Notch信号通路调控肿瘤细胞凋亡机制研究进展

尹琦 胡彦建 崔普泽 综述 胡彦华 审校

凋亡细胞的机制失调是癌症的重要标志之一[1]。凋亡是细胞程序性死亡的一种形式，机体通过凋亡进行有序、有效的去除受损细胞。当前临床肿瘤治疗中，大多数抗癌药物都利用完整的凋亡信号通路来触发癌细胞死亡[2]。相关研究表明，Notch信号通路与肿瘤细胞的凋亡之间存在密切的关系[3]。依赖和非依赖的Notch信号通路，通过含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)途径介导肿瘤细胞凋亡；Notch信号通路亦通过与其他细胞信号通路的“串扰”，调控肿瘤细胞凋亡。本文就Notch信号通路诱导或抑制肿瘤细胞凋亡的信号途径和作用机制做一综述。

1 Notch信号通路和细胞凋亡机制简述

Notch信号通路是进化上保守的信号传导途径之一，可调节胚胎发育，影响细胞增殖、分化和凋亡等。Notch受体及其配体均是跨膜蛋白，人类有4个Notch受体和5个Notch配体。研究发现T细胞急性淋巴细胞白血病(T-ALL)、乳腺癌等多种肿瘤的发生发展与Notch信号通路在肿瘤微环境中的异常活化有关[4]。通过直接细胞接触，Notch受体和相关的Notch配体相互作用，启动信号级联，受体的胞外域被金属蛋白酶肿瘤坏死因子-α转化酶(TACE)切割，产生Notch胞内域(Notch intracellular domain，NICD)。随后，NICD易位至细胞核，与细胞核内CSL(CBF1/RBP-Jκ/Suppressor of Hairless/LAG-1，CSL)结合，人类的NICD与转录调控因子CBF1(RBP-Jκ)和MAML(Mastermind-like)相互作用，激活转录靶基因，继而影响相关蛋白表达，如PTEN等，对肿瘤的增殖、凋亡产生影响[5-6]。

细胞凋亡机制复杂，凋亡细胞表达出多种生化修饰，研究表明主要包括两种凋亡途径：外源(死亡受体)途径和内源(线粒体)途径。外源性途径引发凋亡通过配体与死亡受体相结合，将死亡信号从细胞表面传递至细胞内；内源途径凋亡的信号是产生于细胞内的各种非受体介导的刺激，直接作用细胞内靶标，引起线粒体内膜改变，启动凋亡[7]。与细胞凋亡相关的关键蛋白Caspase家族，一旦被激活，可以激活其他蛋白酶，从而启动蛋白酶级联反应，放大细胞凋亡的信号传导途径，导致细胞快速死亡[8]。研究表明[9]，Notch信号通路与乳腺癌发展密切相关，干扰Notch信号通路，通过外源途径介导Caspase蛋白活化，与受体结合后，催化Caspase-8，启动凋亡信号，经过一系列的级联反应，激活Caspase-3，促进肿瘤细胞凋亡；在内源性途径中不依赖Caspase的方式诱导凋亡作用，通过外源途径中活化的Caspase-8将促凋亡蛋白Bid切割成tBid作用于促凋亡蛋白Bax，通过Bcl-2家族蛋白与内源性凋亡途径相“串扰”[10-11]。细胞凋亡机制复杂，凋亡途径的阐明对探究肿瘤的发生 及治疗具有重要意义。

2 Notch信号通路调控肿瘤细胞凋亡机制

2.1 Notch信号通路通过与其它信号通路“串扰”调控肿瘤细胞凋亡

2.1.1 Notch信号通路与PI3K/Akt信号通路 肿瘤细胞表现为细胞的无限增殖特性，维持这一特性的关键细胞信号之一是磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB，又称Akt)细胞信号，其促进细胞增殖及抗凋亡。抑癌蛋白PTEN作为PI3K/Akt信号的负调控因子，可以去磷脂酰肌醇3磷酸(PIP3)磷酸化为磷脂酰肌醇2磷酸(PIP2)，从而逆转PI3K/Akt的增殖和抗凋亡作用[12]。许多肿瘤的抗药性均表现为PTEN表达的下调或PTEN基因的突变，药物无法通过PTEN发挥阻断PI3K/Akt的作用，致肿瘤细胞产生耐药性[13]。

研究表明[14]，Notch信号通路对PI3K/Akt存在依赖性调节，提示PI3K/Akt可能是Notch信号的下游效应子。Notch信号通过依赖和非依赖CSL途径调节Akt的活化，从而影响肿瘤细胞的凋亡。Lewis等[15]发现T-ALL中激活的Notch信号，促进靶基因HES表达，HES抑制PTEN的表达，PTEN的表达下调，促进PI3K/Akt的活化，从而抑制肿瘤细胞凋亡，当应用Notch信号抑制剂后，促进PTEN表达，逆转PI3K/Akt的抗凋亡作用，诱导细胞凋亡。然而，O′Neil等[16]却发现部分T-ALL患者应用Notch信号抑制剂出现耐药性，进一步的研究发现，耐药原因是部分T-ALL肿瘤细胞中PTEN基因突变或缺失。研究证实，PTEN为Notch信号的下游基因，HES正向调控PTEN表达，当PTEN基因缺失时，HES表达无法调控PTEN的表达，PI3K/Akt在无PTEN的调控下，表现抗凋亡作用。因此，在PTEN基因突变和缺失的肿瘤细胞，调控Notch信号无法干扰肿瘤细胞的凋亡。最近的研究发现[17]，神经胶质瘤细胞中，Notch信号通路不经过HES介导，仍然可以通过与Akt信号“串扰”调控肿瘤细胞凋亡。Notch信号激活后，NICD不进入细胞核激活下游HES，而是在胞质内与mTOR复合物2(mTORC2)共同作用Akt活化，从而诱导细胞凋亡。由此可见，Notch信号与PI3K/Akt信号的“串扰”影响肿瘤细胞的凋亡是复杂的，或需要HES的参与，或需要PTEN基因的表达，两者的组合表现出多种抗肿瘤凋亡机制。同时，Notch信号与PI3K/Akt信号之间是否还在共同的途径调控凋亡尚需要进一步研究。

2.1.2 Notch信号通路与核因子-κB(Nuclear Factor，NF-κB)信号通路 NF-κB信号通路参与多种肿瘤细胞的增殖及凋亡的生物学调控。人类NF-κB家族由5种蛋白质组成，NF-κB1(p50)、NF-κB2(p52)、RelA(p65)、RelB和c-Rel，它们形成同型或异二聚体，通过与NF-κB抑制蛋白(Inhibitor of NF-κB，IκB)结合，保持无活性状态。NF-κB通路的激活，可引起抗凋亡蛋白Bcl-2、cFLIP及IAPs的上调，抑制细胞凋亡，下调NF-κB通路可以诱导肿瘤细胞凋亡[18]。

研究表明，Notch信号通路主要从三个方面影响NF-κB信号，调控肿瘤细胞凋亡。首先，活化的NICD可以解除RBP-Jκ对NF-κB基因p50、RelA、RelB和c-Rel的抑制作用，激活NF-κB途径或者NICD上调p50、p65，从而上调NF-κB的活性[19-20]。Wang等[21]报道NICD-1的N端与细胞核内p50的亚基相互作用，从而抑制人胚胎癌细胞系中NF-κB的活性。其次，NICD通过影响IκBα完成Notch信号“串扰”NF-κB信号。在T-ALL中，NICD-1与IκBα竞争p50/c-Rel异二聚体中p50亚基的结合，由于p50/c-Rel失去IκBα的抑制，从而增加其转录活性，激活NF-κB途径[22]。在MDA-MB-231乳腺癌的研究中，Notch1信号的激活引起p65核移位，以及促进NF-κB的DNA结合活性的增加，上调NF-κB靶基因Bcl-XL表达，抑制凋亡[23]。Wu等[24]亦报道了这一机制，研究中通过γ-分泌酶抑制剂(Gamma-secretase inhibitors，GSI)处理T-ALL细胞，下调Notch信号表达，结果显示Notch信号下调，抑制细胞因子信号抑制物2(Suppressor of cytokine signaling box 2，Asb2)基因的转录，通过Asb2α的介导，抑制NF-κB的活化，从而诱导T-ALL细胞凋亡。此外，Notch信号亦可以通过与IκB激酶(IκB kinase，IKK)复合物结合，增强IKK的活化作用，从而活化NF-κB信号，调控细胞凋亡。Song等[25]对宫颈癌CaSki细胞研究中发现，Notch信号影响IKK的表达，从而“串扰”NF-κB途径调控肿瘤细胞凋亡。抑制Notch信号表达，可以下调IKK表达，诱导宫颈癌CaSki细胞凋亡，Notch信号通过IKK介导，“串扰”NF-κB信号诱导肿瘤细胞凋亡。

2.1.3 Notch信号通路与p53信号通路 人类p53信号通路以p53基因为核心，通过调控其相关靶基因表达，阻滞细胞周期，促进肿瘤细胞凋亡。p53基因的激活表现抑癌作用，如野生型p53蛋白诱导细胞凋亡，而p53基因的突变或缺失却促进细胞癌变。研究表明[26]，超过50%肿瘤细胞中p53基因均发生突变。MDM2是p53基因的主要调节者，其机制是p53和MDM2的负反馈调节，MDM2可以直接抑制p53表达或在胞浆中捕获降解p53。研究表明[27]，Notch信号通路激活可以抑制INK4a/ARF(Inhibitor of CDK4/alternative reading frame)基因的表达，促进MDM2对p53的降解作用，下调p53抑癌作用，抑制肿瘤细胞凋亡。在结肠癌细胞中，Notch信号通过抑制p53磷酸化，灭活p53[28]。另有研究表明[29]，激活Notch信号，RBP-Jκ结合p53转录启动子，抑制p53的转录。由于Notch信号通路的高表达相关性，除Notch信号激活抑制p53抑癌作用外，Notch1信号在人肝癌细胞[30-31]和人宫颈癌细胞[32]中表现出Notch信号活化，上调p53表达，增加p53的核内水平和其目标基因转录，诱导细胞凋亡。

2.2 Notch信号通路通过内、外源途径调控肿瘤细胞的凋亡

内源途径又称线粒体途径，主要是通过Bcl-2和核蛋白改变线粒体膜结构，使其通透性转换孔开放，释放促凋亡物质如：细胞色素C(Cytochrome C，CytC)、凋亡诱导因子(Apoptosis inducing factor，AIF)及核酸内切酶G(Endonuclease G，Endo G)[33]，促进肿瘤细胞凋亡。Bcl-2家族蛋白是内源性细胞凋亡途径的关键因子，Khan等[34]报道下调Notch信号促进促凋亡蛋白Bax表达，降低抗凋亡蛋白Bcl-2表达，诱导前列腺癌细胞凋亡。持续抑制Notch1活性，乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231细胞Bcl-2、Bcl-XL和Caspase-3激活减少，促进肿瘤细胞凋亡[35]。目前的研究未见Notch信号直接干扰Bcl-2家族蛋白表达机制研究。然而，如前所述，许多研究报道Notch信号通过其他细胞信号途径的介导，影响Bcl-2家族蛋白的表达，如PI3K/AK、NF-κB和p53途径等。研究发现抑制Notch信号，促进促凋亡蛋白Smac从线粒体释放到细胞质中，Smac下调凋亡抑制蛋白XIAP的表达，导致Caspasse-3、-6、-7活化，诱导肿瘤细胞凋亡；除Smac外，抑制肿瘤细胞Notch信号表达，亦促进AIF和Endo G从线粒体中释放至细胞质，两者移位至细胞核，促使DNA片段化，诱导凋亡而不通过Caspase途径[36]。

外源性途径又称死亡受体途径，主要由膜上死亡受体介导。经典的死亡配体与受体结合方式有FasL/FasR和TNF-α/TNFR，受体与配体结合衔接Fas相关死亡域蛋白FADD，随后FADD与Procaspase-8结合，形成死亡诱导信号复合物(DISC)，导致Procaspase-8的自催化活化，启动凋亡程序。恶性胶质瘤的研究中发现[37]，抑制Notch信号下调Fas的激活，抑制肿瘤细胞凋亡。Shi等[38]报道，应用Jagged1处理基质细胞癌，上调Notch信号表达后增加Fas胞体表达和下游Caspase-8激活，诱导细胞凋亡。TRAIL配体与FasL、TNF-α不同，对正常细胞无作用而特异性杀死肿瘤细胞，为肿瘤的治疗提供靶向。通过GSI抑制乳腺癌细胞Notch信号表达，结果上调TRAIL配体、死亡受体4(DR4)和DR5的蛋白表达，促进肿瘤细胞凋亡[39]。因此，Notch信号主要通过影响外源性凋亡途径配体或受体的蛋白表达，通过死亡受体途径的介导，干扰肿瘤细胞凋亡。

3 小结与展望

Notch信号通路本身的简单性与其功能的复杂性不相匹配，这一简单的信号通路影响着众多不同的生理信号，包括细胞增殖、分化、生存及凋亡等。肿瘤细胞的凋亡受到多重信号的调控，如p53、NF-κB、PI3K/AKT信号等。当抗凋亡蛋白与促凋亡蛋白平衡失调时，出现细胞凋亡或增殖。Notch信号通过与其它信号途径的“串扰”调控肿瘤细胞凋亡，如一张“大网”，各种信号通路相互交通，融合和干扰，共同调节肿瘤细胞凋亡。全面打开“网络”的交通点，了解彼此之间的相互作用，尚需进一步的研究，特别是Notch信号通路对肿瘤细胞凋亡直接调控机制的深入研究，这将为Notch信号抗肿瘤应用提供坚实的基础。