Notch信號(hào)通路調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡機(jī)制研究進(jìn)展

尹琦 胡彥建 崔普澤 綜述 胡彥華 審校

凋亡細(xì)胞的機(jī)制失調(diào)是癌癥的重要標(biāo)志之一[1]。凋亡是細(xì)胞程序性死亡的一種形式，機(jī)體通過凋亡進(jìn)行有序、有效的去除受損細(xì)胞。當(dāng)前臨床腫瘤治療中，大多數(shù)抗癌藥物都利用完整的凋亡信號(hào)通路來觸發(fā)癌細(xì)胞死亡[2]。相關(guān)研究表明，Notch信號(hào)通路與腫瘤細(xì)胞的凋亡之間存在密切的關(guān)系[3]。依賴和非依賴的Notch信號(hào)通路，通過含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)途徑介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡；Notch信號(hào)通路亦通過與其他細(xì)胞信號(hào)通路的“串?dāng)_”，調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡。本文就Notch信號(hào)通路誘導(dǎo)或抑制腫瘤細(xì)胞凋亡的信號(hào)途徑和作用機(jī)制做一綜述。

1 Notch信號(hào)通路和細(xì)胞凋亡機(jī)制簡(jiǎn)述

Notch信號(hào)通路是進(jìn)化上保守的信號(hào)傳導(dǎo)途徑之一，可調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育，影響細(xì)胞增殖、分化和凋亡等。Notch受體及其配體均是跨膜蛋白，人類有4個(gè)Notch受體和5個(gè)Notch配體。研究發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病(T-ALL)、乳腺癌等多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展與Notch信號(hào)通路在腫瘤微環(huán)境中的異?；罨嘘P(guān)[4]。通過直接細(xì)胞接觸，Notch受體和相關(guān)的Notch配體相互作用，啟動(dòng)信號(hào)級(jí)聯(lián)，受體的胞外域被金屬蛋白酶腫瘤壞死因子-α轉(zhuǎn)化酶(TACE)切割，產(chǎn)生Notch胞內(nèi)域(Notch intracellular domain，NICD)。隨后，NICD易位至細(xì)胞核，與細(xì)胞核內(nèi)CSL(CBF1/RBP-Jκ/Suppressor of Hairless/LAG-1，CSL)結(jié)合，人類的NICD與轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子CBF1(RBP-Jκ)和MAML(Mastermind-like)相互作用，激活轉(zhuǎn)錄靶基因，繼而影響相關(guān)蛋白表達(dá)，如PTEN等，對(duì)腫瘤的增殖、凋亡產(chǎn)生影響[5-6]。

細(xì)胞凋亡機(jī)制復(fù)雜，凋亡細(xì)胞表達(dá)出多種生化修飾，研究表明主要包括兩種凋亡途徑：外源(死亡受體)途徑和內(nèi)源(線粒體)途徑。外源性途徑引發(fā)凋亡通過配體與死亡受體相結(jié)合，將死亡信號(hào)從細(xì)胞表面?zhèn)鬟f至細(xì)胞內(nèi)；內(nèi)源途徑凋亡的信號(hào)是產(chǎn)生于細(xì)胞內(nèi)的各種非受體介導(dǎo)的刺激，直接作用細(xì)胞內(nèi)靶標(biāo)，引起線粒體內(nèi)膜改變，啟動(dòng)凋亡[7]。與細(xì)胞凋亡相關(guān)的關(guān)鍵蛋白Caspase家族，一旦被激活，可以激活其他蛋白酶，從而啟動(dòng)蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，放大細(xì)胞凋亡的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，導(dǎo)致細(xì)胞快速死亡[8]。研究表明[9]，Notch信號(hào)通路與乳腺癌發(fā)展密切相關(guān)，干擾Notch信號(hào)通路，通過外源途徑介導(dǎo)Caspase蛋白活化，與受體結(jié)合后，催化Caspase-8，啟動(dòng)凋亡信號(hào)，經(jīng)過一系列的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，激活Caspase-3，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡；在內(nèi)源性途徑中不依賴Caspase的方式誘導(dǎo)凋亡作用，通過外源途徑中活化的Caspase-8將促凋亡蛋白Bid切割成tBid作用于促凋亡蛋白Bax，通過Bcl-2家族蛋白與內(nèi)源性凋亡途徑相“串?dāng)_”[10-11]。細(xì)胞凋亡機(jī)制復(fù)雜，凋亡途徑的闡明對(duì)探究腫瘤的發(fā)生 及治療具有重要意義。

2 Notch信號(hào)通路調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡機(jī)制

2.1 Notch信號(hào)通路通過與其它信號(hào)通路“串?dāng)_”調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡

2.1.1 Notch信號(hào)通路與PI3K/Akt信號(hào)通路 腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)為細(xì)胞的無限增殖特性，維持這一特性的關(guān)鍵細(xì)胞信號(hào)之一是磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB，又稱Akt)細(xì)胞信號(hào)，其促進(jìn)細(xì)胞增殖及抗凋亡。抑癌蛋白PTEN作為PI3K/Akt信號(hào)的負(fù)調(diào)控因子，可以去磷脂酰肌醇3磷酸(PIP3)磷酸化為磷脂酰肌醇2磷酸(PIP2)，從而逆轉(zhuǎn)PI3K/Akt的增殖和抗凋亡作用[12]。許多腫瘤的抗藥性均表現(xiàn)為PTEN表達(dá)的下調(diào)或PTEN基因的突變，藥物無法通過PTEN發(fā)揮阻斷PI3K/Akt的作用，致腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性[13]。

研究表明[14]，Notch信號(hào)通路對(duì)PI3K/Akt存在依賴性調(diào)節(jié)，提示PI3K/Akt可能是Notch信號(hào)的下游效應(yīng)子。Notch信號(hào)通過依賴和非依賴CSL途徑調(diào)節(jié)Akt的活化，從而影響腫瘤細(xì)胞的凋亡。Lewis等[15]發(fā)現(xiàn)T-ALL中激活的Notch信號(hào)，促進(jìn)靶基因HES表達(dá)，HES抑制PTEN的表達(dá)，PTEN的表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)PI3K/Akt的活化，從而抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，當(dāng)應(yīng)用Notch信號(hào)抑制劑后，促進(jìn)PTEN表達(dá)，逆轉(zhuǎn)PI3K/Akt的抗凋亡作用，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。然而，O′Neil等[16]卻發(fā)現(xiàn)部分T-ALL患者應(yīng)用Notch信號(hào)抑制劑出現(xiàn)耐藥性，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，耐藥原因是部分T-ALL腫瘤細(xì)胞中PTEN基因突變或缺失。研究證實(shí)，PTEN為Notch信號(hào)的下游基因，HES正向調(diào)控PTEN表達(dá)，當(dāng)PTEN基因缺失時(shí)，HES表達(dá)無法調(diào)控PTEN的表達(dá)，PI3K/Akt在無PTEN的調(diào)控下，表現(xiàn)抗凋亡作用。因此，在PTEN基因突變和缺失的腫瘤細(xì)胞，調(diào)控Notch信號(hào)無法干擾腫瘤細(xì)胞的凋亡。最近的研究發(fā)現(xiàn)[17]，神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，Notch信號(hào)通路不經(jīng)過HES介導(dǎo)，仍然可以通過與Akt信號(hào)“串?dāng)_”調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡。Notch信號(hào)激活后，NICD不進(jìn)入細(xì)胞核激活下游HES，而是在胞質(zhì)內(nèi)與mTOR復(fù)合物2(mTORC2)共同作用Akt活化，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。由此可見，Notch信號(hào)與PI3K/Akt信號(hào)的“串?dāng)_”影響腫瘤細(xì)胞的凋亡是復(fù)雜的，或需要HES的參與，或需要PTEN基因的表達(dá)，兩者的組合表現(xiàn)出多種抗腫瘤凋亡機(jī)制。同時(shí)，Notch信號(hào)與PI3K/Akt信號(hào)之間是否還在共同的途徑調(diào)控凋亡尚需要進(jìn)一步研究。

2.1.2 Notch信號(hào)通路與核因子-κB(Nuclear Factor，NF-κB)信號(hào)通路 NF-κB信號(hào)通路參與多種腫瘤細(xì)胞的增殖及凋亡的生物學(xué)調(diào)控。人類NF-κB家族由5種蛋白質(zhì)組成，NF-κB1(p50)、NF-κB2(p52)、RelA(p65)、RelB和c-Rel，它們形成同型或異二聚體，通過與NF-κB抑制蛋白(Inhibitor of NF-κB，IκB)結(jié)合，保持無活性狀態(tài)。NF-κB通路的激活，可引起抗凋亡蛋白Bcl-2、cFLIP及IAPs的上調(diào)，抑制細(xì)胞凋亡，下調(diào)NF-κB通路可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[18]。

研究表明，Notch信號(hào)通路主要從三個(gè)方面影響NF-κB信號(hào)，調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡。首先，活化的NICD可以解除RBP-Jκ對(duì)NF-κB基因p50、RelA、RelB和c-Rel的抑制作用，激活NF-κB途徑或者NICD上調(diào)p50、p65，從而上調(diào)NF-κB的活性[19-20]。Wang等[21]報(bào)道NICD-1的N端與細(xì)胞核內(nèi)p50的亞基相互作用，從而抑制人胚胎癌細(xì)胞系中NF-κB的活性。其次，NICD通過影響IκBα完成Notch信號(hào)“串?dāng)_”NF-κB信號(hào)。在T-ALL中，NICD-1與IκBα競(jìng)爭(zhēng)p50/c-Rel異二聚體中p50亞基的結(jié)合，由于p50/c-Rel失去IκBα的抑制，從而增加其轉(zhuǎn)錄活性，激活NF-κB途徑[22]。在MDA-MB-231乳腺癌的研究中，Notch1信號(hào)的激活引起p65核移位，以及促進(jìn)NF-κB的DNA結(jié)合活性的增加，上調(diào)NF-κB靶基因Bcl-XL表達(dá)，抑制凋亡[23]。Wu等[24]亦報(bào)道了這一機(jī)制，研究中通過γ-分泌酶抑制劑(Gamma-secretase inhibitors，GSI)處理T-ALL細(xì)胞，下調(diào)Notch信號(hào)表達(dá)，結(jié)果顯示Notch信號(hào)下調(diào)，抑制細(xì)胞因子信號(hào)抑制物2(Suppressor of cytokine signaling box 2，Asb2)基因的轉(zhuǎn)錄，通過Asb2α的介導(dǎo)，抑制NF-κB的活化，從而誘導(dǎo)T-ALL細(xì)胞凋亡。此外，Notch信號(hào)亦可以通過與IκB激酶(IκB kinase，IKK)復(fù)合物結(jié)合，增強(qiáng)IKK的活化作用，從而活化NF-κB信號(hào)，調(diào)控細(xì)胞凋亡。Song等[25]對(duì)宮頸癌CaSki細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)，Notch信號(hào)影響IKK的表達(dá)，從而“串?dāng)_”NF-κB途徑調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡。抑制Notch信號(hào)表達(dá)，可以下調(diào)IKK表達(dá)，誘導(dǎo)宮頸癌CaSki細(xì)胞凋亡，Notch信號(hào)通過IKK介導(dǎo)，“串?dāng)_”NF-κB信號(hào)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。

2.1.3 Notch信號(hào)通路與p53信號(hào)通路 人類p53信號(hào)通路以p53基因?yàn)楹诵?，通過調(diào)控其相關(guān)靶基因表達(dá)，阻滯細(xì)胞周期，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。p53基因的激活表現(xiàn)抑癌作用，如野生型p53蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，而p53基因的突變或缺失卻促進(jìn)細(xì)胞癌變。研究表明[26]，超過50%腫瘤細(xì)胞中p53基因均發(fā)生突變。MDM2是p53基因的主要調(diào)節(jié)者，其機(jī)制是p53和MDM2的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，MDM2可以直接抑制p53表達(dá)或在胞漿中捕獲降解p53。研究表明[27]，Notch信號(hào)通路激活可以抑制INK4a/ARF(Inhibitor of CDK4/alternative reading frame)基因的表達(dá)，促進(jìn)MDM2對(duì)p53的降解作用，下調(diào)p53抑癌作用，抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。在結(jié)腸癌細(xì)胞中，Notch信號(hào)通過抑制p53磷酸化，滅活p53[28]。另有研究表明[29]，激活Notch信號(hào)，RBP-Jκ結(jié)合p53轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子，抑制p53的轉(zhuǎn)錄。由于Notch信號(hào)通路的高表達(dá)相關(guān)性，除Notch信號(hào)激活抑制p53抑癌作用外，Notch1信號(hào)在人肝癌細(xì)胞[30-31]和人宮頸癌細(xì)胞[32]中表現(xiàn)出Notch信號(hào)活化，上調(diào)p53表達(dá)，增加p53的核內(nèi)水平和其目標(biāo)基因轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

2.2 Notch信號(hào)通路通過內(nèi)、外源途徑調(diào)控腫瘤細(xì)胞的凋亡

內(nèi)源途徑又稱線粒體途徑，主要是通過Bcl-2和核蛋白改變線粒體膜結(jié)構(gòu)，使其通透性轉(zhuǎn)換孔開放，釋放促凋亡物質(zhì)如：細(xì)胞色素C(Cytochrome C，CytC)、凋亡誘導(dǎo)因子(Apoptosis inducing factor，AIF)及核酸內(nèi)切酶G(Endonuclease G，Endo G)[33]，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡。Bcl-2家族蛋白是內(nèi)源性細(xì)胞凋亡途徑的關(guān)鍵因子，Khan等[34]報(bào)道下調(diào)Notch信號(hào)促進(jìn)促凋亡蛋白Bax表達(dá)，降低抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)，誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞凋亡。持續(xù)抑制Notch1活性，乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231細(xì)胞Bcl-2、Bcl-XL和Caspase-3激活減少，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[35]。目前的研究未見Notch信號(hào)直接干擾Bcl-2家族蛋白表達(dá)機(jī)制研究。然而，如前所述，許多研究報(bào)道Notch信號(hào)通過其他細(xì)胞信號(hào)途徑的介導(dǎo)，影響B(tài)cl-2家族蛋白的表達(dá)，如PI3K/AK、NF-κB和p53途徑等。研究發(fā)現(xiàn)抑制Notch信號(hào)，促進(jìn)促凋亡蛋白Smac從線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)中，Smac下調(diào)凋亡抑制蛋白XIAP的表達(dá)，導(dǎo)致Caspasse-3、-6、-7活化，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡；除Smac外，抑制腫瘤細(xì)胞Notch信號(hào)表達(dá)，亦促進(jìn)AIF和Endo G從線粒體中釋放至細(xì)胞質(zhì)，兩者移位至細(xì)胞核，促使DNA片段化，誘導(dǎo)凋亡而不通過Caspase途徑[36]。

外源性途徑又稱死亡受體途徑，主要由膜上死亡受體介導(dǎo)。經(jīng)典的死亡配體與受體結(jié)合方式有FasL/FasR和TNF-α/TNFR，受體與配體結(jié)合銜接Fas相關(guān)死亡域蛋白FADD，隨后FADD與Procaspase-8結(jié)合，形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物(DISC)，導(dǎo)致Procaspase-8的自催化活化，啟動(dòng)凋亡程序。惡性膠質(zhì)瘤的研究中發(fā)現(xiàn)[37]，抑制Notch信號(hào)下調(diào)Fas的激活，抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。Shi等[38]報(bào)道，應(yīng)用Jagged1處理基質(zhì)細(xì)胞癌，上調(diào)Notch信號(hào)表達(dá)后增加Fas胞體表達(dá)和下游Caspase-8激活，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。TRAIL配體與FasL、TNF-α不同，對(duì)正常細(xì)胞無作用而特異性殺死腫瘤細(xì)胞，為腫瘤的治療提供靶向。通過GSI抑制乳腺癌細(xì)胞Notch信號(hào)表達(dá)，結(jié)果上調(diào)TRAIL配體、死亡受體4(DR4)和DR5的蛋白表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[39]。因此，Notch信號(hào)主要通過影響外源性凋亡途徑配體或受體的蛋白表達(dá)，通過死亡受體途徑的介導(dǎo)，干擾腫瘤細(xì)胞凋亡。

3 小結(jié)與展望

Notch信號(hào)通路本身的簡(jiǎn)單性與其功能的復(fù)雜性不相匹配，這一簡(jiǎn)單的信號(hào)通路影響著眾多不同的生理信號(hào)，包括細(xì)胞增殖、分化、生存及凋亡等。腫瘤細(xì)胞的凋亡受到多重信號(hào)的調(diào)控，如p53、NF-κB、PI3K/AKT信號(hào)等。當(dāng)抗凋亡蛋白與促凋亡蛋白平衡失調(diào)時(shí)，出現(xiàn)細(xì)胞凋亡或增殖。Notch信號(hào)通過與其它信號(hào)途徑的“串?dāng)_”調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡，如一張“大網(wǎng)”，各種信號(hào)通路相互交通，融合和干擾，共同調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞凋亡。全面打開“網(wǎng)絡(luò)”的交通點(diǎn)，了解彼此之間的相互作用，尚需進(jìn)一步的研究，特別是Notch信號(hào)通路對(duì)腫瘤細(xì)胞凋亡直接調(diào)控機(jī)制的深入研究，這將為Notch信號(hào)抗腫瘤應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。