Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞中的作用

趙小芳 王 紅

遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，貴州遵義563000

Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞中的作用

趙小芳 王 紅▲

遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，貴州遵義563000

結(jié)直腸癌是消化系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤之一，有研究報(bào)道Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞形成結(jié)直腸癌中起關(guān)鍵作用，然而其對(duì)結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞的作用機(jī)制尚不清楚。如能清楚地了解Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞中的作用，可為以后研發(fā)以Notch信號(hào)通路聯(lián)合腫瘤干細(xì)胞為治療靶點(diǎn)的新途徑提供參考。本研究就Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞中作用的相關(guān)文獻(xiàn)加以綜述。

Notch信號(hào)通路；結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞；結(jié)直腸癌；作用

結(jié)直腸癌是消化系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤之一，居全球腫瘤發(fā)病率的第3位［1］。近幾年來，結(jié)直腸癌在我國(guó)的發(fā)病率、死亡率呈逐年上升的趨勢(shì)，并且年輕化趨勢(shì)更加明顯，嚴(yán)重威脅著人們的健康，研究新的診斷方法和治療手段已經(jīng)刻不容緩?；谀[瘤干細(xì)胞學(xué)說，有學(xué)者在結(jié)直腸癌干細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)Notch有異常的表達(dá)和擴(kuò)增，其自我更新也需要Notch信號(hào)的調(diào)節(jié)［2］，這表明Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞中發(fā)揮重要的作用，深入研究Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞中的作用，以期為進(jìn)一步使用腫瘤干細(xì)胞的特異性表面標(biāo)志物的靶向制劑和Notch信號(hào)途徑為靶點(diǎn)的分子靶向治療及新藥開發(fā)預(yù)防和治療結(jié)直腸癌提供更可靠的理論依據(jù)。

1 正常干細(xì)胞與結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞

正常干細(xì)胞具有再生各種組織和器官的潛在功能，腫瘤干細(xì)胞是干細(xì)胞中一個(gè)亞群［3］。腫瘤干細(xì)胞除了具有一般干細(xì)胞的自我更新和多向分化潛能外，還有高致瘤性的特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，正常干細(xì)胞和腫瘤干細(xì)胞的生物學(xué)特性十分相似，對(duì)腫瘤干細(xì)胞有治療作用的手段也可能會(huì)對(duì)正常的干細(xì)胞有殺傷作用，這可能會(huì)引起一些嚴(yán)重的副作用。Francipane等［4］試驗(yàn)證明哺乳動(dòng)物類雷帕霉素靶蛋白（mTOR）抑制劑Torin-1可影響轉(zhuǎn)移的人結(jié)直腸癌干細(xì)胞樣細(xì)胞的增殖，抑制腫瘤生長(zhǎng)、入侵，并且Torin-1不影響正常的結(jié)直腸干細(xì)胞生存，表明其對(duì)癌細(xì)胞具有選擇性。但隨著對(duì)腫瘤干細(xì)胞研究的深入，發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌干細(xì)胞（CCSCs）形成結(jié)直腸癌可能起源于正常結(jié)直腸干細(xì)胞，或者至少認(rèn)為其有共同屬性［5-6］。目前正常干細(xì)胞與結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞的鑒定和分離主要借助于細(xì)胞的表面標(biāo)志物來進(jìn)行，已經(jīng)被提議的結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物有CD133、CD44、Bmi-1、ALDH1A1、EpCAM、Lgr5及MSI-1［7］。

2 結(jié)直腸癌與結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞

在結(jié)直腸癌的發(fā)病機(jī)制中，大腸癌的發(fā)生是涉及多基因、多步驟的癌變過程，以往對(duì)大腸癌發(fā)生發(fā)展機(jī)制的研究多集中在分子水平，自Reya等［8］提出“腫瘤干細(xì)胞學(xué)說”以來，腫瘤干細(xì)胞則從細(xì)胞水平上研究結(jié)直腸癌形成機(jī)制與生物學(xué)特性，成為研究的新熱點(diǎn)。越來越多的證據(jù)表明大多數(shù)腫瘤（包括結(jié)直腸腫瘤）起源于腫瘤干細(xì)胞，腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移是改善癌癥總體生存的主要障礙，這可能也是由于有少部分的腫瘤干細(xì)胞的存在，其自我更新能力和形成差異化的后代，可對(duì)抗腫瘤治療產(chǎn)生耐藥性［9-10］。也有研究發(fā)現(xiàn)［11］，正常結(jié)直腸隱窩細(xì)胞數(shù)是2×103，癌變后數(shù)目增到1× 108～1×1013，而此變化是由其中約1％的腫瘤干細(xì)胞引起，其自身數(shù)量增加很大。

3 Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞中的作用

3.1 Notch信號(hào)通路

Notch基因由1916年Morgan等在突變的果蠅中發(fā)現(xiàn)，Notch是一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量（Mr）約300 000的單次跨膜受體蛋白家族，由2條鏈通過二硫鍵連接，果蠅Notch只有一個(gè)Notch基因，而哺乳動(dòng)物Notch信號(hào)有4個(gè)同源Notch基因受體，且約有60％與果蠅Notch基因同源。在哺乳動(dòng)物中Notch信號(hào)途徑主要由Notch受體、Notch配體及轉(zhuǎn)錄因子CSL組成，4個(gè)Notch基因受體分別為Notch1、Notch2、Notch3及Notch4，其結(jié)構(gòu)包含胞外域（NEC）、膜域（NTM）和胞內(nèi)域（NIC），NIC受到多種轉(zhuǎn)錄后修飾調(diào)節(jié)Notch活性，這些修飾有糖基化、泛素化、磷酸化、乙?；土u基化，Notch受體廣泛表達(dá)于組織中。Notch配體又稱為DSL蛋白，有5個(gè)同源配體，即Serrate樣配體Jagged 1～2和Delta樣配體DLL1、DLL3及DLL4，這些配體是一種含保守分子結(jié)構(gòu)的Ⅰ型單次跨膜蛋白，包含Notch受體結(jié)合部位、富含半胱氨酸的DSL及EGF結(jié)構(gòu)域；轉(zhuǎn)錄因子CSL是一種DNA結(jié)合蛋白，能識(shí)別并結(jié)合Notch信號(hào)通路啟動(dòng)子上特定的DNA序列，是信號(hào)通路中關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子［12-13］。

3.2 Notch信號(hào)通路的調(diào)節(jié)

Notch信號(hào)通路活化有兩條途徑，經(jīng)典的Notch信號(hào)通路又稱CBF-1/RBP-jk依賴途徑，Notch信號(hào)傳導(dǎo)在活化過程中經(jīng)3次裂解，分別被稱為S1、S2和S3裂解，釋放Notch蛋白的活化形式NICD（NIC），NICD進(jìn)入細(xì)胞核與CSI蛋白、MAML結(jié)合，形成三元絡(luò)合轉(zhuǎn)錄激活物（NICD-CSI-MAML）后，Notch靶基因轉(zhuǎn)錄編碼HES和HEY等在內(nèi)的堿性螺旋-環(huán)螺旋（bHLH）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)胞增殖和抑制細(xì)胞分化［14］。

Notch信號(hào)是細(xì)胞與細(xì)胞之間直接作用的主要信號(hào)通路之一，它在遺傳進(jìn)化過程中有高度保守和一致性［15］，其在胚胎發(fā)育、器官形成、組織平衡及正常及腫瘤干細(xì)胞的發(fā)育、分化、增殖及凋亡過程中發(fā)揮十分重要的作用［16-17］，但信號(hào)通路一旦失調(diào)會(huì)產(chǎn)生一些病理?xiàng)l件，如腫瘤［18］。大腸癌是已知的含有大量遺傳和生理改變的癌癥，這種改變影響細(xì)胞的生存與增殖，其中最常見的改變就是Notch信號(hào)通路［19］。

3.3 Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞中的作用

大量研究證據(jù)顯示Notch信號(hào)通路參與多種實(shí)體瘤的發(fā)生發(fā)展，對(duì)結(jié)直腸癌而言，Notch信號(hào)通路可驅(qū)動(dòng)結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞向結(jié)直腸癌發(fā)展，并且在促進(jìn)結(jié)直腸癌干細(xì)胞自我更新、指定選擇性吸收和分泌分化中也發(fā)揮重要作用［20］。正如相關(guān)研究證明Notch信號(hào)通路有此作用，如Grudzien等［21］認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞可能有啟動(dòng)癌癥和癌癥復(fù)發(fā)的能力，針對(duì)腫瘤干細(xì)胞治療的一種方法可能針對(duì)信號(hào)通路，如Notch信號(hào)通路，其參與維護(hù)干細(xì)胞的自我更新和生存，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)γ分泌酶抑制劑可誘導(dǎo)干細(xì)胞凋亡，建議抑制Notch信號(hào)通路可能對(duì)腫瘤干細(xì)胞的治療有臨床意義。van Es等［22］也發(fā)現(xiàn)腸道中腫瘤干細(xì)胞活性增加并發(fā)展為腸道腫瘤，是在Notch信號(hào)通路被激活的前提下。最近研究還發(fā)現(xiàn)［23］，活躍的Notch信號(hào)通路被確認(rèn)為是細(xì)胞具有干細(xì)胞特性的一個(gè)標(biāo)志。

研究Notch信號(hào)通路在結(jié)直腸癌干細(xì)胞中的作用時(shí)，Apostolou等［24］檢測(cè)到Notch受體在結(jié)腸癌干細(xì)胞中呈高表達(dá)狀態(tài)，Notch2表達(dá)最高，其次是Notch1和Notch3，最后為Notch4；用siRNA干擾Notch通路后，Notch受體的RNA表達(dá)都有減少，Notch1～4減少依次為70％、85％、85％及89％，且4個(gè)不同Notch受體還存在相互作用，Notch2受體在腫瘤干細(xì)胞中發(fā)揮的作用最大；另外還發(fā)現(xiàn)敲除不同Notch受體對(duì)結(jié)腸癌干細(xì)胞中的干性轉(zhuǎn)錄因子（Oct4、Sox2、Nanog）、CD44抗原和Met原癌基因等影響不同。MUSASHI-1（MSI-1）在正常和惡性結(jié)直腸細(xì)胞中是一個(gè)已經(jīng)得到確認(rèn)的結(jié)直腸干細(xì)胞標(biāo)志物，它由一個(gè)Notch信號(hào)抑制因子NUMB積極調(diào)節(jié)，增加MSI-1 mRAN和蛋白水平可激活DLL4和Notch3的表達(dá)，用Notch2/3抗體中和使MSI-1 mRNA和蛋白水平減少而阻止DLL4的激活，而不是Notch1抗體，而用短發(fā)卡RNA也可讓MSI-1水平降低致Notch3沉默［25］。

Notch信號(hào)通路已經(jīng)超出了自己正常的扮演角色，它不僅扮演致癌的作用［26］，而且還扮演抑癌的作用［9］。如Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與結(jié)直腸癌干細(xì)胞的發(fā)育和成熟有關(guān)，在結(jié)直腸腫瘤干細(xì)胞形成結(jié)直腸癌的過程中，Notch細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑被激活，其相關(guān)基因在結(jié)直腸癌中的表達(dá)增加，提示在結(jié)直腸癌的發(fā)生過程中，Notch信號(hào)途徑作為抑癌基因來發(fā)揮作用［27］。

4 小結(jié)

根據(jù)腫瘤干細(xì)胞學(xué)說，當(dāng)前對(duì)抗腫瘤的各種聯(lián)合治療及新靶向療法的出現(xiàn)，都不能全部殺死腫瘤干細(xì)胞，腫瘤仍有復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的可能，故近年來集中在腫瘤干細(xì)胞上的腫瘤治療越來越受到重視，可以在不傷害正常干細(xì)胞前提下，有效徹底殺傷腫瘤干細(xì)胞。而Notch通路在腫瘤干細(xì)胞中起關(guān)鍵作用，如能清楚地了解Notch信號(hào)通路在各種腫瘤干細(xì)胞中的作用，那么以Notch信號(hào)通路聯(lián)合腫瘤干細(xì)胞為治療靶點(diǎn)可最終治愈腫瘤，這對(duì)于研發(fā)治療腫瘤藥物開辟了新的途徑。

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The role of Notch signaling pathway in colorectal stem cells

ZHAO Xiao-fangHONG Wang▲
Department of Gastroenterology，Affiliated Hospital of Zunyi Medical College，Guizhou Province，Zunyi563000，China

Colorectal cancer is one of the most common tumors in the digestive system.The research has reported:colorectal cancer stem cells have formed colorectal cancer because Notch signaling pathway has played a key effect on it. but it is not clear of the mechanism of colorectal cancer stem cells.If we can clearly understand what exactly the role Notch signal pathway plays，the effect can help us to open new ways for the future research and development through Notch signaling pathway joint methods of using cancer stem cells as therapeutic targets.In this paper，the literature related to the role of Notch signaling pathway in colorectal cancer stem cells is to be reviewed.

Notch signaling pathway；Colorectal cancer stem cells；Colorectal cancer；Role

R979.1

A

1674-4721（2015）05（b）-0018-03

2015-02-05本文編輯：衛(wèi)軻）

貴州省科技計(jì)劃課題（編號(hào)：黔科合SY字［2013］3006號(hào)）；貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目（編號(hào)：黔科合J字［2010］2172號(hào)）

趙小芳（1986-），女，2012級(jí)在讀碩士研究生，主要從事Notch信號(hào)通路與大腸癌的研究工作

▲通訊作者：王紅，教授，遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院主任醫(yī)師