Notch信號通路在肝癌相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展

嚴(yán) 璐, 朱 琳, 史天威,2

(1.河南中醫(yī)藥大學(xué)第五臨床醫(yī)學(xué)院/鄭州市人民醫(yī)院, 河南 鄭州 450000 2.河南省人民醫(yī)院/鄭州大學(xué)人民醫(yī)院, 河南 鄭州 450000)

Notch信號通路是細(xì)胞間一條進(jìn)化保守的通路,由notch受體(notch1-4)、配體(Jag1、Jag2、Deltalike 1(Dll1)、Deltalike 3 ( Dll3)和 Deltalike 4(Dll4))、細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)分子、DNA結(jié)合蛋白及notch的調(diào)節(jié)分子等成分組成,決定細(xì)胞命運、參與胚胎和組織發(fā)育、組織功能及修復(fù)等生物學(xué)過程[1]。Notch信號通路的激活是一個級聯(lián)反應(yīng),notch蛋白首先在S1位點被furin-like樣蛋白切割,以異源二聚體的形式在細(xì)胞表面表達(dá),與配體結(jié)合后在近細(xì)胞膜處S2位點被TACE或ADAM蛋白酶切割,然后在跨膜區(qū)的S3位點被γ分泌酶切割,此時產(chǎn)生活化分子NICD進(jìn)入細(xì)胞膜內(nèi),繼而入核與MAML、CSL形成復(fù)合物以調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。Notch信號通路在腫瘤中的作用已被發(fā)現(xiàn),研究顯示,其失調(diào)與白血病、乳腺癌、腦腫瘤、胰腺癌、前列腺癌及肝細(xì)胞癌等多種腫瘤性疾病的發(fā)病相關(guān),在肝細(xì)胞癌發(fā)病中,notch信號通路可通過其他肝癌相關(guān)信號通路對肝細(xì)胞癌起致病作用,即notch信號可通過上調(diào)Wnt信號通路促進(jìn)肝細(xì)胞癌的進(jìn)展[2],STAT3可通過激活notch信號通路促進(jìn)HCC細(xì)胞的干細(xì)胞樣特性,抑制Hippo可激活STAT3、Wnt/β-catenin和 notch信號通路加速肝細(xì)胞癌的形成,這也證明了notch信號通路在肝細(xì)胞癌中的重要致病作用,故通過深入研究notch信號通路在肝細(xì)胞癌中的具體發(fā)病機(jī)制有助于發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞癌新的防治靶點。

肝癌包括肝細(xì)胞癌和肝內(nèi)膽管癌,其中肝細(xì)胞癌占75%以上。主要由病毒性肝炎,酒精性肝病,非酒精性肝病以及各種代謝綜合征促發(fā),其占比如下,乙型肝炎病毒(HBV)(33%)、酒精性肝病(30%)、丙型肝炎病毒(HCV)(21%)、其他類型肝病(16%)。現(xiàn)階段因病毒性肝炎引起的肝細(xì)胞癌仍居首位,且具有地域差異性,預(yù)計未來二十年內(nèi)肝細(xì)胞癌患者數(shù)量可增加2200多萬例。隨著生活方式的改變及疫苗的應(yīng)用,非酒精性脂肪性肝病將可能成為未來肝細(xì)胞癌的主要負(fù)擔(dān)[3]。肝細(xì)胞癌起病隱匿,早期診斷困難,晚期難以治愈,其發(fā)病率和死亡率仍然居高不下,尋找防治肝細(xì)胞癌的發(fā)病機(jī)制迫在眉睫。Notch信號通路中,notch受體(notch1-4)及配體(Jag1/Dll3/Dll4)均參與肝細(xì)胞癌的發(fā)病,且notch信號通路在引起肝癌的各種促發(fā)疾病中都參與其中,接下來我們將對目前notch信號通路在肝癌相關(guān)性疾病中的作用做一總結(jié),以期研究者更好的探索肝細(xì)胞癌相關(guān)的新的發(fā)病機(jī)制。

1 病毒性肝炎與Notch信號通路

病毒性肝炎引起肝細(xì)胞癌的占比目前在全球范圍內(nèi)居首位,乙型肝炎是引起肝細(xì)胞癌最常見類型,由于缺乏丙型肝炎疫苗的應(yīng)用,其對肝細(xì)胞癌的發(fā)病率貢獻(xiàn)也不少,研究數(shù)據(jù)表明,丙型肝炎病毒所致的肝硬化可能成為肝細(xì)胞癌的首位潛在病因,占比達(dá)60%[3],丁型肝炎常伴隨乙型肝炎,增加了治療的難度及肝細(xì)胞癌的發(fā)病率。

Notch信號通路不但參與乙型肝炎的發(fā)病過程,還參與調(diào)控乙型肝炎相關(guān)性肝細(xì)胞癌的發(fā)病過程。Zhou等[4]的研究發(fā)現(xiàn)乙型肝炎病毒X蛋白可激活肝細(xì)胞癌中的notch信號通路,而通過上調(diào)ZHX2抑制notch信號通路可抑制肝癌細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移;另有研究者發(fā)現(xiàn),乙型肝炎病毒X蛋白可通過作用于人肝細(xì)胞癌中的notch1和notch4來激活notch信號通路,抑制notch信號通路可阻礙肝癌細(xì)胞的生長、阻滯細(xì)胞周期的進(jìn)程以及誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的凋亡,在肝細(xì)胞癌患者中,notch1和notch3的表達(dá)與患者生存時間成反比;notch通路還參與成人肝組織的修復(fù)和再生,Elenae Vazquez-Ulloa等[5]的研究顯示,乙型肝炎病毒X蛋白促進(jìn)乙肝病毒相關(guān)肝細(xì)胞癌的侵襲和轉(zhuǎn)移,在乙型肝炎病毒X蛋白穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞中notch1蛋白、配體JAG1及靶基因hes1的表達(dá)是增多的;Zijing Wang等[6]的研究證明了notch信號可影響乙型肝炎病毒感染和病毒持久性的維持,還可影響核苷酸類似物對乙型肝炎治療的效果。

Notch信號通路與丙型肝炎相關(guān)性肝細(xì)胞癌之間的相關(guān)性不強(qiáng),但在感染慢性丙型肝炎后可通過抑制CD8+T淋巴細(xì)胞功能發(fā)揮誘導(dǎo)免疫耐受的作用[7],另外慢性丙型肝炎患者體內(nèi)notch受體(notch1/2)的表達(dá)比健康人高,且與轉(zhuǎn)氨酶的量成正比,而轉(zhuǎn)氨酶的比值是肝癌術(shù)后預(yù)后的獨立因素。研究還發(fā)現(xiàn)在肝細(xì)胞癌中notch信號通路下游分子hes1和hes2低表達(dá)時預(yù)后更差,由此我們可以發(fā)現(xiàn)notch信號通路在病毒性肝炎與肝細(xì)胞癌發(fā)病過程中及治療后都發(fā)揮作用,而且作用復(fù)雜,究其對于肝細(xì)胞癌及其相關(guān)性疾病是利是弊有待進(jìn)一步研究。

現(xiàn)階段,notch信號通路在甲型肝炎、丁型肝炎及戊型肝炎中的研究缺乏,基于乙型肝炎的高發(fā)病率及對肝細(xì)胞癌的貢獻(xiàn),我們應(yīng)聚焦于notch信號通路在此類病毒性肝炎中的作用,為研究肝細(xì)胞癌的發(fā)病機(jī)制尋找新的致病靶點。

2 酒精性肝病與Notch信號通路

酒精性肝病是引起世界上慢性肝臟疾病的類型之一,酒精是引起肝臟疾病的主要驅(qū)動因素,是其他類型肝病的輔助因素,也是引起肝細(xì)胞癌獨立危險因素之一,每年可造成全世界約4%的死亡和5%的殘疾,酒精消耗是疾病致病因素中位居第三的可預(yù)防因素,酒精性肝病患者中肝硬化的發(fā)病率約10%～20%,是引起肝臟相關(guān)死亡的主要原因[8],據(jù)估計,在2015年全球新增原發(fā)性肝細(xì)胞癌病例中,約30%可歸因于酒精[9]。酒精性肝病治療方法主要從戒酒、營養(yǎng)支持療法、糖皮質(zhì)激素治療、中西醫(yī)治療、肝移植手術(shù)治療等方面進(jìn)行,肝移植依然是晚期酒精性肝病或藥物治療有嚴(yán)重并發(fā)癥的主要治療手段[8]。

研究發(fā)現(xiàn),酒精性肝病的特征是巨噬細(xì)胞向炎性M1型巨噬細(xì)胞極化的結(jié)果,后又有研究顯示,在酒精戒斷的酒精性肝病的患者中,皮下脂肪中的巨噬細(xì)胞減少,M2型巨噬細(xì)胞極化增多。而notch信號通路可調(diào)控巨噬細(xì)胞不同類型的極化,其接受不同分子(黃芪多糖/辣椒素/Linc00514/miR-125a/miR-99b/miR-148a-3p)的調(diào)控或被調(diào)控可產(chǎn)生不同的(M1/M2型)巨噬細(xì)胞極化,巨噬細(xì)胞極化還參與肝細(xì)胞癌的發(fā)病,故在酒精性肝病中研究notch信號通路對于降低肝細(xì)胞癌的發(fā)生是有積極意義的。

3 非酒精性脂肪性肝病與Notch信號通路

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是指除外酒精和其他明確的損肝因素所致的肝細(xì)胞內(nèi)脂肪過度沉積為主要特征的臨床病理綜合征。目前,NAFLD已成為全球肝細(xì)胞癌最重要負(fù)擔(dān)之一,NAFLD引起的肝細(xì)胞癌具有地域差異性,在西方發(fā)達(dá)國家發(fā)病率較高,可能與東西方生活飲食差異有關(guān)。據(jù)研究,NAFLD引起的肝細(xì)胞癌患者其生存及預(yù)后低于HCV引起的肝細(xì)胞癌,且肝移植和治療性切除不適于這類肝細(xì)胞癌的治療,目前還沒有批準(zhǔn)治療NAFLD的藥物,更是加大了NAFLD引起的肝細(xì)胞癌的治療難度,此時從信號通路的角度出發(fā),尋找治療靶點不失為一種有效的治療方法[10]。

NAFLD患者發(fā)生肝纖維化后更易發(fā)展成肝細(xì)胞癌,與病毒性肝炎引起肝纖維化不同的是NAFLD引起的嚴(yán)重肝纖維化可以逆轉(zhuǎn),這就要求我們尋找一條預(yù)防肝臟纖維化形成的靶點。Zhu[11]的研究發(fā)現(xiàn),notch信號通路通過穩(wěn)定mTorc1上調(diào)Srebp1c引起肝臟甘油三酯合成增加,參與NAFLD向肝纖維化轉(zhuǎn)變的進(jìn)程;研究發(fā)現(xiàn)下調(diào)notch信號通路對肝纖維化有利,減少骨調(diào)蛋白可以減弱NAFLD引起的肝纖維化的發(fā)生,而肝細(xì)胞notch信號通路可以誘導(dǎo)骨調(diào)蛋白的激活,增加肝纖維化的發(fā)生[12]。Notch信號可以促進(jìn)FoxO1激活,增加了糖耐受,可能是2型糖尿病聯(lián)合NAFLD更易發(fā)生肝臟病變的原因。研究顯示,5-HT可影響肝癌細(xì)胞中的notch信號通路,介導(dǎo)肝臟組織的脂肪病變,抑制notch信號通路可減少5-HT誘導(dǎo)的肝細(xì)胞脂肪變性。綜上,notch信號通路在NAFLD所引起的肝臟病變中發(fā)揮積極的致病作用[13]。

4 代謝綜合征與Notch信號通路

從當(dāng)前疾病的發(fā)展趨勢出發(fā),研究者發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞癌發(fā)病原因已經(jīng)開始從病毒性肝炎向NAFLD/NASH和代謝綜合征方向轉(zhuǎn)變,即肝細(xì)胞癌的代謝危險因素,包括代謝綜合征、肥胖、2型糖尿病等的流行正在增加,未來可能與非酒精性肝病一起成為全球肝細(xì)胞癌的主要原因[14]。

Notch信號通路對于調(diào)節(jié)肝臟的代謝作用至關(guān)重要,在肝臟中,notch信號異常激活可通過促進(jìn)糖異生和脂肪生成,從而導(dǎo)致高血糖和脂肪肝。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn),患有糖尿病相比未患病的其肝癌的發(fā)病率和死亡率增高,2型糖尿病與胰島素抵抗可增加罹患肝細(xì)胞癌的風(fēng)險。研究表明,在體內(nèi)notch信號通過調(diào)節(jié)白色脂肪細(xì)胞與米色脂肪細(xì)胞的轉(zhuǎn)化進(jìn)而影響機(jī)體的能量代謝,激活notch信號通路可抑制白色脂肪細(xì)胞的褐色變,促進(jìn)米色脂肪細(xì)胞的白色變。Notch信號通路在肝臟中正常情況下是沉默的,當(dāng)其過度激活時有利于肝細(xì)胞癌病變的形成。阻斷γ-分泌酶切割形成的NICD可抑制notch信號通路繼而改善了小鼠肥胖及胰島素抵抗的研究顯示notch信號是肝臟胰島素抵抗的關(guān)鍵驅(qū)動因素。

5 Notch信號通路在肝細(xì)胞癌中的研究

Notch信號通路在肝細(xì)胞癌中作用復(fù)雜。早期研究發(fā)現(xiàn),notch1信號通路可通過誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞周期和凋亡抑制肝癌細(xì)胞的生長,另有研究發(fā)現(xiàn)notch通路的分子notch1、notch3、notch4常在肝癌組織中高表達(dá),notch信號通路的激活在肝臟中發(fā)揮絕對的致癌作用,notch2在HCC中相比癌旁組織表達(dá)更高,notch2蛋白還在復(fù)發(fā)、肝外轉(zhuǎn)移及B-D期的HCC患者中高表達(dá),notch通路配體之一Jagged1在肝癌組織中表達(dá)增多,可能在肝細(xì)胞癌中發(fā)揮促進(jìn)作用,而另一配體Dll1則被證明下調(diào)后可促進(jìn)肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲,另Dll4分子高表達(dá)的肝癌術(shù)后患者相對于低表達(dá)患者預(yù)后更差,術(shù)后生存時間更短[15]。

不僅notch信號通路自身與肝細(xì)胞癌的發(fā)病密切相關(guān),體內(nèi)其他信號通路也可通過調(diào)節(jié)notch信號分子對肝細(xì)胞癌發(fā)揮致病作用。研究發(fā)現(xiàn),notch與Wnt信號通路聯(lián)合維持肝臟的正常生理功能,抑制notch信號通路下游分子RBPj 可通過激活Wnt/β-catenin通路促進(jìn)KC-like樣TAMs的增殖進(jìn)而促進(jìn)肝細(xì)胞癌的生長[2],notch信號通路的激活可以抑制因RB信號通路失活導(dǎo)致的肝細(xì)胞癌的生長,磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(GPC3)與notch1可相互調(diào)節(jié),共同影響肝細(xì)胞癌的生長,在Hippo基因缺陷的肝臟中,notch信號通路可與YAP/TAZ 形成正反饋循環(huán)加速腫瘤的促發(fā),MCUR1介導(dǎo)的線粒體Ca2+信號可激活ROS/Nrf2/notch1通路加速肝癌細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換促進(jìn)肝細(xì)胞癌的進(jìn)程,SMAD7激活YAP/notch信號級聯(lián)可促進(jìn)肝細(xì)胞癌的發(fā)生,抑制肝細(xì)胞癌中的Notch/Akt信號通路對逆轉(zhuǎn)索拉菲尼耐藥性有利,越來越多的研究發(fā)現(xiàn)notch信號通路在肝細(xì)胞癌中的重要作用,基于notch信號分子作為肝細(xì)胞癌的治療靶點變得有意義[16]。

6 γ分泌酶復(fù)合物及其基因NCSTN在Notch信號通路中的研究

γ分泌酶復(fù)合物是notch受體釋放活化分子NICD進(jìn)而調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄的必備復(fù)合物[1],已有研究發(fā)現(xiàn)γ分泌酶復(fù)合物與notch信號通路參與多種腫瘤疾病的發(fā)病及進(jìn)展,γ分泌酶抑制劑可通過阻斷notch信號通路促進(jìn)肺腺癌細(xì)胞的增殖,抑制卵巢癌細(xì)胞的增殖和促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡,γ分泌酶抑制劑可降低肝癌細(xì)胞的hes1的表達(dá)促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖。研究發(fā)現(xiàn),γ分泌酶抑制劑與索拉菲尼聯(lián)合可提高后者對肝細(xì)胞癌的敏感性,顯著抑制肝細(xì)胞癌的生長,notch信號通路與索拉菲尼的耐藥相關(guān),索拉菲尼仍然是已批準(zhǔn)應(yīng)用臨床晚期肝細(xì)胞癌的一線藥物,γ分泌酶參與notch信號通路的激活,減弱兩者的表達(dá)均有益于晚期肝細(xì)胞癌的治療,目前,γ分泌酶復(fù)合物中僅發(fā)現(xiàn)PS1和Nicastrin與肝細(xì)胞癌相關(guān),PS1在肝細(xì)胞癌中研究缺乏,只是發(fā)現(xiàn)其在肝癌組織和細(xì)胞中上調(diào),Nicastrin已證明促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖和抑制凋亡[17]。

NCSTN是γ分泌酶復(fù)合物最大的亞基nicastrin的編碼基因,在γ分泌酶復(fù)合體中發(fā)揮分子守門人、識別底物和穩(wěn)定組裝的功能,可切割notch受體的跨膜結(jié)構(gòu)域,NCSTN基因在notch信號通路中的作用已被證實,在化膿性汗腺炎中阻斷NCSTN可引起notch信號通路缺陷繼而發(fā)揮致病作用[18],Nicastrin缺失可能會單獨或通過與早老素聯(lián)合破壞notch信號的傳導(dǎo),notch抑制劑cowanin發(fā)揮作用的機(jī)制是通過加速γ分泌酶亞基Nicastrin的降解以降低活化分子NICD的含量發(fā)揮作用[19],在Ncstn缺陷小鼠肝臟中,可通過減少γ分泌酶介導(dǎo)的低密度脂蛋白受體的切割和降解增加極低密度脂蛋白和低密度脂蛋白的顆粒攝取,此結(jié)果證明了NCSTN基因可能發(fā)揮調(diào)節(jié)肝臟的代謝重要作用[20],近兩年有研究發(fā)現(xiàn),NCSTN基因可通過依賴notch1/AKT的方式激活β-catenin或通過PI3K/AKT通路促進(jìn)肝癌細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移,基于NCSTN、γ分泌酶復(fù)合物與notch信號通路都在肝臟及肝細(xì)胞癌中發(fā)揮作用,研究notch信號通路的上游調(diào)控基因NCSTN可能為研究肝細(xì)胞癌的發(fā)病機(jī)制提供了一個新的方向[21]。遺憾的是目前研究缺乏,有待進(jìn)一步加深對NCSTN基因在肝臟中的研究。

7 小結(jié)與展望

隨著醫(yī)學(xué)診療技術(shù)的發(fā)展,治愈肝細(xì)胞癌仍然很困難,因此對于肝細(xì)胞癌的防治依然是重中之重,從常見的引起肝細(xì)胞癌的幾大病因出發(fā),我們發(fā)現(xiàn)notch信號通路貫穿其中,故聚焦于notch信號通路相關(guān)分子可能是肝癌防治的一個靶點。新的研究還發(fā)現(xiàn)notch信號通路上游分子NCSTN基因在肝細(xì)胞癌中發(fā)揮致癌作用,γ分泌酶復(fù)合物抑制劑還與索拉菲尼的耐藥性有關(guān),這給我們提供了一個新的研究方向,即notch信號通路上游分子NCSTN基因與γ分泌酶復(fù)合物可能會對調(diào)節(jié)及防治肝癌相關(guān)性疾病有益。