同或制約，如Ras/絲裂原活化蛋白激酶、Wnt。

1.3Notch的功能 Notch信號通路限制細(xì)胞命運，讓細(xì)胞自我更新或成為另一種細(xì)胞類型，如神經(jīng)表皮的選擇；參與維持細(xì)胞的未分化狀態(tài)；指定細(xì)胞的命運和分化；正調(diào)節(jié)或負(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和凋亡[11]。

2 Notch信號通路在正常胃黏膜中的表達(dá)

胃黏膜分為上皮層、固有層、黏膜肌層和黏膜下層。其中固有層內(nèi)有大量管狀腺。數(shù)量最多、功能最重要的腺體是胃底腺，分布于胃底和胃體，其結(jié)構(gòu)包括淺表層、峽部和基底部三層。淺表層分布有大量黏液細(xì)胞，峽部以壁細(xì)胞、干細(xì)胞和祖細(xì)胞為主，基底部則為主細(xì)胞、壁細(xì)胞和多種內(nèi)分泌細(xì)胞。峽部的干細(xì)胞和祖細(xì)胞能分化為黏液細(xì)胞、壁細(xì)胞和主細(xì)胞。

多個受體和配體在小鼠胃上皮細(xì)胞中均有表達(dá)，特別是Notch1受體、Jagged2和Delta-like3配體[12]。大鼠胃底黏膜中存在Jagged1、Jagged2、Delta-like1和Notch1～3的表達(dá)[13]。Nakakura等[14]與Sekine等[15]發(fā)現(xiàn)，Notch1、Notch2、Notch3和下游靶基因Hes(Hairy/enhancer-of-split)1、無調(diào)同源1 Atoh1(Hath1)在人類胃黏膜中均有表達(dá)，而Hes2、Hes3在人類胃黏膜中不表達(dá)。另外，Sander等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Notch1、Notch2、Jagged1和Jagged2在賁門竇上都有表達(dá)，且在基底層的表達(dá)最高，特別是Notch1、Jagged2。

3 Notch信號通路在胃癌發(fā)生、發(fā)展中的作用

最新的研究表明[16-17]，活化的Notch1、Notch2受體通過環(huán)加氧酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)促進(jìn)胃癌的進(jìn)展。Notch1、Notch2受體的活化形式Notch1胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch1 receptor intracellular domain,N1IC)、Notch2胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch2 receptor intracellular domain，N2IC)，促進(jìn)人胃腺癌SC-M1細(xì)胞的增殖和異種移植的腫瘤的生長。在這項研究中N1IC、N2IC的表達(dá)促進(jìn)了SC-M1細(xì)胞的集落形成、遷移、侵襲及傷口愈合的能力，剔除Notch1、Notch2則抑制了上述能力。同樣，剔除Notch2抑制人胃腺癌細(xì)胞和AZ521胃癌細(xì)胞的癌癥級數(shù)。而N2IC的表達(dá)也引起了SC-M1細(xì)胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化。此外，N1IC、N2IC結(jié)合到COX-2啟動子，并通過SC-M1細(xì)胞中CBF1(C-promoter bindingprotein-1)依賴的方式誘導(dǎo)COX-2表達(dá)。通過剔除COX-2或COX-2抑制劑NS-398治療可以抑制SC-M1細(xì)胞中N1IC、N2IC促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的能力。此外，可以通過外源性COX-2或地諾前列酮來扭轉(zhuǎn)SC-M1細(xì)胞中剔除Notch2所造成的腫瘤進(jìn)展的抑制。這項研究首先證明了Notch1-COX-2、Notch2-COX-2信號軸在控制胃癌進(jìn)展中起重要作用，由此看來Notch1-COX-2、Notch2-COX-2信號軸為胃癌靶向治療提供了可能性[17]。

研究發(fā)現(xiàn)，Notch配體Jagged1與胃癌的侵襲相關(guān)。與沒有Jagged1表達(dá)的患者相比，有Jagged1表達(dá)的胃癌患者生存率低[16]。因此可以用Jagged1配體的抑制性抗體來阻斷受體與配體的結(jié)合，達(dá)到延長腫瘤患者生命的目的。

Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)和Twist調(diào)節(jié)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是胃癌進(jìn)展的關(guān)鍵調(diào)節(jié)。Hsu等[18]的最新研究發(fā)現(xiàn)，在人類胃腺癌SC-M1、胚胎腎HEK293和紅白血病K562細(xì)胞中，激活的Notch1受體促進(jìn)了Twist和磷酸化的STAT3水平。N1IC的過表達(dá)加強(qiáng)了核STAT3和Twist在細(xì)胞之間的相互作用。N1IC通過STAT3磷酸化和Twist的表達(dá)集落形成、遷移和侵襲促進(jìn)了SC-M1胃癌細(xì)胞的進(jìn)展。STAT3通過Twist調(diào)節(jié)胃癌細(xì)胞SC-M1的進(jìn)展。N1IC通過STAT3和Twist也提高了其他胃癌細(xì)胞，如人胃腺癌細(xì)胞和KATOⅢ的進(jìn)展。通過STAT3抑制劑JSI-124和剔除Twist可以抑制小鼠體內(nèi)SC-M1細(xì)胞的N1IC而促進(jìn)腫瘤增長和肺轉(zhuǎn)移。更進(jìn)一步研究顯示，Notch1和Notch配體Jagged1的表達(dá)與在胃癌患者的癌組織中磷酸化STAT3和Twist水平顯著相關(guān)[18]。這些結(jié)果表明，Notch1/STAT3/Twist信號軸參與了人類胃癌的進(jìn)展，這種級聯(lián)調(diào)節(jié)為靶向聯(lián)合治療提供了可能性。

Sekine等[15]的研究發(fā)現(xiàn)，在8個胃癌細(xì)胞株中調(diào)查了7個Notch相關(guān)基因Notch1/2/3、Hes1/2/3、Hath1的mRNA表達(dá)，并比較了它與胃黏蛋白基因MUC5AC(Mucin-5 subtype AC)和MUC6(Mucin-6)的表達(dá)。Hath1與MUC6的表達(dá)在大多數(shù)胃癌細(xì)胞株中是密切相關(guān)的。MUC5AC陰性的細(xì)胞株中也有Hath1的表達(dá)。在胃癌細(xì)胞中Hath1的過度表達(dá)提高了MUC5AC和MUC6 mRNA的水平。更進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[15]，剔除Hath1減少了兩種黏蛋白基因的表達(dá)，提示Hath1是胃癌細(xì)胞中MUC5AC和MUC6的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)之一，Hath1的表達(dá)丟失有可能在胃的癌變中起重要作用。

Zhang等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，在胃腸道黏膜中SOX2(sex determining region Y-box 2)和Hath1是終端細(xì)胞分化控制中至關(guān)重要的轉(zhuǎn)錄因子，研究調(diào)查了SOX2和Hath1在胃癌中表達(dá)及胃癌患者的臨床病理特征和診斷的相關(guān)性，結(jié)果顯示:SOX2和Hath1在胃癌中的表達(dá)是相反的；在Ⅲ～Ⅳ臨床階段與SOX2低表達(dá)的患者相比，SOX2高表達(dá)的患者淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移發(fā)生率低，浸潤深度也較淺；在有無幽門螺桿菌感染的癌癥患者組織中，SOX2和Hath1的表達(dá)沒有顯著的差異；具有較強(qiáng)的SOX2表達(dá)的患者比SOX2低表達(dá)的患者有較好的預(yù)后；Hath1表達(dá)水平和預(yù)后之間沒有相關(guān)性；SOX2和Hath1在胃癌組織中的表達(dá)呈反比，表明SOX2為胃癌患者提供了生存優(yōu)勢，并與轉(zhuǎn)移和臨床分期相關(guān)。

4 Notch信號通路與腫瘤的治療

Notch信號通路中有三個環(huán)節(jié)可作為腫瘤治療的靶點[20]：①阻斷受體和配體的結(jié)合，如使用Delta-like 4、Jaggedl的抑制性抗體。②抑制NICD的釋放，如使用小分子量的γ-分泌酶抑制劑；③作用于共激活復(fù)合物，如使用作用于MAML(mastermind-like proteins)或CSL(一類DNA結(jié)合蛋白)的小分子抑制性肽以減少靶基因的轉(zhuǎn)錄活化。

目前阻斷Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑分為兩類：選擇性的和非選擇性的。前者包括應(yīng)用反義RNA、RNA干擾和單克隆抗體；后者包括Notch配體封閉劑，如γ-分泌酶抑制劑，可以抑制Notch水解，進(jìn)而抑制NICD的產(chǎn)生和下游基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，有望為消化系統(tǒng)腫瘤的靶向治療提供新的策略。

5 小 結(jié)

Notch信號通路是影響細(xì)胞命運、分化、增殖和凋亡的重要信號通路，異常的Notch信號通路與胃癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，它對胃癌細(xì)胞的生長調(diào)控作用決定了其在胃癌治療中的重要地位。但是目前的研究還不夠深入，Notch信號與胃癌之間的分子機(jī)制有待進(jìn)一步加以說明?？梢灶A(yù)言，隨著對Notch信號通路研究的進(jìn)一步深入，將為胃癌的分子機(jī)制提供新的線索，從而為控制胃癌的發(fā)生及臨床診斷和治療提供理論基礎(chǔ)。

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