付治美 宋武琦 徐夢蔚 張鳳民

Notch基因得名于該基因的功能缺失突變導(dǎo)致黑腹果蠅翅緣缺刻的遺傳學(xué)研究。早在20世紀(jì)90年代，Notch突變與癌癥的密切關(guān)系就得到了證實[1]。

Notch信號是造血、免疫細(xì)胞分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一，與多種自身免疫性疾病、腫瘤的發(fā)生和腫瘤誘導(dǎo)的免疫抑制有關(guān)。Notch信號通路本身簡單，但它所調(diào)控的細(xì)胞進(jìn)程卻相當(dāng)復(fù)雜，通過基因組測序發(fā)現(xiàn)在多種腫瘤中都存在突變的Notch基因，事實上，異?；罨腘otch信號涉及癌癥幾乎所有基本特征，如腫瘤血管生成、癌細(xì)胞的干性和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化等[2]。本文綜述了Notch信號通路調(diào)控癌癥的相關(guān)機(jī)制，將為腫瘤的防治開辟新的思路。

一、經(jīng)典Notch信號通路及其調(diào)控

經(jīng)典Notch信號通路以細(xì)胞間接觸的方式傳遞信號，又稱為復(fù)合信號結(jié)合蛋白J(recombination signal binding protein J，RBP-J)依賴通路，需要Notch受體、配體、RBP-J和靶基因的參與[3]。哺乳動物中，Notch受體(Notch1、Notch2、Notch3和Notch4)和配體(Jagged1、Jagged2、DLL1、DLL3、DLL4)的結(jié)合啟動了Notch信號的傳遞。

Notch受體是由單一前體編碼的單程Ⅰ型跨膜蛋白，為多肽段構(gòu)成的異二聚體，F(xiàn)urin樣蛋白酶在異二聚化結(jié)構(gòu)域的非結(jié)構(gòu)區(qū)的S1位點將其切割為N端胞外配體結(jié)合區(qū)(notch extracellular subunit，NEC)和C端跨膜亞單位(notch transmembrane subunit，NTM)；而Notch受體與配體結(jié)合后，去整合素金屬蛋白酶(a disintegrin and metalloprotease，ADAM)在NTM外部的S2位點進(jìn)行切割，切割產(chǎn)生的Notch片段，被早老素依賴的γ-分泌酶在其跨膜區(qū)內(nèi)S3位點再次切割，釋放Notch胞內(nèi)域(notch intracellular domain，NICD)；NICD從膜上釋放并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，形成一個由NICD、RBP-J和智者基因樣(mastermind-like，MAML)核轉(zhuǎn)錄激活蛋白家族組成的復(fù)合物，該復(fù)合物與Notch的一些調(diào)節(jié)元件結(jié)合之后，轉(zhuǎn)錄Notch下游基因[4]。

經(jīng)典Notch信號激活上調(diào)的靶基因，已知有發(fā)狀分裂增強(qiáng)子1(hairy and enhancer of split 1，HES1)、與YRPW基序相關(guān)的發(fā)狀分裂增強(qiáng)子1(hairy and enhancer of split-related with YRPW motif 1，HEY1)、B細(xì)胞特異性MLV整合位點-1(B cell-specific MLV integration site-1，BMI1)、G1/S-特異性周期蛋白-D1(cyclin D1，CCND1)、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A(cyclin dependent kinase inhibitor 1A，CDKN1A)等[5～8]。Notch本身作為轉(zhuǎn)錄共激活因子，轉(zhuǎn)錄反應(yīng)非常復(fù)雜，可以和其他信號通路發(fā)生復(fù)雜的交叉作用，Notch通路可以調(diào)控以下這些癌癥相關(guān)通路繼而在不同癌癥中發(fā)揮不同功能(圖1)。

圖1 Notch信號通路與癌癥相關(guān)通路的關(guān)系

1.Notch與Wnt/β-catenin信號通路：Wnt /β-連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin)信號通路在多種腫瘤中被異常激活，主要是由轉(zhuǎn)錄因子β-catenin的錯義突變引起。Notch與Wnt信號通路的相互作用發(fā)生在許多水平上，Notch能抑制糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase3β，GSK-3β)激活β-catenin，最近的研究集中在Notch和Wnt信號在細(xì)胞和基質(zhì)成分之間正常的交互作用上[9]。研究表明，Wnt信號通路在慢性淋巴細(xì)胞白血病中是核心調(diào)節(jié)通路之一，而失調(diào)的Notch2是腫瘤細(xì)胞中經(jīng)典的Wnt信號激活的先決條件，抑制Notch信號會降低基質(zhì)保護(hù)的CLL細(xì)胞在體內(nèi)外的存活率[10]。在乳腺癌細(xì)胞中，Notch信號可以與Wnt及其他信號通路發(fā)生交叉作用被激活，目前已有文獻(xiàn)報道靶向Notch和Wnt通路來治療乳腺癌的聯(lián)合用藥方法[11]。肝細(xì)胞癌組織中也常發(fā)現(xiàn)Notch基因突變，已知Notch1調(diào)控Wnt通路上調(diào)乙肝病毒X蛋白的表達(dá)從而誘導(dǎo)肝癌發(fā)生[12]。Notch1在黑色素瘤中也能調(diào)控Wnt、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)、蛋白激酶B(protein kinase B，PKB，又稱AKT)等信號通路，Notch1激活后，β-catenin上調(diào)，MAPK和AKT被激活，而抑制Wnt/β-catenin、MAPK和AKT通路能逆轉(zhuǎn)Notch1誘導(dǎo)的腫瘤生長和轉(zhuǎn)移[13]。結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)中，Notch與活化的β-catenin的結(jié)合干擾了CRC細(xì)胞中β-catenin的溶酶體的轉(zhuǎn)運和降解，從而干擾Wnt信號傳遞，結(jié)腸癌中Notch1表達(dá)的升高促進(jìn)癌癥的進(jìn)展，而Notch2升高卻可能起到抑制結(jié)腸癌生長的作用，因此，Notch通路在結(jié)腸癌中發(fā)揮作用尚不明確[14]。在子宮內(nèi)膜癌(endometrial cancer，EC)中關(guān)于Wnt信號的報道較少，出人意料的是，通過對47例EC樣本的分析顯示，與相鄰的非腫瘤組織比較，EC組織中Notch 和Wnt信號分子的轉(zhuǎn)錄水平降低，NICD與Wnt通路重要效應(yīng)分子體軸抑制因子(axis inhibitor，Axin)結(jié)合可減少β-catenin的累積，發(fā)揮腫瘤抑制功能[15]。

由此可見，Notch通過激活GSK-3β繼而激活Wnt通路。Notch結(jié)合Axin等使Wnt降解受阻，這樣的雙重作用使Notch與Wnt信號之間維持著一種動態(tài)平衡，一旦平衡被打破，組織和微環(huán)境中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)紊亂，就會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[4]。

2.Notch與PI3K/AKT信號通路：磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/AKT信號通路的失調(diào)被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生的標(biāo)志，在腦腫瘤、消化系統(tǒng)腫瘤、女性生殖系統(tǒng)腫瘤、血液免疫系統(tǒng)腫瘤、乳腺癌和皮膚癌中均存在。編碼受體的Notch基因可能通過典型的受體-配體相互作用激活A(yù)KT，還可通過與一些表面受體表達(dá)的增強(qiáng)子結(jié)合來激活PI3K/AKT信號，如白細(xì)胞介素7受體(interleukin 7 receptor，IL-7R)[16]。血液系統(tǒng)惡性腫瘤常表現(xiàn)出Notch信號的異常，最常見的是急性T淋巴細(xì)胞白血病(T-cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL)。2021年P(guān)adi等[17]證實了T-ALL早期對Notch抑制劑的耐藥就是PI3K激活的結(jié)果。在乳腺癌中Notch與PI3K/AKT的互相作用較為復(fù)雜。在低分化型乳腺癌中，Notch與PI3K/AKT通路共同活化可使乳腺癌惡性程度升高[18]。另一方面，Notch3可通過反式激活磷脂酶和張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog，PTEN)的表達(dá)來抑制乳腺癌的增殖[19]。因此，關(guān)于Notch在乳腺癌中發(fā)揮作用的明確機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究。

3.Notch與NF-κB信號通路：核因子-κB(nuclear factor kappa B, NF-κB)通路能夠促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，廣泛存在于乳腺癌、淋巴癌等腫瘤中，幾乎與所有癌癥的特征相關(guān)。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma multiforme，GBM)中，Notch1可以直接激活NF-κB通路，還可通過誘導(dǎo)HES1的表達(dá)間接激活NF-κB通路[20]。Notch與NF-κB在白血病中的聯(lián)系更是緊密，如Notch3的異常激活可導(dǎo)致不同的NF-κB亞單位二聚化，調(diào)節(jié)參與白血病細(xì)胞分化或增殖的不同基因簇，在一定程度上還能增強(qiáng)NF-κB靶基因的表達(dá)介導(dǎo)白血病細(xì)胞抗凋亡作用[9]。

4.Notch與其他信號通路

(1)IL-6/STAT3信號通路：活化的轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)擾亂了細(xì)胞的正常生存周期，在頭頸癌、多發(fā)性骨髓瘤等多種惡性腫瘤中發(fā)揮強(qiáng)烈的致癌作用。Notch通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子RBP-J通過增強(qiáng)白細(xì)胞介素6(interleukin 6，IL-6)表達(dá)激活STAT3通路，并介導(dǎo)膠質(zhì)瘤的腫瘤進(jìn)展及放化療耐藥[21]。

(2)p63信號通路：轉(zhuǎn)錄因子p63在鱗狀上皮組織中賦予基底細(xì)胞自我更新的活性，在鱗狀細(xì)胞癌(squamous-cell carcinoma，SCC)中過表達(dá)。Notch在SCC中與p63互相作用，鱗狀上皮細(xì)胞中p63的下調(diào)和Notch的激活啟動了細(xì)胞周期阻滯和終止鱗狀分化的程序，發(fā)揮腫瘤抑制功能，如近期就有研究提示Notch1的表達(dá)與口腔鱗癌的進(jìn)展和預(yù)后有關(guān)，但Notch是如何發(fā)揮這些腫瘤抑制功能的，還有待于深入研究[22]。

(3)RAS/ERK信號通路：腫瘤中常出現(xiàn)大鼠肉瘤病毒(rat sarcoma virus，RAS)家族蛋白成員KRAS、NRAS、HRAS的突變。2019年，Huang等[23]研究發(fā)現(xiàn)Notch信號和RAS/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)信號可能通過交互作用共同參與了胃癌(gastric cancer，GC)細(xì)胞增殖的調(diào)控，Notch1在胃癌組織中高表達(dá)，與胃癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，抑制Notch1可以有效地抑制胃癌細(xì)胞的增殖。胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)是一種生存率極低的胰腺癌類型，小鼠遺傳學(xué)研究表明，Notch信號的激活與致癌的KRAS協(xié)同作用，使腺泡細(xì)胞的發(fā)育出現(xiàn)異常，也有研究發(fā)現(xiàn)Notch2基因的失活會抑制KRAS引起的PDAC的發(fā)展[24]。

(4)Hedgehog信號通路：激活Hedgehog信號通路會導(dǎo)致細(xì)胞過度增殖，與多種癌癥有關(guān)，包括髓母細(xì)胞瘤、膠質(zhì)瘤、肺癌等。在膠質(zhì)瘤和髓母細(xì)胞瘤中，Notch信號控制Hedgehog通路的關(guān)鍵因子G蛋白偶聯(lián)受體Smoothened蛋白的傳遞和膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因同源物(glioma-associated oncogene homolog，GLI)基因的轉(zhuǎn)錄，Notch信號的激活導(dǎo)致Smoothened蛋白累積，繼而增高Hedgehog反應(yīng)水平[25]。

(5)Hippo/YAP信號通路：Hippo/Yes相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)信號通路可抑制細(xì)胞和組織生長，Notch3通過上調(diào)乳腺癌細(xì)胞腎臟腦蛋白(recombinant kidney and brain protein，KIBRA)激活Hippo/YAP通路來抑制乳腺上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，干擾腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[26]。

二、非經(jīng)典Notch信號通路及其調(diào)控

除依賴于RBP-J的Notch通路以外，非經(jīng)典的Notch信號通路在機(jī)體發(fā)育和成熟過程中同樣發(fā)揮著重要作用。在乳腺癌中，非經(jīng)典Notch通路激活PI3K通路促進(jìn)癌細(xì)胞的遷移，其中沒有明顯的RBP-J參與[27]。在部分肺癌、膠質(zhì)瘤、卵巢漿液性癌等腫瘤中，表皮生長因子家族delta樣同源蛋白(delta-like 1 homolog，DLK1)缺乏Notch配體結(jié)構(gòu)域，通過非經(jīng)典通路拮抗Notch1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[28]。然而，非經(jīng)典Notch信號通路主要以果蠅為模型進(jìn)行研究，在人體生理學(xué)中的相關(guān)研究較少。

三、展 望

Notch信號失調(diào)是腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要因素，它和其他信號機(jī)制之間并不是彼此孤立的，而是形成復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有研究已經(jīng)證明，Notch信號通路不僅在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中至關(guān)重要，在預(yù)后中同樣不可或缺，作為腫瘤的治療靶點具有很大的前景(圖2)。因此，以Notch為靶點或許可以為癌癥預(yù)防和治療藥物開發(fā)提供新的策略。

圖2 篩選Notch1～4基因在不同腫瘤及正常組織中表達(dá)的差異及預(yù)后分析GEPIA聯(lián)合TCGA和GTEx數(shù)據(jù)庫；A、D、G、J．篩選并分析Notch1～4表達(dá)差異有意義的腫瘤，紅色代表腫瘤組織，藍(lán)色代表正常組織；B、E、H、K．相比于正常組織Notch1-4高表達(dá)腫瘤的生存曲線；C、F、I、L．相比于正常組織Notch1～4低表達(dá)的生存曲線，紅色代表Notch1～4高表達(dá)的腫瘤，藍(lán)色代表Notch1～4低表達(dá)的腫瘤。*P<0.01

目前阻斷Notch信號通路的藥物和生物制劑已作為抗癌藥物正在進(jìn)行研發(fā)，如單克隆抗體Demcizumab(OMP-21M18)、γ-分泌酶抑制劑Nirogacestat(PF-03084014)、抗體藥物偶聯(lián)物rovalpituzumab tesirine、雙特異性抗體Navicixizumab(OMP-305B83)等已進(jìn)入臨床試驗階段[29]。這些藥物的抗腫瘤作用已經(jīng)在一些難治性癌癥如彌漫型胃癌、胰腺癌中進(jìn)行了測試，然而，Notch靶向療法尚未被批準(zhǔn)用于癌癥患者的治療。首先，由于Notch通路與其他通路的互相作用的復(fù)雜性，簡單地靶向Notch受體的抗體可能不足以抑制腫瘤的生長或轉(zhuǎn)移；其次這些藥物的不良效應(yīng)和毒性同樣是治療過程中不可忽視的阻礙。因此，Notch靶向療法的安全性和有效性仍需要進(jìn)一步的研究。

Notch療法與其他療法的聯(lián)合應(yīng)用會是一條癌癥防治的新思路。聯(lián)合療法的優(yōu)點在于每種藥物的應(yīng)用劑量都較低，毒性減少，產(chǎn)生耐藥性的風(fēng)險也較小。關(guān)于聯(lián)合療法的開發(fā)和試驗雖有理論數(shù)據(jù)的支持，實際技術(shù)尚未成熟。2021年3月，Denny等[30]指出生物醫(yī)學(xué)方法、計算算法和高分辨率數(shù)據(jù)的可用性將在未來十年內(nèi)急劇增加。這是一條新的思路，通過人工智能和基于自然語言處理和文本挖掘的認(rèn)知計算構(gòu)建Notch相關(guān)知識的數(shù)據(jù)庫，將優(yōu)化在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時代的Notch靶向治療方法，為癌癥的預(yù)防和治療提供了新的策略。