Notch信号通路与多发性骨髓瘤发病机制的关系

2013-01-08 08:42 来源:国际肿瘤学杂志 作者:刘 芹芹 等
字体大小
- | +

Notch信号通路广泛存在于多种组织细胞中,参与细胞的生长、增殖、凋亡等重要生理活动。新近研究发现Notch信号通路参与多发性骨髓瘤(multiple myelomaMM)的发生发展,且是影响肿瘤侵袭、耐药的关键因素。现就该通路在MM发病机制中的研究现状作一综述。

1 Notch信号通路的组成

Notch信号通路是一条进化保守的信号系统,其家族成员较多,其受体和配体均是膜结合蛋白,Notch信号通路由受体、配体、下游基因及其他效应物等构成。

1.1 Notch受体

Notch受体家族是一类结构高度保守的I型跨膜蛋白。哺乳动物Notch受体家族包括Notchl-4Notch受体包括胞外区、跨膜区和胞内区(Notch intracellulardomainNICD3部分。Notch基因编码的单链跨膜受体蛋白由2 753个氨基酸残基组成,相对分子质量为300 000,胞外亚基包含一组串联排列的表皮生长因子和3个家族特异性重复序列(Noteh/LIN12 repeatLNR)。表皮生长因子是与配体相互作用并激活Notch的序列。LNR位于表皮生长因子的下游,富含半胱氨酸,参与受体异二聚体化时的二硫键结合。γ-分泌酶水解跨膜区,Notch受体释放胞内区NICD。胞内区包括RAM序列(RBP-Jκ-associated molecule sequence)、锚蛋白重复序列(Ankyrin repeatANK)、多聚谷氨酰胺序列(ployglutamine stretch)、核定位序列以及PEST序列(proline-glutamate-serine-threonine-rich sequence)。RAM结构域参与结合下游转录因子CSL[脊椎动物中的CBF1、果蝇中SuH)及线虫中Lag-1等转录因子]ANK涉及对下游信号的调节,与DeltexMaster-rmnd等的结合部位,对Notch通路起修饰作用。PEST结构域与NICD泛素介导的蛋白酶解相关。

1.2 Notch配体

Notch配体亦为Ⅰ型跨膜蛋白,脊椎动物体内发现了多个Notch的配体。在哺乳动物中证实有两个Notch配体家族,分别为与Delta同源性高的Delta样分子,与Serate同源性高的Jagged。目前发现的人Notch配体包括Jaggedl-2Deltal34Notch配体胞外结构域在进化中高度保守,在配体与受体结合、激活Notch信号过程中必不可少。

1.3 Notch信号通路的激活及其他主要分子

Notch信号的激活过程包括邻近细胞受体与配体识别、受体胞内段的剪切、活化受体转入核内以及下游效应物的激活转录。当邻近细胞的Notch配体结合到Notch受体胞外区,Notch受体相继发生2次蛋白水解。首先,由去整合素金属蛋白酶(a disinte-grin and a metalloproteinaseADAM)家族的ADAMlO/KuzADAM 17/TACE切割S2位点,释放胞外区;接着,由早老素1/2Pen-2AphlNicastrin组成的γ-促分泌酶复合体在S3位点切割并释放NICDNICDNotch受体的活性形式,NICD进入细胞核,其RAM结构域及ANK重复序列与CSL结合使共抑制复合物解离,并募集骨骼肌肾富集肌醇磷酸酶(skeletal muscle and kidney enriched inositol phospha-taseSKIP)、智者基因样1Mastermind-Iike protein 1MAMLI)形成三元络合物的转录激活物,通过N端氨基酸残基与GTGGGAA序列结合激活下游基因的转录,从而调节与细胞增殖、分化、凋亡等密切相关的基因的表达。CSL蛋白是Notch信号通路中关键的转录调节因子,此为经典的Notch信号通路又称为CSL依赖途径。Notchl的靶基因包括Hesp21、细胞周期蛋白D、细胞周期蛋白依赖性激酶2cyclin-dependent kinase 2CDK2)、核因子κB结合蛋白2nuclear factor related to kappaB binding protein 2NF-κB2)等,且实验模型证实Notch激活型蛋白诱导细胞周期蛋白D1的直接表达,Notch通过基因转录水平和蛋白一蛋白之间作用调节靶基因NF-κB2的表达,对细胞的生长和分化进行调控。有研究表明Notch还可通过c-myc及白细胞介素-6IL-6)发挥作用。此外,Notch信号通路还存在一条不依赖CSL的途径。最近有研究报道,Notch结合蛋白Deltex是某些组织特异性非CSL依赖性信号所必需的。

总之,Notch信号通路的特点为不需要第二信使及蛋白激酶的参与,直接将相邻细胞接收的信号传递到细胞核,与转录的调节因子结合,进而激活靶基因。这种直接由细胞膜到细胞核的传递方式特异性强,对于精确调节细胞的分化过程有重要作用。Notch信号通路功能相当复杂,且可基本避免其他信号的干扰,这一看似简单的核心信号通路,在细胞内存在复杂的修饰调节机制。共同存在的多种配体,激活Notch可以引发多种信号,从而通过不同机制调节Notch信号,通路任何环节发生异常均可导致疾病的发生。

2 Notch信号通路在MM发病中的作用

MM的发生发展与骨髓瘤细胞的异常增殖和骨髓的微环境密切相关。新近研究发现Notch通路参与包括MM在内的多种肿瘤的发生发展,且是影响肿瘤侵袭、耐药的关键因素。肿瘤细胞高表达Notch分子,而微环境中的基质细胞表面大量表达Notch配体,其异常表达可造成造血系统恶性增殖性疾病。

2.1 Notch1MM发病中的作用

多种肿瘤与Notch1受体表达异常有关,检测MM细胞株及MM患者骨髓标本结果显示存在Notch1蛋白的过度表达,初步表明Notch信号与MM发病相关。Notch1的活化信号可抑制药物诱导的细胞凋亡,活化的Notchl可阻断骨髓瘤细胞的凋亡,而蛋白酶体抑制剂诱导MM细胞株凋亡的同时伴有Notch1表达的降低。Notch1通过磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide-3 kinasePI3K-蛋白激酶B-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammaliantargetofrapamycinmTOR-eIF4E途径抑制mTOR,进一步抑制p53,使细胞具有化疗抗性。Xu等研究发现Notch激活通过促进CD138+骨髓瘤细胞的增殖,加速MM进展,而用γ-分泌酶的特异性抑制剂(γ-secretase inhibitorGSI)可抑制Notch蛋白胞内区(intracellular domain of NotchICN)的释放,从而特异性抑制Notch信号通路,诱导骨髓瘤细胞的凋亡。GSI主要是通过下调Hes1基因和上调促凋亡蛋白Noxa起到细胞毒作用,运用GSI能明显增强了传统化疗药(如阿霉素和马法兰)的化疗作用。新近研究表明,GSI亦能明显增强蛋白酶体抑制剂硼替佐米的药物毒性,为临床联合用药提供有力依据。

以上研究表明在MM发病中激活的Notch1信号意义非凡,靶向Notch1信号途径为寻求治疗MM的途径提供了重要的理论基础。

2.2 Notch2MM发病中的作用

Notch2CD8B1细胞株的发育中起重要作用,有活性的Notch2可使B细胞分化,但在前B细胞阶段阻碍B2细胞的成熟,而选择性促进脂多糖反应性B1细胞的分化。有研究发现软骨素合酶1chon-droitin synthase 1CHSYl)可以调节Notch信号,骨髓瘤中Notch2受体可以通过CHSY1、微小RNA处理而下调,提示CHSYI调节Notch信号可能是MM和骨髓微环境相互作用的新机制。

2.3 Notch3Notch4MM发病中的作用

Notchl受体在MM中研究较多,而Notch3Notch4MM发生中发挥作用的证据较少。但Notch3Notch4亦是造血微环境调节造血细胞增殖分化的重要信号通路,它们普遍存在于造血干/祖细胞、外周血淋巴细胞等多种细胞表面,参与血液系统多种恶性肿瘤的发病,如白血病、淋巴瘤等。Notch3亦有引导造血干细胞向T细胞分化的作用,CD4+CD25+T细胞的特征性表现是Notch3的表达。Notch4对干细胞与淋巴系祖细胞的生长发育有调节作用,在阻碍细胞分化与提高造血干/祖细胞增生能力中起重要作用。

2.4 Notch信号通路与其他信号分子在MM发病中的相互作用

Notch信号通路与其他重要信号通路间存在相互联系,其作用比较广泛。Notch信号通路可以激活PBK信号通路,使Akt/苏氨酸激酶磷酸化。Iqbal等研究表明,PBK信号通路的激活可促使骨髓瘤细胞的增殖,p53p21蛋白表达增加。Notch信号通路与Wnt信号通路亦有联系,目前国外有研究已证实了Wnt信号通路在多种MM细胞株及MM患者骨髓中显著激活。

3结语

Notch信号通路与MM的发生具有密切的联系,骨髓瘤细胞和骨髓瘤基质细胞表达大量Notch受体和配体,激活Notch信号通路对骨髓瘤的发生和耐药起重要作用,因此,Notch信号通路成为骨髓瘤治疗的候选新靶点。目前阻断Notch信号通路策略分为选择性和非选择性两类,选择性抑制Notch受体,包括应用反义RNARNA干扰和单克隆抗体,在体外及动物实验中证实有抑瘤作用,针对不同型别Notch的小分子抑制物研究也颇具吸引力,非选择性抑制剂包括Notch封闭剂、GSI、胞内MAML1显性负相抑制物等。选择性和非选择性抑制治疗策略各有其优点,前者特异性强,毒性小,不易产生耐药;后者亦有其优势,因肿瘤细胞常表达多种Notch受体,某些情况下非选择性抑制Notch表达的抑制剂可能更具临床实用价值。总之,在MM治疗中抑制Notch信号通路的方案选择及具体作用值得进一步深入研究。

 

编辑: tianyusheng

版权声明

本网站所有注明“来源:丁香园”的文字、图片和音视频资料,版权均属于丁香园所有,非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:丁香园”。本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源和作者,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。同时转载内容不代表本站立场。