Notch信號(hào)通路在乳腺癌干細(xì)胞中的研究進(jìn)展*

郭 瑢 綜述 張 瑾 審校

·綜 述·

Notch信號(hào)通路在乳腺癌干細(xì)胞中的研究進(jìn)展*

郭 瑢 綜述 張 瑾 審校

乳腺癌干細(xì)胞是一群具有自我更新及多向分化潛能的細(xì)胞，在乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展以及轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)中起著極其重要的作用。正常情況下，乳腺干細(xì)胞的分化、更新能力受相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的嚴(yán)格調(diào)控，當(dāng)這些信號(hào)通路發(fā)生異常干細(xì)胞將會(huì)異常分化，形成乳腺癌干細(xì)胞，并無限增殖形成腫瘤。隨著人們對乳腺癌干細(xì)胞的深入研究，Notch信號(hào)通路與其他信號(hào)通路的相互作用對乳腺癌干細(xì)胞的調(diào)控逐漸被人們所重視。本文為進(jìn)一步了解Notch信號(hào)通路在乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展以及靶向治療中的重要意義，結(jié)合乳腺癌干細(xì)胞信號(hào)通路的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

Notch 信號(hào)通路 乳腺癌 乳腺癌干細(xì)胞 靶向治療

Notch基因最早于1917年由Tomas Hunt Morgan在果蠅中發(fā)現(xiàn)，因其功能部分缺失使果蠅翅膀的邊緣造成切跡而命名。Notch信號(hào)通路是一條影響細(xì)胞命運(yùn)的重要通路，Notch受體通過與鄰近細(xì)胞表達(dá)的配體直接接觸而被激活，調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化和凋亡［1］。Notch信號(hào)異常在乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展中起到了重要作用，對乳腺癌干細(xì)胞的調(diào)控受到廣泛的關(guān)注［2］。另外，Notch信號(hào)通路與其他信號(hào)通路間存在密切的相互作用，針對Notch信號(hào)通路的靶向藥物將給乳腺癌的治療帶來新的方向［3］。本文旨在回顧近年來Notch信號(hào)通路的相關(guān)研究，探索Notch信號(hào)通路以及其相關(guān)因子對乳腺癌干細(xì)胞的影響，揭示其與腫瘤形成的關(guān)系，為基于Notch信號(hào)通路治療乳腺癌提供理論依據(jù)。

1 Notch信號(hào)通路的組成及其活化

1.1 Notch信號(hào)通路的組成

Notch信號(hào)通路由Notch受體、Notch配體及細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)器分子CSL DNA結(jié)合蛋白3部分組成。Notch受體屬于單次跨膜蛋白家族，在哺乳動(dòng)物中共發(fā)現(xiàn)4類Notch基因，編碼4種Notch受體，分別為Notch 1～4。由Notch胞外區(qū)（Notch extracellular domain，NEC）、Notch跨膜區(qū)（Notch trans-membrane domain，NTM）和Notch胞內(nèi)區(qū)（Notch intracellular domain，NICD）3個(gè)部分組成。Notch配體，即Delta/Serrate/LAG2（DSL）家族，又被稱為DSL蛋白。至目前在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)5種配體：Delta-like1、3和4（DLL1、DLL3、DLL4）以及Jagged1、Jagged 2。細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)器分子，即CSL DNA結(jié)合蛋白，是CBF-1/Suppresor of Hairless/LAG1的合稱，在哺乳動(dòng)物中稱為RBP-Jκ（recombination signal binding protein-Jκ），為Notch信號(hào)通路中起關(guān)鍵作用的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子。

1.2 Notch信號(hào)通路的活化

CBF-1/RBP-Jκ依賴途徑是經(jīng)典的Notch信號(hào)通路。Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在活化過程中經(jīng)3次裂解：Notch受體在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成無活性的單肽，在高爾基體內(nèi)的furin樣轉(zhuǎn)化酶作用下，在裂解點(diǎn)S1發(fā)生第1次裂解，形成活化的異二聚體形式的Notch受體，包括胞外區(qū)和跨膜片段2個(gè)亞基。受體與配體結(jié)合后，在解聚素和金屬蛋白酶/腫瘤壞死因子-α轉(zhuǎn)換酶作用下發(fā)生第2次裂解（裂解點(diǎn)S2），N端裂解產(chǎn)物（胞外區(qū)）被配體表達(dá)細(xì)胞吞噬，而C端裂解產(chǎn)物進(jìn)一步在跨膜區(qū)的第3個(gè)裂解點(diǎn)S3，經(jīng)γ-分泌酶復(fù)合體裂解，釋放Notch受體的活化形式NICD［1-3］。NICD進(jìn)入細(xì)胞核，結(jié)合CSL蛋白并募集核轉(zhuǎn)錄激活蛋白家族MAML（mastermind-like family members），形成三元絡(luò)合轉(zhuǎn)錄激活物（NICD-CSL-MAML），從而激活靶基因的轉(zhuǎn)錄。Notch靶基因轉(zhuǎn)錄編碼包括Hes與Hey在內(nèi)的堿性螺旋-環(huán)-螺旋（basic-helix-loop-helix）家族轉(zhuǎn)錄因子，這些轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)下游基因的表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞分化［2］。

1.3 乳腺癌干細(xì)胞中Notch的活化

乳腺癌干細(xì)胞中Notch信號(hào)通路的活性成為乳腺癌干細(xì)胞最近的研究熱點(diǎn)。乳腺癌干細(xì)胞中Notch的表達(dá)可以啟動(dòng)具有CD44+/CD24-表面標(biāo)志的細(xì)胞群，這與腫瘤的發(fā)生以及高侵襲性密切相關(guān)，而Notch受體抑制劑可以降低乳腺癌干細(xì)胞微球體形成率。

Notch1與乳腺癌干細(xì)胞的自我更新有關(guān)。Notch1胞內(nèi)區(qū)的激活能夠促進(jìn)乳腺癌干細(xì)胞的自我更新，沉默Notch1相反將導(dǎo)致乳腺癌干細(xì)胞及乳腺癌細(xì)胞生長停滯并促進(jìn)其凋亡。最近的研究再次證實(shí)，沉默Notch1后乳腺癌干細(xì)胞微球體的形成減少，細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)侵襲能力下降，小鼠體內(nèi)腫瘤形成能力下降，表明Notch1與乳腺癌干細(xì)胞的惡性行為密切相關(guān)［4］。Notch1主要在正常乳腺表面導(dǎo)管上皮（Luminal）A細(xì)胞中表達(dá)，而Notch4主要存在于乳腺基底導(dǎo)管上皮（Basal-like）B細(xì)胞中以及乳腺癌干細(xì)胞（breast cancer stem cells，BCSC）富集的群體中，表明Notch1及Notch4通過影響B(tài)CSC中不同亞群的細(xì)胞產(chǎn)生不同作用，抑制Notch1活性，僅在一定程度上減少了乳腺微球體形成單位（mammosphere forming units，MFUs）并抑制腫瘤的形成，而Notch4基因的敲降引起MFUs的顯著抑制［5］。

Notch2與Notch3也與BCSC有關(guān)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，位于1p11.2區(qū)域的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）rs11249433為ER陽性乳腺癌新的危險(xiǎn)因子，而Notch2表達(dá)在攜帶有危險(xiǎn)基因型（AG/GG）的rs11249433中明顯增高，Notch2在ER陽性Luminal型乳腺癌干細(xì)胞的分化中起關(guān)鍵作用，攜帶rs11249433的腫瘤中Notch2表達(dá)的增加促進(jìn)ER陽性Luminal型腫瘤的形成［6］。在體外實(shí)驗(yàn)中，Notch3表達(dá)在人類祖細(xì)胞向Luminal細(xì)胞的分化過程中起到重要作用，并且Notch3受體表達(dá)的升高與具有高侵襲性的三陰性乳腺癌有關(guān)［7］。另有研究表明Notch3高表達(dá)的乳腺癌中含有較高比例的乳腺癌干細(xì)胞，其相關(guān)性依賴于細(xì)胞周期蛋白D1的正常表達(dá)［8］。

2 Notch信號(hào)通路與乳腺癌干細(xì)胞其他信號(hào)通路

Notch信號(hào)通路與其他信號(hào)通路、生長因子、細(xì)胞因子、致癌激酶以及轉(zhuǎn)錄因子間存在廣泛的聯(lián)系，包括Hedgehog、Wnt信號(hào)通路以及PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路等，共同調(diào)控乳腺癌干細(xì)胞的生物學(xué)行為［3］。

2.1 Hedgehog信號(hào)通路

Notch與Hedgehog信號(hào)通路均與乳腺癌細(xì)胞的自我更新及分化有關(guān)，Hedgehog信號(hào)通路已被證實(shí)能夠誘導(dǎo)Notch配體Jagged2表達(dá)；使用shRNA沉默Notch2及Gli1或Gli2，使Notch及Hedgehog信號(hào)通路同時(shí)抑制，能夠降低腫瘤細(xì)胞集落形成率，但單獨(dú)使用其中任意一種shRNA作用均無明顯效果［9］。另外，Hes1介導(dǎo)Notch導(dǎo)致的Gli1轉(zhuǎn)錄抑制，從而負(fù)性調(diào)節(jié)Hedgehog，抑制Notch信號(hào)通路將導(dǎo)致Hedgehog通路活性的上調(diào)，聯(lián)合多通路的靶向治療相對于單一治療更為有效［10］。

2.2 Wnt信號(hào)通路

研究發(fā)現(xiàn)，在人類乳腺上皮細(xì)胞中Wnt1表達(dá)的升高導(dǎo)致一系列Notch信號(hào)通路相關(guān)因子的激活，Wnt靶基因Lef1與Axin2表達(dá)的上調(diào)同時(shí)伴隨著Notch配體DLL3、DLL4表達(dá)增加；相反，阻抑Notch配體表達(dá)能夠消除Wnt1介導(dǎo)的乳腺上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化，這些結(jié)果均表明Notch與Wnt間的平衡對于乳腺癌的發(fā)生至關(guān)重要［11］。然而，Notch與Wnt在影響干細(xì)胞命運(yùn)的過程中具有相反的效應(yīng)，Notch促進(jìn)干細(xì)胞分化，而Wnt促進(jìn)其自我更新與增殖。最近的研究表明，在一些實(shí)體腫瘤中Notch也存在潛在的腫瘤抑制作用，這可能與Notch抑制Wnt信號(hào)通路的致癌性有關(guān)［12］。

2.3 PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路

在乳腺上皮細(xì)胞中，Notch已被證實(shí)能夠調(diào)節(jié)AKT通路，Notch1通過Hes1轉(zhuǎn)錄沉默PTEN，從而誘導(dǎo)PI3K/AKT通路的上調(diào)［13］。AKT的激活是Notch導(dǎo)致凋亡抑制的必要條件；相反，在乳腺癌細(xì)胞中抑制Notch通路將導(dǎo)致AKT活性，降低并促進(jìn)凋亡［13］。mTOR（molecular target of rapamycin）是一個(gè)關(guān)鍵的蛋白激酶，通常作為PI3K/AKT信號(hào)通路的下游因子。使用γ-分泌酶抑制劑抑制Notch信號(hào)通路，將導(dǎo)致Notch以及mTOR通路的同時(shí)抑制，降低細(xì)胞增殖能力，從而達(dá)到抗腫瘤活性［14］。最近的研究表明，在三陰性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）中Notch1、pAKT及NF-κB有顯著相關(guān)性，AKT能夠介導(dǎo)Notch1對NF-κB的激活作用，從而導(dǎo)致TNBC的增殖、侵襲與轉(zhuǎn)移，針對這3條通路的聯(lián)合治療為TNBC提供了新的治療途徑［15］。

3 Notch信號(hào)通路的臨床應(yīng)用

傳統(tǒng)的乳腺癌治療僅針對于殺傷癌細(xì)胞，而對于具有強(qiáng)大自我更新能力及腫瘤形成能力的乳腺癌干細(xì)胞無明顯作用。Notch信號(hào)通路影響乳腺癌干細(xì)胞的命運(yùn)，因此針對Notch的靶向藥物，包括γ-分泌酶抑制劑（γ-secretase inhibitors，GSIs）以及大分子單克隆抗體（mAbs），受到越來越多的關(guān)注，并向臨床應(yīng)用方向迅速發(fā)展。

3.1 γ-分泌酶抑制劑

如前所述，Notch受體激活過程中的第3次裂解需要γ-分泌酶的催化，從而釋放Notch受體的活化形式。GSIs通過競爭性結(jié)合γ-分泌酶裂解位點(diǎn)抑制Notch的活性，針對乳腺癌細(xì)胞的GSIs目前有3種。

3.1.1 PF-03084014 PF-03084014能夠顯著抑制γ-分泌酶的活性，從而下調(diào)Notch信號(hào)通路，而對γ-分泌酶及其配體的表達(dá)無影響［16］。體外實(shí)驗(yàn)中PF-03084014抑制癌細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、內(nèi)皮細(xì)胞形成以及微球體形成；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，PF-03084014導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、抑制乳腺移植瘤的增殖能力與自我更新能力、導(dǎo)致腫瘤血管損傷以及轉(zhuǎn)移活性的降低［16］。另外，乳腺癌動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)PF-03084014與多西他賽具有協(xié)同作用，其作用機(jī)制為逆轉(zhuǎn)多西他賽造成的NICD上調(diào)以及NUMB（NICD的負(fù)性調(diào)控因子）的表達(dá)抑制，從而抑制多西他賽造成的Notch信號(hào)通路的激活，同時(shí)，PF-03084014能夠逆轉(zhuǎn)多西他賽引起的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化從而減少CSCs［17］。

3.1.2 MK-0752 MK-0752（MERK）是一種強(qiáng)效非競爭性口服GSIs，Ⅰ期臨床試驗(yàn)證實(shí)MK-0752在實(shí)體腫瘤中能夠帶來臨床獲益，并且其毒性可以耐受［18］。最近的研究表明，MK-0752與多西他賽聯(lián)合用于局部進(jìn)展或轉(zhuǎn)移性乳腺癌，多周期治療后，組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)CD44+/CD24-、ALDH+乳腺癌干細(xì)胞以及微球體形成顯著減少［19］。該研究抑制乳腺癌干細(xì)胞自我更新與分化，治療乳腺癌有效，奠定了Notch靶向治療聯(lián)合化療的基礎(chǔ)。

3.1.3 RO-4929097 在三陰性乳腺癌中，BCSC被認(rèn)為與腫瘤耐藥及復(fù)發(fā)有關(guān)，而BCSC中存在Notch信號(hào)通路的異常激活，從而使三陰性乳腺癌高表達(dá)Notch［15，20］。因此，針對Notch信號(hào)通路的靶向治療成為三陰性乳腺癌新的治療方向［7］。但最近的研究發(fā)現(xiàn)，RO-4929097明顯抑制三陰性乳腺癌的BCSC中CD44+/CD24low亞群細(xì)胞的微球體形成及異種移植瘤的生長，而CD44+/CD24neg細(xì)胞群則對RO-4929097耐藥［21］。RO-4929097有望用于對抗BCSC，但干細(xì)胞的異質(zhì)性將限制其效能。

3.2 Notch信號(hào)通路單克隆抗體

另一類Notch信號(hào)通路的靶向抑制劑為Notch單克隆抗體，具有較強(qiáng)特異性，有望避免GSIs引起的非特異性Notch受體及其下游抑制導(dǎo)致的相關(guān)毒性。目前進(jìn)入臨床試驗(yàn)的Notch單克隆抗體為OMP-21M18、OMP-59R5及OMP52M51。OMP-21M18為DLL4抗體，阻止DLL4與Notch1、Notch4的結(jié)合。研究證實(shí)，抑制DLL4的單克隆抗體，單藥或聯(lián)合伊立替康均可減少乳腺癌干細(xì)胞比率，從而抑制腫瘤的形成［22］。OMP-59R5為選擇性的結(jié)合Notch2、Notch3受體，從而阻斷Notch信號(hào)通路。OMP52M51為選擇性抑制Notch1受體，可以抑制細(xì)胞生長及血管生成。

4 結(jié)語

綜上所述，Notch信號(hào)通路對乳腺癌干細(xì)胞的調(diào)控作用已受到廣泛關(guān)注，然而對其確切作用機(jī)制尚需展開更深入的研究。同時(shí)，Notch信號(hào)通路與其他乳腺癌干細(xì)胞調(diào)控因子間的相互作用仍需進(jìn)一步探索，以發(fā)揮其在乳腺癌治療方面廣闊的應(yīng)用前景。然而，GSIs以及單克隆抗體的安全性與有效性有待進(jìn)一步驗(yàn)證，減輕其毒性的策略亟需不斷完善。另外，特異性識(shí)別Notch受體的小干擾RNA也逐漸被證實(shí)能夠有效抑制乳腺癌干細(xì)胞，這也將成為研究Notch信號(hào)通路的又一熱點(diǎn)?？傊?，Notch通路抑制劑與其他治療手段，包括針對其他因子的靶向治療、細(xì)胞毒性藥物治療、放療、生物治療等抗腫瘤綜合治療，有望給Notch靶向治療乳腺癌患者帶來更加廣闊的前景。

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（2014-05-15收稿）

（2014-06-29修回）

Research progress in notch signaling pathway in breast cancer stem cells

Rong GUO,Jin ZHANG
Correspondence to:Jin ZHANG;E-mail:zhangjin@tjmuch.com

The Third Department of Breast Cancer,China Tianjin Breast Cancer Prevention,Treatment,and Research Center,Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital;National Clinical Research Center of Cancer,Key Laboratory of Breast Cancer Prevention and Therapy of Ministry of Education,Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy,Tianjin 300060, China

This work was supported by the Municipal Key Special Project of Tianjin(No.12ZCDZSY15700)

Breast cancer stem cells(BCSC)are group of cells exhibiting self-renewal and multi-directional differentiation potentials.These cells have an important role in the occurrence,development,metastasis,and recurrence of breast cancer.In normal circumstances,the ability of mammary stem cells to differentiate and undergo self-renewal is governed by related signaling pathways. After this mechanism is destroyed,breast stem cells undergo abnormal differentiation,forming breast cancer stem cells that unlimitedly proliferate to develop into breast cancer.As research on BCSC increasingly deepens,regulation of BCSC by notch signaling and its crosstalk with several signaling pathways have drawn a great deal of attention in this field.This paper reports the signaling pathways of breast cancer stem cells and latest studies on this field to better understand the essential role of notch signaling pathway in the occurrence and development of breast cancer and corresponding clinical targeted therapy.

Notch,signaling pathway,breast cancer,breast cancer stem cells,targeting therapy

10.3969/j.issn.1000-8179.20140812

郭瑢 在讀碩士研究生。研究方向?yàn)槿橄倌[瘤外科。

天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院乳腺腫瘤三科，國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，中國天津乳腺癌防治研究中心，天津市腫瘤防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，乳腺癌防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（天津市300060）

*本文課題受天津市科技項(xiàng)目（編號(hào)：12ZCDZSY15700）資助

張瑾 zhangjin@tjmuch.com

E-mail：ynkmgr@126.com