Notch信號(hào)通路在胰腺炎癥及腫瘤進(jìn)展中的作用

楊娟，許小凡，段麗芳，張紅,*

1陜西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，西安 712046；2陜西中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)科研實(shí)驗(yàn)中心，西安 712046

Notch信號(hào)通路最早于100多年前由Morgan進(jìn)行基因突變實(shí)驗(yàn)時(shí)在果蠅中發(fā)現(xiàn)，因其功能缺失會(huì)在果蠅翅膀上形成刻痕(Notch)而命名[1]。Notch信號(hào)通路廣泛存在于脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物的多個(gè)物種之中，主要通過調(diào)控細(xì)胞分化、增殖和凋亡影響細(xì)胞正常生長，在調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起重要作用[2]。

Notch信號(hào)家族由Notch受體、Notch配體和CSL(CBF-1，suppressor of hairless，Lag的合稱)-DNA結(jié)合蛋白等組成[3]。哺乳動(dòng)物體內(nèi)有4種同源Notch受體(Notch1、Notch2、Notch3、Notch4)，由細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域(Notch extra-cellular domain，NECD)、跨膜結(jié)構(gòu)域(trans-membrane，TM)和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域(Notch intra-cellular domain，NICD)組成[4]；Notch同源配體有5種，分別為Delta樣分子(DLL1、DLL3、DLL4)和Jagged樣分子(Jagged1、Jagged2)；CSL-DNA結(jié)合蛋白在維持Notch信號(hào)通路的穩(wěn)定性及核內(nèi)轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮重要作用，所有CSL蛋白家族成員均可在結(jié)構(gòu)上與NICD的ANK和RAM區(qū)結(jié)合形成復(fù)合物，使CSL從轉(zhuǎn)錄抑制變?yōu)檗D(zhuǎn)錄激活，從而激活Notch信號(hào)通路下游靶基因HES、Hey及BLBP[5]。Notch信號(hào)通路的激活比較特殊，不需要第二信使的轉(zhuǎn)導(dǎo)[6]，其激活由相鄰細(xì)胞的受體與配體結(jié)合后，在γ-分泌酶的作用下釋放NICD，NICD移位至細(xì)胞核與DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄阻遏物(CBF-1/Rbp-Jκ)相互作用，形成可誘導(dǎo)靶基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物(NICD-CBF-1/Rbp-Jκ-MAML)[7]，與Notch受體、Notch配體結(jié)合共同發(fā)揮對(duì)機(jī)體的調(diào)控作用[8-9]。研究發(fā)現(xiàn)多種信號(hào)通路的激活與胰腺炎癥疾病及腫瘤密切相關(guān)，其中Notch信號(hào)通路可能通過調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生、氧化應(yīng)激等參與胰腺炎癥及腫瘤的發(fā)生發(fā)展?，F(xiàn)將Notch信號(hào)通路在胰腺炎癥及腫瘤中的作用機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下。

1 胰腺炎癥及腫瘤

胰腺外分泌系統(tǒng)發(fā)生的疾病以胰腺炎癥和胰腺腫瘤為多見。胰腺炎癥性疾病可分為急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)和慢性胰腺炎(chronic pancreatitis，CP)。AP是由胰酶過度激活引起的胰腺組織自身消化及繼發(fā)局部或全身炎癥反應(yīng)綜合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)，臨床上可分為輕癥急性胰腺炎(mild acute pancreatitis，MAP)和重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis，SAP)[10-11]。MAP主要表現(xiàn)為胰腺水腫，一般不伴器官衰竭；SAP主要表現(xiàn)為胰腺出血壞死及SIRS，伴多器官衰竭(multiple organ failure，MOF)，病死率較高。CP是由多種原因引起的胰腺組織慢性炎癥性疾病，以胰腺纖維化為典型病理表現(xiàn)，最終導(dǎo)致胰腺結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生不可逆性損害甚至癌變，主要表現(xiàn)為胰腺內(nèi)、外分泌功能不全及反復(fù)發(fā)作的上腹部疼痛。胰腺癌是惡性程度最高的消化系統(tǒng)腫瘤，早期診斷困難，病程進(jìn)展快，5年生存率低于6%[12]。胰腺癌為全世界最常見的致死疾病之一，其致死人數(shù)占全世界癌癥死亡人數(shù)的第4位[13]。胰腺癌病死率高是由于發(fā)病早期缺乏特定的癥狀和體征，臨床上缺乏早期診斷及治療的有效手段。

2 Notch信號(hào)通路與AP的關(guān)系

Gomez等[14]采用腹腔注射雨蛙素建立AP小鼠模型，發(fā)現(xiàn)AP發(fā)生8 h時(shí)，胰腺組織中Hes1和Rbp-Jk的表達(dá)分別增加15倍和6倍；AP發(fā)生12 h和48 h時(shí)，胰腺組織中Notch1和Dll1的表達(dá)均明顯增加，表明發(fā)生AP時(shí)Notch信號(hào)通路被激活。Zhang等[15]采用胰膽管逆行注射不同濃度的牛黃膽酸鈉建立MAP和SAP大鼠模型，發(fā)現(xiàn)正常胰腺組織中Notch1表達(dá)較少，MAP大鼠胰腺組織中Notch1表達(dá)增加，SAP大鼠胰腺組織中Notch1表達(dá)明顯高于同時(shí)間點(diǎn)的MAP大鼠，提示Notch1參與了AP進(jìn)展且與AP的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。Siveke等[16]發(fā)現(xiàn)，Notch信號(hào)通路與AP胰腺組織再生和修復(fù)過程有關(guān)。Siveke等[16]在AP小鼠模型中發(fā)現(xiàn)Notch表達(dá)增加后，隨即采用γ-分泌酶抑制劑DBZ或Notch1敲除小鼠阻斷Notch信號(hào)通路，發(fā)現(xiàn)小鼠成熟腺泡細(xì)胞增殖明顯減少、凋亡增加，胰腺再生功能受損。另一項(xiàng)研究采用Ptf1a+/Cre；Hes1fl/fl小鼠(Hes1Δ/Δ)，該小鼠胰腺組織中Hes1表達(dá)缺失，通過腹腔注射雨蛙素建立AP小鼠模型，發(fā)現(xiàn)AP發(fā)生1 d時(shí)，Hes1Δ/Δ小鼠腺泡細(xì)胞去分化及炎性程度與野生型小鼠差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；AP發(fā)生3 d時(shí)，Hes1Δ/Δ小鼠胰腺組織腺泡明顯萎縮，腺泡細(xì)胞凋亡增加并伴有持續(xù)性導(dǎo)管化生，胰腺再生功能受損，提示AP時(shí)Hes1在維持腺泡細(xì)胞完整性及胰腺損傷后腺泡細(xì)胞再生和修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用[17]。張維康[18]采用胰膽管逆行注射不同濃度的牛黃膽酸鈉建立MAP及SAP大鼠模型，發(fā)現(xiàn)MAP大鼠胰腺細(xì)胞凋亡與Notch1無明顯相關(guān)性；SAP發(fā)生4h時(shí)，Notch1表達(dá)增加，胰腺細(xì)胞凋亡減少、壞死增加；進(jìn)一步采用真核表達(dá)載體pCDNA3.0致胰腺腺泡細(xì)胞株AR42J表達(dá)NICD以激活Notch信號(hào)通路，并給予雨蛙素刺激，發(fā)現(xiàn)Notch信號(hào)通路激活后，AR42J細(xì)胞凋亡指數(shù)明顯降低，壞死明顯增加，提示Notch信號(hào)通路激活與AP腺泡細(xì)胞凋亡及胰腺損傷嚴(yán)重程度有關(guān)，尤其SAP時(shí)，Notch信號(hào)通路激活可抑制腺泡細(xì)胞凋亡，促使腺泡細(xì)胞壞死，進(jìn)而加重AP的炎癥反應(yīng)。

3 Notch信號(hào)通路與CP的關(guān)系

有研究表明，Notch信號(hào)通路激活與CP關(guān)系密切。Bhanot等[19]收集了5例胰管擴(kuò)張CP患者的胰腺組織，以健康胰腺組織為對(duì)照，研究胰管長期阻塞及胰管高壓致胰管擴(kuò)張的分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)胰管擴(kuò)張CP患者的胰腺組織中Notch1、Notch3和Delta1表達(dá)均增加，并觀察到腺泡導(dǎo)管化生和早期胰腺上皮內(nèi)瘤變(pancreatic intraepithelial neoplasia，PanINs)，提示CP長期胰管阻塞可引起Notch信號(hào)通路激活，壓力誘導(dǎo)的Notch信號(hào)通路激活可能引起腺泡導(dǎo)管轉(zhuǎn)化，進(jìn)而參與腫瘤早期病變。

胰腺纖維化是多種病因所致CP進(jìn)展中的重要病理表現(xiàn)，Notch信號(hào)通路在胰腺纖維化進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。Su等[20]觀察22例CP患者和24例健康人群的胰腺組織(由遺體捐贈(zèng)獲得)，發(fā)現(xiàn)CP患者胰腺組織中Notch2、Notch3和Notch4均過表達(dá)，配體Jagged1、Jagged2和Delta11過表達(dá)程度較高，Jagged1的表達(dá)以纖維化區(qū)域?yàn)槎嘁?。為了研究Notch信號(hào)通路與纖維化的關(guān)系，Su等[20]采用小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(NIH-3T3)，給予最強(qiáng)致纖維化因子[重組轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)]5.0 ng/ml刺激，發(fā)現(xiàn)TGF-β1可導(dǎo)致NIH-3T3細(xì)胞大量分泌膠原蛋白-1(纖維化標(biāo)志物)，繼而采用Jagged1 siRNA干擾，發(fā)現(xiàn)TGF-β1誘導(dǎo)的NIH-3T3細(xì)胞中膠原蛋白-1的分泌被抑制，提示在CP進(jìn)展過程中，Notch信號(hào)通路與胰腺纖維化密切相關(guān)，Jagged1可調(diào)控TGF-β1的促纖維化作用。胰腺星狀細(xì)胞(pancreatic stellate cells，PSCs)是CP胰腺纖維化進(jìn)展中最為重要的效應(yīng)細(xì)胞，當(dāng)胰腺損傷時(shí)，PSCs發(fā)生活化，產(chǎn)生大量的α-平滑肌肌動(dòng)蛋白、纖維連接蛋白、Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)成分。有學(xué)者研究小鼠胰腺組織及體外分離培養(yǎng)的小鼠PSCs中Notch信號(hào)通路受體的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，正常胰腺組織不表達(dá)Notch3，小鼠PSCs活化后，Notch3的表達(dá)明顯上調(diào)，進(jìn)一步使用Notch3 siRNA抑制小鼠PSCs中Notch3的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，PSCs的活化、增殖和遷移能力均明顯減弱，提示Notch3可能與CP時(shí)PSCs的活化有關(guān)[21]。

除胰腺纖維化外，腺泡細(xì)胞導(dǎo)管化生(acinar duct metaplasia，ADM)亦是CP進(jìn)展中重要的病理表現(xiàn)[22]。ADM是指在慢性胰腺炎組織微環(huán)境中，大量胰腺腺泡細(xì)胞失去原有的結(jié)構(gòu)，被扁平集中分布的導(dǎo)管樣結(jié)構(gòu)所取代。在炎性微環(huán)境中，多種細(xì)胞因子和信號(hào)通路的激活均可誘導(dǎo)ADM。Pu等[23]采用重組腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α刺激AR42J細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)TNF-α可引起腺泡細(xì)胞標(biāo)志物淀粉酶(amylase，Amy)表達(dá)減少，導(dǎo)管細(xì)胞標(biāo)志物角蛋白(cytokeratin，CK)表達(dá)增加，同時(shí)Hes1表達(dá)有所上調(diào)，提示ADM可能與Notch信號(hào)通路活化有關(guān)。另有研究采用重組TGF-α(50 ng/ml)刺激野生型和MMP-7缺陷小鼠的胰腺腺泡細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)TGF-α可誘導(dǎo)野生型小鼠腺泡細(xì)胞中CK、Hes1和Hey1表達(dá)增加，MMP-7缺陷小鼠腺泡細(xì)胞中CK、Hes1和Hey1表達(dá)均明顯減少，進(jìn)而使用γ-分泌酶抑制劑阻斷Notch信號(hào)通路發(fā)現(xiàn)，腺泡細(xì)胞中CK表達(dá)進(jìn)一步減少，提示MMP-7參與調(diào)控TGF-α所誘導(dǎo)的ADM形成，Notch信號(hào)通路活化在ADM形成中起重要作用[24]。

4 Notch信號(hào)通路與胰腺癌的關(guān)系

近年來研究發(fā)現(xiàn)，Notch信號(hào)通路的活化與胰腺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[25-26]。Hu等[27]對(duì)胰腺癌患者的胰腺組織進(jìn)行尸檢分析發(fā)現(xiàn)，胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)組織中Notch1和Hes1表達(dá)均明顯增加。另有研究發(fā)現(xiàn)，胰腺癌患者胰腺組織中除Notch1表達(dá)明顯增加外，Notch3、DLL1、DLL3、DLL4的表達(dá)亦增加[21,28-29]。羅干等[30]研究PDAC患者癌組織及癌旁組織中Notch信號(hào)通路的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，胰腺癌組織Notch1、Notch2、Hes1及Jagged2的表達(dá)均明顯高于癌旁組織，進(jìn)一步行Jagged2 siRNA干擾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Jagged2被抑制后，胰腺癌細(xì)胞株的增殖及侵襲轉(zhuǎn)移能力明顯減弱，提示Notch信號(hào)通路與胰腺癌進(jìn)展有關(guān)。

PanINs是胰腺癌的前體病變，近年來逐漸受到關(guān)注。Mazur等[31]研究Kras小鼠發(fā)現(xiàn)，在PanINs進(jìn)展過程中，Notch1在胰腺腺泡細(xì)胞呈高表達(dá)，Notch2在胰腺導(dǎo)管細(xì)胞呈高表達(dá)，進(jìn)一步采用γ-分泌酶抑制劑阻斷Notch信號(hào)通路發(fā)現(xiàn)，PanINs進(jìn)展延緩，提示Notch信號(hào)通路在調(diào)控PanINs進(jìn)展中起關(guān)鍵作用。張潔[32]用LSL-KrasG12D小鼠與PDX1-Cre小鼠雜交獲得LSL-KrasG12D；PDX1-Cre小鼠，并持續(xù)給予該小鼠雨蛙素誘導(dǎo)CP、PanINs和PDAC相應(yīng)的病理變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在疾病進(jìn)展的不同時(shí)期，Notch信號(hào)通路均被活化，而使用γ-分泌酶抑制劑二苯并氮阻斷Notch信號(hào)通路可減輕CP炎性反應(yīng)，亦可控制PanINs上皮細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)其凋亡，進(jìn)而減緩PanINs和癌變的進(jìn)展。由此推測，Notch信號(hào)通路是調(diào)控CP相關(guān)PanINs及胰腺癌進(jìn)展的重要信號(hào)通路。

近年來多項(xiàng)研究開始關(guān)注Notch信號(hào)通路促進(jìn)胰腺癌進(jìn)展的作用機(jī)制[33-36]。Zhang等[37]研究Notch信號(hào)通路被過度激活的siRNA-Lfng MIA PaCa-2細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，RB基因(一種抑制腫瘤的基因)表達(dá)下調(diào)，磷酸化蛋白激酶B(p-AKT)表達(dá)上調(diào)，MIA PaCa-2細(xì)胞的增殖和遷移能力增強(qiáng)，提示Notch信號(hào)通路可通過調(diào)控RB基因和p-AKT影響胰腺癌的進(jìn)展。最近有研究給予3株胰腺癌細(xì)胞(MiaPaCa-2、PANC-1、BxPC-3)100 μmol/L二氯化鈷(CoCl2)模擬細(xì)胞化學(xué)缺氧發(fā)現(xiàn)，CoCl2在誘導(dǎo)胰腺癌細(xì)胞缺氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)過度產(chǎn)生的同時(shí)，NICD和Hes1的表達(dá)均明顯上調(diào)，進(jìn)一步使用γ-分泌酶抑制劑阻斷Notch信號(hào)通路發(fā)現(xiàn)，HIF-1表達(dá)減少，且觀察到胰腺癌細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移能力減弱，提示Notch信號(hào)通路可能通過調(diào)控HIF-1在胰腺癌進(jìn)展中發(fā)揮重要的促進(jìn)作用[38]。

大量研究表明，胰腺組織PSCs的活化可明顯促進(jìn)胰腺癌進(jìn)展[39-41]。近年來一項(xiàng)研究證實(shí)，PSCs促進(jìn)胰腺癌的作用與Notch信號(hào)通路有關(guān)。李嘉等[42]采用吉西他濱(100 ng/ml)治療PANC-1和BxPC-3胰腺癌細(xì)胞，并與PSCs建立共培養(yǎng)體系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PSCs可明顯抑制吉西他濱誘導(dǎo)的兩種胰腺癌細(xì)胞凋亡，降低吉西他濱對(duì)細(xì)胞生長的抑制能力，導(dǎo)致吉西他濱的半數(shù)抑制劑量升高，促進(jìn)了胰腺癌細(xì)胞對(duì)吉西他濱的化療耐藥性；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，胰腺癌細(xì)胞中Hes1表達(dá)明顯增加，進(jìn)一步使用Hes1 siRNA干擾和Notch信號(hào)通路阻斷劑后，觀察到PSCs所致的胰腺癌細(xì)胞化療耐藥性被成功逆轉(zhuǎn)，提示Notch信號(hào)通路可能是PSCs導(dǎo)致胰腺癌化療耐藥性的重要信號(hào)通路。

綜上所述，Notch信號(hào)通路家族中的受體和配體在胰腺炎癥及腫瘤進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用，但其作用機(jī)制尚未闡明，有待進(jìn)一步深入研究。