Notch 信号通路与多发性骨髓瘤关系的研究进展

郭贺贺综述，郑 方，孙志强审校

（1.贵州医科大学研究生院，贵州贵阳550004；2.贵州医科大学附属白云医院血液科，贵州贵阳550014；3.贵州医科大学附属医院血液科，贵州贵阳550004）

Notch 信号通路与多发性骨髓瘤关系的研究进展

郭贺贺1综述，郑 方2，3，孙志强2，3审校

（1.贵州医科大学研究生院，贵州贵阳550004；2.贵州医科大学附属白云医院血液科，贵州贵阳550014；3.贵州医科大学附属医院血液科，贵州贵阳550004）

多发性骨髓瘤； 血液肿瘤； 信号传导； Notch信号通路； 综述

Notch信号通路广泛存在于各种脊椎动物和无脊椎动物的器官组织和细胞中，进化高度保守，在包括干细胞在内的各种细胞分化、增殖和凋亡活动中起着调节作用。Notch受体高表达于造血干细胞中，同时在造血微环境的骨髓基质中含有大量Notch配体，二者的正常表达和相互作用维持人体正常的造血功能。有研究发现，当Notch信号异常活化时可引起多种恶性血液增殖性疾病，如白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤（multiple myeloma，MM）等[1]。MM是由浆细胞衍生的造血系统恶性肿瘤，其发病机制目前尚不清楚，多数患者临床症状主要有骨病变、肾功能不全、贫血、免疫缺陷、高钙血症等。目前，MM的发生发展、耐药、预后与多个信号传导系统有关，其中包括Notch信号通路。本文从Notch信号通路的组成，Notch信号激活，Notch配体、受体和靶基因在MM发病、耐药、预后等方面的作用和Notch抑制剂在MM中的应用前景作一综述。

1 Notch信号通路组成

1917年，Notch信号通路在果蝇基因中被发现，因其相关基因缺失导致果蝇翅膀出现缺口（notches）而得名。人类的Notch基因最早在T淋巴细胞性白血病中被发现[2]。目前研究发现，果蝇表达1种Notch基因，哺乳动物表达4种Notch基因。Notch信号传导通路由Notch受体、配体和CSL（CBF1-suppressorofhairless-lag-1）蛋白、靶基因等组成。目前已经发现了人的4个Notch受体（Notch 1～4）和5个Notch配体：DLL1、DLL3、DLL4及 Jagged1、Jagged2。Notch受体是一个单链跨膜蛋白，胞内区包括1个RAM（RBP-J Kappa associat molecular）区、1个转录激活区（translational active domain，TAD）、2个核定位信号结构域（nuclear localization signal，NLS）、6个锚蛋白重复序列（ankyrin repeats，ANK）和PEST（prolineglutamate-serine-threonine-rich domain）系列，其与PEST和Notch受体的稳定性相关；胞外区含有3个半胱氨酸的Lin/Notch重复序列（Lin/Notch repeats，LNR）和29～36表皮因子样重复序列（epidermal growth factor-like repeats，EGF-R），其中Notch配体集合位点位于第11、12个EGF-R结构域中。Notch的5个配体都是胞外域含有EGF样重复序列（EGF like repeats），胞内域很短，且有1个含有半胱氨酸的DSL基序的跨膜蛋白。CSL蛋白是一种与DNA结合的蛋白，Notch未激活时，CSL蛋白通常作为转录抑制因子；当Notch途径活化后，CSL变为转录活化因子，结合下游靶基因的特定DNA序列而调控基因转录。

2 Notch信号的激活

目前研究认为，Notch信号的激活过程如下：相邻细胞表面的Notch配体和受体结合后，经肿瘤坏死因子-α转换酶（tumor necrosis factor-α-converting enzyme，TACE）和γ-分泌酶剪切，导致细胞内结构域NICD释放，然后转移到细胞核绑定CSL转录因子，进而激活下游靶基因。其过程为：Delta-Notch-酶切-NICD-转移到细胞核-CLS-NICD复合体-基因转录。Notch的信号活化过程不同于其他信号通路需要第二信使和蛋白激酶的参与，其信号通路的激活依赖于Notch配体和其受体的结合和随后可溶性蛋白的裂解反应。Notch通过CSL蛋白发挥作用，为经典的CSL依赖途径。此外，还存在CSL非依赖途径，Ma等[3]研究发现，膜型基质金属蛋白酶-1 （membrane type 1 matix metalloproteinase，MT1-MMP）可通过非CSL依赖途径来调节黑色素瘤细胞的增殖。此外，还可通过信号交叉途径激活，如WNT信号通路等。

3 Notch与MM的关系

3.1 MM细胞Notch分子的表达水平 多种自身免疫性疾病、遗传性疾病及各种肿瘤性疾病的发病和Notch信号通路密切相关，Notch1是其中最常检测到的Notch家族成员。Notch1基因首先在急性T淋巴细胞白血病（T-ALL）中广泛被发现，随后发现造血系统的其他多种恶性疾病如淋巴瘤和MM中均有Notch基因的异常表达。Ramakrishnan等[4]研究发现，MM中存在大量高表达的Notch信号，包括Notch受体和其配体Jagged1和Jagged2。Skrtie等[5]在MM临床标本试验中发现，92.31%的患者高表达Notch1，同时92.21%的患者高表达Jagged1，因此，可把Notch信号作为临床上MM的诊断标准之一。

3.2 Notch受体和配体在MM中的作用 Notch信号通路和骨髓瘤细胞的生长、肿瘤血管生成、骨病变、疾病预后和耐药机制有着重要关系。Xu等[6]研究发现，Deltal1/ Notch相互作用可以增加MM细胞生长和加速疾病在体内的进展，主要通过提高MM细胞增殖，抑制Notch通路延缓MM发病。Chiron等[7]发现，Jagged2可以通过促进MM癌症干细胞自我更新来促进MM细胞增长和加快疾病进展。Kuhnert等[8]发现，Notch信号配体Dll4和肿瘤血管新生过程密切相关，阻断Dll4信号可导致肿瘤血管密度增加，组织供血不足，进而抑制肿瘤生长。在MM溶骨性病变方面，Colombo等[9]研究表明，Notch信号通路Jagged配体的异常表达，可以诱导MM骨病的发生。赵怡然等[10]采用流式细胞术检测 MM患者骨髓CD38+、CD138+浆细胞并与健康者比较发现，Notch1在骨髓CD38+、CD138+细胞中高表达，Notchl与MM的预后相关，Notch1表达率越高，细胞对早期治疗越敏感。近年来研究发现，Notch信号传导途径还与MM耐药机制有关系。Xu等[11]研究发现，人类和小鼠的骨髓基质中存在DLL1配体，可与MM细胞中的Notch2受体结合激活Notch信号通路，DLL1和Notch2相互作用可导致MM细胞对硼替佐米耐药性增加。卢燕燕等[12]建立骨髓瘤RPMI8266细胞化疗耐药模型，发现Notch2、Jagged1和Jagged2随着MM细胞耐药程度的增高而表达升高，验证了Notch信号的异常激活与MM耐药机制有联系。

3.3 Notch信号靶基因在多发性骨髓瘤中的作用

Notch的下游靶基因大多是碱性-螺旋-环-螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH）结构的蛋白家族转录因子，研究较多的有核因子-кB（NF-кB）、发状分裂相关增强子1（Hes1）、细胞周期蛋白D1（CyclinD1）和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子P21（P21WAF/Cip）等。

已经证实NF-кB2是Notch信号通路的一个靶基因，Notch1可通过重组信号结合蛋白（recombinationsignal binding protein JK，RBP-JK）在蛋白表达水平及转录水平调节NF-кB表达[13]。此外，Notch可通过NF-кB来影响肿瘤细胞的生存[14]；并且可以通过Notch抑制剂作用于NF-кB基因使肿瘤细胞凋亡[15]。刘庭波等[16]通过建立RPMI8226 MM细胞模型给予南瓜蛋白（cucurmosin，CUS）（一种可抑制肿瘤增生的蛋白）作用于MM细胞后，发现抗凋亡蛋白BCL-2明显减少，并且Notch信号Notch1、Jagged2和其下游NF-кB的表达水平显著降低，从而抑制细胞增殖，引起凋亡。

有研究发现，Notch信号通路被激活后，可引起下游Hes1基因的激活，后者通过具有负性调控抑制肿瘤功能的磷酸酶和张力蛋白（phosphatase and tensin homolog，PTEN）基因，来激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K/Akt）信号途径以促进肿瘤细胞增殖和浸润侵袭[17-18]；下调Notch1-Hes1信号通路能抑制肿瘤细胞增殖[19]。此外，Hes1基因与 γ-分泌酶抑制剂对 MM细胞的毒性作用相关。Schwarzer等[20]通过RT-PCR检测，发现γ-分泌酶抑制剂作用于MOPC315.BM MM细胞后，Notch靶基因Hes1的RNA表达水平下降。

Notch可以通过调节CyclinD1的表达来影响肿瘤细胞的增殖和分化[21-22]。此外，活化的Notch1可诱导细胞周期S期激酶相关蛋白2（SKP2）的表达，SKP2的高表达可促进细胞周期快速运转，同时SKP2可以引起P21WAF/Cip基因下调，进一步提高Notch信号通路对细胞周期进程的促进作用[23-24]。相关研究说明P21WAF/Cip和Notch信号通路抗凋亡过程有关，上调P21WAF/Ci能使MM细胞周期停留在G0/G1期，从而阻止细胞凋亡[25]。Cialfi等[26]研究发现，Notch1抑制P21WAF/Cip表达介导的结果在于抑制细胞死亡，并且Notch1的激活可能与P21WAF/Cip蛋白表达降低有关。

4 Notch抑制剂的应用前景

Notch信号传导途径的研究为治疗MM提供了新的方法和目标。刘庭波等[16]研究发现，南瓜蛋白可以抑制MM细胞中Notch1受体和Jagged2配体的表达，进而导致细胞凋亡，提示通过作用于Notch信号通路来治疗MM可能是一种新的治疗方法。Mirandola等[27]的实验表明，通过减少CXC趋化因子受体4（CXCchemokine receptor4，CXCR4）及其配体基质细胞衍生因子-1（stromal cell-derived factor-1，SDF-1）水平的Notch靶向方法有效地防止了MM细胞的迁移、增殖、溶骨性疾病和耐药性的发生，其中CXCR4表达与预后较差相关，而血清SDF-1水平升高与溶骨有关。该实验给临床提供了一个关于Notch的量身定制的治疗，可能和CXCR4靶向药物相关。

有研究发现，γ-分泌酶抑制剂（gamma-secretase inhibitors，GSI）能特异性抑制γ-分泌酶的活性，MM细胞中细胞内结构域NICD的释放减少，从而导致Notch通路活化被抑制，同时Notch信号通路的很多靶基因，如cyclin D1、p21、hes1等也受到影响[4]；并能下调MM细胞Notch1、Jagged2、Jagged1的表达[28]。通过GSI来阻断Notch的表达是目前研究的通过Notch抑制剂来治疗MM的一个热点。Xu等[11]研究发现，GSI和硼替佐米连用能增加药物对MM细胞的敏感性，延长患者生存期。其提供了一个有前途的治疗：Notch信号通路抑制剂与传统化疗相结合，不仅有利于克服耐药性，还在防止或延缓复发方面有着重要作用。此外，Schwarzer等[20]通过建立MOPC315.BM模型实验也证明，通过GSI的Notch抑制是一种有前途的治疗MM的选择，尤其是在治疗骨髓瘤引起的骨病方面。虽然单独使用GSI不能根治肿瘤，但是GSI可以增加药物敏感性，如硼替佐米，结果与上述研究一致。

综上所述，Notch信号通路与MM之间有着密切关系，其相关配体、受体和下游靶基因都有可能是治疗MM的新靶点。Notch信号通路的研究为治疗MM提供了多种药物靶点，从而为MM的治疗提供了新的途径和方法。

[1]Aster JC，Blacklow SC，Pear WS.Notch signalling in T-cell lymphoblastic leukaemia/lymphoma and other haematological malignancies[J].J Pathol，2011，223（2）：262-273.

[2]Ellisen LW，Bird J，West DC，et al.TAN-1，the human homolog of the Drosophila notch gene，is broken by chromosomal translocations in T lymphoblastic neoplasms[J].Cell，1991，66（4）：649-661.

[3]Ma J，Tang X，Wong P，et al.Noncanonical activation of Notch1 protein by membrane type 1 matrix metalloproteinase（MT1-MMP）controls melanoma cell proliferation[J].J Biol Chem，2014，289（12）：8442-8449.

[4]Ramakrishnan V，Ansell S，Haug J，et al.MRK003，a Gamma Secretase Inhibitor exhibits promising in vitro pre-clinical activity in Multiple Myeloma and Non Hodgkin′s Lymphoma[J].Leukemia，2012，26（2）：340-348.

[5]Skrtic A，Korac P，Kristo DR，et al.Immunohistochemical analysis of NOTCH1 and JAGGED1 expression in multiple myeloma and monoclonal gammopathy of undetermined significance[J].Hum Pathol，2010，41（12）：1702-1710.

[6]Xu D，Hu J，Xu S，et al.Dll1/Notch activation accelerates multiple myeloma disease development by promoting CD138t MM-cell proliferation[J]. LeuKemia，2012，26（6）：1402-1405.

[7]Chiron D，Maïga S，Descamps G，et al.Critical role of the NOTCH ligand JAG2 in self-renewal of myeloma cells[J].Blood Cells Mol Dis，2012，48（4）：247-253.

[8]Kuhnert F，Kirshner JR，Thurston G.Dl14-Notch signalingas a therapeutic target in tumor angiogenesis[J].Vasc Cell，2011，3（1）：20.

[9]Colombo M，Thümmler K，Mirandola L，et al.Notch signaling drives multiple myeloma induced osteoclastogenesis[J].Oncotarget，2014，5（21）：10393-10406.

[10]赵怡然，付蓉，关晶，等.多发性骨髓瘤患者骨髓CD38+CDl38+浆细胞Notchl表达水平及其临床意义研究[J].中华血液学杂志，2012，33（4）：274-277.

[11]Xu D，Hu J，De Bruyne E，et al.Dll1/Notch activation contributes to bortezomib resistance by upregulating CYP1A1 in multiple myeloma[J].Biochemical Biophys Res Commun，2012，428（4）：518-524.

[12]卢燕燕，肖翠容，陈华英，等.阿霉素诱导的骨髓瘤细胞化疗耐药的分子机制分析[J].中国实验血液学杂志，2014，22（5）：1336-1340.

[13]Oswald F，Liptay S，Adler G，et al.NF-kappaB2 is a putative target gene of activated Notch-l via RBP-Jkappa[J].Mol Cell Bio1，1998，18（4）：2077-2088.

[14]Schwarzer R，Dörken B，Jundt F.Notch is an essential upstream regulator of NF-kB and is relevant for survival of Hodgkin and Reed-Sternberg cells[J]. Leukemia，2012，26（4）：806-813.

[15]Kuramoto T，Goto H，Mitsuhashi A，et al.Dll4-Fc，an inhibitor of Dll4-notch Signaling，suppresses liver metastasis of small cell lung cancer cells through the downregulation of the NF-kB Activity[J].Mol Cancer Ther，2012，11（12）：2578-2587.

[16]刘庭波，杨沛，谢捷明，等.南瓜蛋白抑制骨髓瘤细胞系RPMI8226 Notch信号表达[J].中国实验血液学杂志，2014，22（4）：1012-1015.

[17]Palomero T，Dominguez M，Ferrando AA.The role of the PTEN/AKT pathway in NOTCH1-induced leukemia[J].Cell Cycle，2008，7（8）：965-970.

[18]Hu J，Huang X，Hong X，et al.Arsenic trioxide inhibits the proliferation of myeloma cell line through notch signaling pathway[J].Cancer Cell Int，2013，13（1）：25.

[19]Yao J，Zheng K，Li C，et al.Interference of Notch1 inhibits the growth of glioma cancer cells by inducing cell autophagy and down-regulation of Notch1-Hes-1 signaling pathway[J].Med Oncol，2015，32（6）：610.

[20]Schwarzer R，Nicke N，Godau J，et al.Notch pathway inhibition controls myeloma bone disease in the murine MOPC315.BM model[J].Blood Cancer J，2014，4：e217.

[21]Zhang W，Nie Y，Chong L，et al.PI3K and Notch signal pathways coordinately regulate the activation and proliferation of T lymphocytes in asthma[J]. Life Sci，2013，92（17/19）：890-895.

[22]Gopalakrishnan N，Saravanakumar M，Madankumar P，et al.Colocalization of β-catenin with Notch intracellular domain in colon cancer：a possible role of Notch1 signaling in activation of CyclinD1-mediated cell proliferation[J].Mol Cell Biochem，2014，396（1/2）：281-293.

[23]Dohda T，Maljukova A，Liu L，et al.Notch signaling induces SKP2 expression and promotes reduction of p27kipl in T-cell acute lymphoblastic leukemia cell lines[J].Exp Cell Res，2007，313（14）：3141-3152.

[24]Chen L，Wu T，Wei TQ，et al.Skp2-mediated degradation of p27 regulates cell cycle progression in compressed human bladder smooth muscle cells[J]. Kaohsiung J Med Sci，2014，30（4）：181-186.

[25]Nefedova Y，Cheng P，Alsina M，et al.Involvement of Notch-1 signaling in bone marrow stroma-mediated de novo drug resistance of myeloma and other malignant lymphoid cell lines[J].Blood，2004，103（9）：3503-3510.

[26]Cialfi S，Palermo R，Manca S，et al.Loss of Notch1-dependent p21（Waf1/ Cip1）expression influences the Notch1 outcome in tumorigenesis[J].Cell Cycle，2014，13（13）：2046-2055.

[27]Mirandola L，Apicella L，Colombo M，et al.Anti-Notch treatment prevents multiple myeloma cells localization to the bone marrow via the chemokine system CXCR4/SDF-1[J].Leukemia，2013，27（7）：1558-1566.

[28]Hu J，Zhu X，Lu Q.Antiproliferative effects of γ-secretase inhibitor，a Notch signalling inhibitor，in multiple myeloma cells and its molecular mechanism of action[J].J Int Med Res，2013，41（4）：1017-1026.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.21.015

A

1009-5519（2015）21-3248-03

2015-06-09）

贵州省科技基金资助项目（TJ2014-4）；贵州省贵阳市白云区科技基金资助项目（白科合同2014年度6号）。

郭贺贺（1991-），女，河南平舆人，在读硕士研究生，主要从事血液病学方向的研究；E-mail：1097538991@qq.com。

孙志强（E-mail：zhqsun69@163.com）。