Jagged1/Notch信號通路在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

陳凱 劉晶 陳奕銘 康悅

作者單位：150000 哈爾濱 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院普外十病區(qū)

結(jié)直腸癌是發(fā)病率和病死率均較高的惡性腫瘤，也是最主要的癌癥死亡原因［1］。目前結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的機(jī)制尚未明確，且由于缺乏早期、有效的篩查手段，大多數(shù)患者就診時已屬于進(jìn)展期。其中40%～50%的結(jié)直腸癌患者確診或復(fù)查時出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，而發(fā)生轉(zhuǎn)移的患者中位生存期不到2年［2］。目前手術(shù)聯(lián)合化療或放化療并沒有顯著改善進(jìn)展期結(jié)直腸癌患者的預(yù)后，探索結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制，對其診治和預(yù)后判斷尤為重要。

Notch信號通路是一個在進(jìn)化過程中高度保守的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，其活化需要細(xì)胞間的直接接觸，Jagged1是其主要配體。近年來，大量研究表明，Jagged1/Notch信號通路在結(jié)直腸癌組織中表達(dá)異常，并與腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展、增殖分化、凋亡等密切相關(guān)，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程的不同階段起關(guān)鍵作用。本文就Jagged1/Notch信號通路在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 Jagged1/Notch信號通路功能

Notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路由Notch受體、Notch配體和CSL-DNA結(jié)合蛋白3部分組成。其中，哺乳動物體內(nèi)共表達(dá) 4種 Notch受體（Notch1、Notch2、Notch3和Notch4）和 5種 Notch配體（Delta-like1、Delta-like3、Delta-like4、Jagged1、Jagged2）［3］。Jagged1基因定位于人類染色體20p12，RNA全長5 940 bp，編碼3 657個氨基酸，屬于 DSL（Del-ta、Serrate、Lag22）蛋白家族，為單次跨膜蛋白。Jagged1異常表達(dá)與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，其主要致癌機(jī)制可能與基因突變、自身表達(dá)失調(diào)、異常激活其他信號通路有關(guān)。在血液系統(tǒng)腫瘤和多種實體瘤中均發(fā)現(xiàn)Jagged1異常高表達(dá)發(fā)揮部分致癌作用。多發(fā)性骨髓瘤（MM）與內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)的MM細(xì)胞通過細(xì)胞間接觸，可使Jagged1表達(dá)增強，促進(jìn)骨髓瘤發(fā)生［4］。急性髓性白血?。ˋML）中Jagged1表達(dá)升高可促進(jìn)AML細(xì)胞增殖，并且誘導(dǎo)AML的化學(xué)抗性［5］。在乳腺癌、前列腺癌中Jagged1異常表達(dá)亦可增強腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移性并影響預(yù)后［6］。Jagged1對胚胎血管形成也有重要作用［7］。Alagile綜合征是一種胚胎疾病，主要由Jagged1基因的突變導(dǎo)致常染色體顯性障礙，表現(xiàn)為嚴(yán)重的血管缺陷，主要影響人體肝內(nèi)膽管形成和心臟異常，而早期的Jagged1基因診斷有助改善患者預(yù)后［8］。

在哺乳動物中Jagged1是第1個被證實的Notch受體的配體。Notch與Jagged1發(fā)生受體配體結(jié)合后，Notch信號通路即被激活，引起Notch受體細(xì)胞外結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致受體細(xì)胞外S2酶切位點暴露，然后通過ADAM金屬蛋白酶家族的TACE或Kuz酶切，Notch受體釋放胞外區(qū)。這一過程使S3切割位點被γ-Secretase蛋白酶復(fù)合體催化，最終釋放Notch受體胞內(nèi)區(qū)NICD入核，然后與DNA結(jié)合蛋白CSL及MAML結(jié)合成三聚體，調(diào)節(jié)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，影響細(xì)胞增殖、凋亡、黏附和分化等生物學(xué)行為［9］?？傊琂agged1/Notch信號通路與腫瘤細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。

2 Jagged1/Notch信號通路在結(jié)直腸癌中的表達(dá)

近年來，Notch信號通路在結(jié)直腸癌發(fā)展中的作用引起廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，Notch信號通路在原發(fā)性結(jié)直腸癌中被激活，并且在啟動和發(fā)展過程中起重要作用，通過調(diào)節(jié)主要的細(xì)胞功能，如細(xì)胞凋亡、增殖、血管生成和細(xì)胞遷移等促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展［9］。LIAO等［10］發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌 HT29、SW480、COLO205、SW1116細(xì)胞系中，Jagged1和Notch1表達(dá)明顯升高，在HT29細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)抑制Notch1能延緩腫瘤細(xì)胞生長，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。DAI等［11］亦發(fā)現(xiàn)Jagged1在結(jié)腸癌細(xì)胞系（HT29、SW480、HCT15等）中表達(dá)，用慢病毒Jagged1-shRNA下調(diào)Jagged1表達(dá)后，細(xì)胞存活率明顯降低，此外沉默Jagged1還顯著降低結(jié)腸癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力。進(jìn)一步在體內(nèi)異種移植HCT15細(xì)胞的小鼠模型中觀察，發(fā)現(xiàn)敲低Jagged1的小鼠腫瘤細(xì)胞生長速率較慢，且細(xì)胞增殖標(biāo)志物（PCNA、Ki-67和c-Myc）和轉(zhuǎn)移標(biāo)志物（MMP-2和 MMP-9）表達(dá)均顯著下調(diào)。另有學(xué)者［12］在APCMin/+突變小鼠模型中亦發(fā)現(xiàn)，腸道特異性Jagged1的缺失或針對Jagged1的抗體可抑制腫瘤生長，再次印證了沉默Jagged1可降低結(jié)腸癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力，說明Jagged1可能參與結(jié)直腸癌的進(jìn)展。RALLIS等［13］對325例結(jié)直腸癌患者的標(biāo)本進(jìn)行免疫組化分析，發(fā)現(xiàn)Jagged1過度表達(dá)與預(yù)后不良有關(guān)，且增加腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移的可能性；此外，Jagged1表達(dá)強度與腫瘤分級、TNM分期、浸潤深度有關(guān)。綜上所述，過表達(dá)Jagged1與結(jié)直腸癌腫瘤發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移、預(yù)后密切相關(guān)，抑制Jagged1可抑制腫瘤細(xì)胞生長，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，認(rèn)為Jagged1/Notch信號通路在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

3 Jagged1/Notch信號通路結(jié)直腸癌中的作用

3.1 Jagged1/Notch信號通路與結(jié)直腸癌血管形成

血管生成是指從現(xiàn)有的血管經(jīng)過內(nèi)皮細(xì)胞遷移并增生而形成的新微血管，是腫瘤生長和發(fā)展所必需。腫瘤發(fā)展到一定過程，對營養(yǎng)和氧氣的需要增加，若細(xì)胞受到刺激（如缺氧），可釋放血管內(nèi)皮生長因子誘導(dǎo)形成尖端細(xì)胞，許多絲狀偽足自尖端細(xì)胞中伸出，向生長因子濃度高的方向遷移，增殖莖細(xì)胞形成血管腔，從而形成新的血管分支。研究發(fā)現(xiàn)，Jagged1在血管形成時廣泛表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞。PEDROSA等［14］建立內(nèi)皮特異Jagged1增加和缺失的突變小鼠模型，發(fā)現(xiàn)Jagged1獲得小鼠的實體腫瘤生長速度明顯加快，而Jagged1缺失的小鼠腫瘤生長明顯減慢，進(jìn)一步調(diào)節(jié)小鼠內(nèi)皮細(xì)胞Jagged1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其可調(diào)節(jié)腫瘤血管密度、血管分支形成和血管周圍成熟，影響腫瘤血管灌注，說明Jagged1可調(diào)控腫瘤血管生成。Apelin13/APJ系統(tǒng)是一種強效的血管生成因子，在多種腫瘤中表達(dá)上調(diào)。CHEN等［15］研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌手術(shù)標(biāo)本中Apl/APJ、Jagged1、Notch3表達(dá)明顯升高，體外培養(yǎng)CRCLS180細(xì)胞株，發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞可通過分泌Apelin13上調(diào)Notch3，促進(jìn)Jagged1配體結(jié)合，激活Notch信號通路，促進(jìn)腫瘤血管形成。LV等［16］將人結(jié)腸癌HCT116細(xì)胞株注入小鼠體內(nèi)，通過內(nèi)皮抑素抑制腫瘤血管生長，檢測Notch信號元件，發(fā)現(xiàn)Jagged1、Notch3明顯下調(diào)，說明Jagged1、Notch3與腫瘤血管生長密切相關(guān)。KIM等［17］在DLD1、KM12SM細(xì)胞移植小鼠體亦報道抑制Jagged1表達(dá)，腫瘤血管生成亦受抑制。但LIN等［18］在肺癌、腎透明細(xì)胞癌研究中發(fā)現(xiàn)Jagged1上調(diào)能夠抑制Notch3表達(dá)，降低內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，而沉默Jagged1則獲得相反結(jié)果。說明Jagged1/Notch信號通路與結(jié)直腸癌血管生成有關(guān)，但在不同腫瘤的血管生成中作用機(jī)制不同。

3.2 Jagged1/Notch信號通路與結(jié)直腸癌干細(xì)胞

腫瘤干細(xì)胞具有較強的自我更新及保持腫瘤異質(zhì)性的能力，不僅可以維持腫瘤生長，促進(jìn)腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，還可介導(dǎo)腫瘤的化學(xué)抗性。LU等［19］在體外實驗中將內(nèi)皮細(xì)胞與結(jié)直腸癌細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞可產(chǎn)生可溶性Jagged1，通過旁分泌效應(yīng)激活腫瘤細(xì)胞的Notch信號通路，增強結(jié)直腸癌干細(xì)胞表型，加快腫瘤生長。ZHANG等［20］研究發(fā)現(xiàn)Jagged1/Notch信號通路與結(jié)腸癌干細(xì)胞的化學(xué)抗性和自我更新能力有關(guān)，通過建立耐藥HCT-116細(xì)胞株進(jìn)行體外培養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn)PER3基因過表達(dá)可降低結(jié)直腸癌干細(xì)胞中Jagged1、β-連環(huán)蛋白的表達(dá)水平，抑制Notch或β-連環(huán)蛋白信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致結(jié)直腸癌腫瘤干細(xì)胞的化學(xué)抗性和自我更新能力降低。WANG等［21］報道內(nèi)皮細(xì)胞分泌AMAD17可裂解激活Jagged1，調(diào)節(jié)Notch1受體，進(jìn)一步建立人HT29細(xì)胞株，體外培養(yǎng)分離結(jié)腸癌干細(xì)胞，加入抑制AMAD17的藥物，發(fā)現(xiàn)Jagged1信號通路被阻斷，結(jié)腸癌干細(xì)胞表型被抑制，對化療藥物敏感性增加，證實Jagged1/Notch信號通路可介導(dǎo)結(jié)直腸癌干細(xì)胞表型和化學(xué)抗性。綜上認(rèn)為，Jagged1/Notch信號通路與結(jié)直腸癌干細(xì)胞表型及化療抗性密切相關(guān)，通過相關(guān)阻斷藥物抑制Jagged1，可明顯降低結(jié)腸癌干細(xì)胞表型，提高其對化學(xué)藥物的抗性，為結(jié)直腸癌靶向治療提供新的方向。

3.3 Jagged1/Notch信號通路與其他通路協(xié)同作用

Notch信號通路及Wnt信號通路均在結(jié)直腸癌中異常激活，二者密切相關(guān)，共同參與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。Notch與β-連環(huán)蛋白依賴性腫瘤發(fā)生有關(guān)，RODILLA等［22］報道家族腺瘤性息肉病腺瘤細(xì)胞中Jagged1高表達(dá)，在部分結(jié)腸黏膜細(xì)胞中亦發(fā)現(xiàn)其表達(dá)升高，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在高表達(dá)Jagged1細(xì)胞中含有β-catenin，且 Wnt/β-catenin信號通路由 Notch直接調(diào)節(jié)，同時β-catenin能夠介導(dǎo)Jagged1轉(zhuǎn)錄激活，活化Notch1和Notch2受體，從而激活Notch信號通路，調(diào)節(jié)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖和腫瘤血管生成。YAMAMOTO等［23］在小鼠盲腸中注入HT116結(jié)腸癌細(xì)胞形成結(jié)腸球，發(fā)現(xiàn)KDM4C基因與結(jié)腸球形成有關(guān)，通過微陣列分析證實Jagged1基因為其作用靶點，KDM4C敲除可降低Jagged1基因表達(dá)，而Jagged1基因下調(diào)可消除結(jié)腸球形成。Jagged1也是β-連環(huán)蛋白的靶標(biāo)，染色質(zhì)免疫沉淀分析顯示在結(jié)腸球形成過程中β-連環(huán)蛋白和KDM4C與JAG1啟動子結(jié)合，激活Wnt和Notch信號通路，共同參與結(jié)腸球發(fā)生。以上研究表明，Jagged1/Notch與Wnt/β-catenin信號通路可相互作用而在結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中起至關(guān)重要的作用，但兩條信號通路的功能關(guān)系復(fù)雜，具體作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

3.4 Jagged1/Notch信號通路與結(jié)直腸癌治療

研究表明，Notch信號通路是結(jié)直腸癌有效的靶向目標(biāo)之一。在放療、化療、靶向治療過程中，Notch信號通路的異常激活有重要作用。MENG等［24］研究發(fā)現(xiàn)Notch信號通路的異常激活與結(jié)直腸癌對化學(xué)藥物的敏感性有關(guān)，采用小干擾RNA抑制γ-分泌酶可阻止Notch1誘導(dǎo)劑激活，從而抑制NICD蛋白產(chǎn)生，致使細(xì)胞對化療藥物的敏感性增強。WANG等［21］采用AMAD17抑制劑處理人HT29細(xì)胞系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可抑制Jagged1激活，增強結(jié)腸癌干細(xì)胞對化療藥物的敏感性。

髓源性抑制細(xì)胞（MDSCs）是骨髓來源的異質(zhì)性細(xì)胞，可顯著抑制免疫細(xì)胞應(yīng)答能力，研究證明其在腫瘤中具有負(fù)向調(diào)控免疫應(yīng)答功能。SIERRA等［25］研究發(fā)現(xiàn)抗Jagged阻斷抗體CTX014能抑制腫瘤生長，且影響MDSCs在腫瘤中的積累和耐受活性，并抑制免疫抑制因子精氨酸酶Ⅰ和iNOS的表達(dá)，認(rèn)為抗Jagged療法可克服腫瘤誘導(dǎo)的T細(xì)胞耐受性，增加了反應(yīng)性T細(xì)胞向腫瘤浸潤，并增強了T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫療法療效，為腫瘤臨床治療提供重要證據(jù)。在中藥治療方面，其中半枝蓮是一種中藥配方，有較強的抗癌作用。ZHANG等［26］研究半枝蓮提取物（ECSB）在抑制人結(jié)腸癌HCT-8細(xì)胞系生長中的作用，發(fā)現(xiàn)ECSB治療可顯著降低Jagged1表達(dá)水平，抑制Notch信號通路激活，從而顯著抑制HCT-8細(xì)胞增殖并促進(jìn)細(xì)胞凋亡，認(rèn)為針對Jagged1治療靶點值得進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)

目前研究認(rèn)為Jagged1在結(jié)直腸癌中發(fā)揮重要作用，可影響胚胎血管生成，促進(jìn)腫瘤血管形成，增強腫瘤干細(xì)胞表型及介導(dǎo)化學(xué)抗性，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移。Jagged1在臨床診斷、治療中的作用亦日益突出，胚胎期Jagged1基因的診斷能夠及時發(fā)現(xiàn)Alagile綜合征等相關(guān)遺傳病，檢測Jagged1表達(dá)水平可評估結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移風(fēng)險及預(yù)后等。目前針對Jagged1/Notch信號通路的靶向治療已成為研究的熱點，多種針對結(jié)直腸癌的臨床研究已廣泛開展，如Jagged1基因靶向治療、Jagged1阻斷劑或拮抗劑、γ-分泌酶抑制劑、腫瘤血管生成阻斷劑等，且部分研究已證明其對進(jìn)展期結(jié)直腸癌有效，有望成為結(jié)直腸癌潛在的治療靶點，為其治療提供新思路。