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Notch信號通路參與多發(fā)性骨髓瘤病程的進展

2013-01-11 16:37 閱讀:3740 來源:medlive.cn 責任編輯:鄺兆進
[導讀] Notch信號通路廣泛存在于多種組織細胞中,參與細胞的生長、增殖、凋亡等重要生理活動。新近研究發(fā)現(xiàn)Notch信號通路參與多發(fā)性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)的發(fā)生發(fā)展,且是影響腫瘤侵襲、耐藥的關鍵因素?,F(xiàn)就該通路在MM發(fā)病機制中的研究現(xiàn)狀作一綜述。

  Notch信號通路廣泛存在于多種組織細胞中,參與細胞的生長、增殖、凋亡等重要生理活動。新近研究發(fā)現(xiàn)Notch信號通路參與多發(fā)性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)的發(fā)生發(fā)展,且是影響腫瘤侵襲、耐藥的關鍵因素?,F(xiàn)就該通路在MM發(fā)病機制中的研究現(xiàn)狀作一綜述。

  1 Notch信號通路的組成

  Notch信號通路是一條進化保守的信號系統(tǒng),其家族成員較多,其受體和配體均是膜結合蛋白,Notch信號通路由受體、配體、下游基因及其他效應物等構成。

  1.1 Notch受體

  Notch受體家族是一類結構高度保守的I型跨膜蛋白。哺乳動物Notch受體家族包括Notchl-4,Notch受體包括胞外區(qū)、跨膜區(qū)和胞內區(qū)(Notch intracellulardomain,NICD)3部分。Notch基因編碼的單鏈跨膜受體蛋白由2 753個氨基酸殘基組成,相對分子質量為300 000,胞外亞基包含一組串聯(lián)排列的表皮生長因子和3個家族特異性重復序列(Noteh/LIN12 repeat,LNR)。表皮生長因子是與配體相互作用并激活Notch的序列。LNR位于表皮生長因子的下游,富含半胱氨酸,參與受體異二聚體化時的二硫鍵結合。γ-分泌酶水解跨膜區(qū),Notch受體釋放胞內區(qū)NICD。胞內區(qū)包括RAM序列(RBP-Jκ-associated molecule sequence)、錨蛋白重復序列(Ankyrin repeat,ANK)、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結構域參與結合下游轉錄因子CSL[脊椎動物中的CBF1、果蠅中Su(H)及線蟲中Lag-1等轉錄因子],ANK涉及對下游信號的調節(jié),與Deltex、Master-rmnd等的結合部位,對Notch通路起修飾作用。PEST結構域與NICD泛素介導的蛋白酶解相關。

  Notch信號通路

  1.2 Notch配體

  Notch配體亦為Ⅰ型跨膜蛋白,脊椎動物體內發(fā)現(xiàn)了多個Notch的配體。在哺乳動物中證實有兩個Notch配體家族,分別為與Delta同源性高的Delta樣分子,與Serate同源性高的Jagged。目前發(fā)現(xiàn)的人Notch配體包括Jaggedl-2和Deltal、3、4。Notch配體胞外結構域在進化中高度保守,在配體與受體結合、激活Notch信號過程中必不可少。

  1.3 Notch信號通路的激活及其他主要分子

  Notch信號的激活過程包括鄰近細胞受體與配體識別、受體胞內段的剪切、活化受體轉入核內以及下游效應物的激活轉錄。當鄰近細胞的Notch配體結合到Notch受體胞外區(qū),Notch受體相繼發(fā)生2次蛋白水解。首先,由去整合素金屬蛋白酶(a disinte-grin and a metalloproteinase,ADAM)家族的ADAMlO/Kuz或ADAM 17/TACE切割S2位點,釋放胞外區(qū);接著,由早老素1/2、Pen-2、Aphl和Nicastrin組成的γ-促分泌酶復合體在S3位點切割并釋放NICD。NICD是Notch受體的活性形式,NICD進入細胞核,其RAM結構域及ANK重復序列與CSL結合使共抑制復合物解離,并募集骨骼肌腎富集肌醇磷酸酶(skeletal muscle and kidney enriched inositol phospha-tase,SKIP)、智者基因樣1(Mastermind-Iike protein 1,MAMLI)形成三元絡合物的轉錄激活物,通過N端氨基酸殘基與GTGGGAA序列結合激活下游基因的轉錄,從而調節(jié)與細胞增殖、分化、凋亡等密切相關的基因的表達。CSL蛋白是Notch信號通路中關鍵的轉錄調節(jié)因子,此為經典的Notch信號通路又稱為CSL依賴途徑。Notchl的靶基因包括Hes、p21、細胞周期蛋白D、細胞周期蛋白依賴性激酶2(cyclin-dependent kinase 2,CDK2)、核因子κB結合蛋白2(nuclear factor related to kappaB binding protein 2,NF-κB2)等,且實驗模型證實Notch激活型蛋白誘導細胞周期蛋白D1的直接表達,Notch通過基因轉錄水平和蛋白一蛋白之間作用調節(jié)靶基因NF-κB2的表達,對細胞的生長和分化進行調控。有研究表明Notch還可通過c-myc及白細胞介素-6(IL-6)發(fā)揮作用。此外,Notch信號通路還存在一條不依賴CSL的途徑。最近有研究報道,Notch結合蛋白Deltex是某些組織特異性非CSL依賴性信號所必需的。

  總之,Notch信號通路的特點為不需要第二信使及蛋白激酶的參與,直接將相鄰細胞接收的信號傳遞到細胞核,與轉錄的調節(jié)因子結合,進而激活靶基因。這種直接由細胞膜到細胞核的傳遞方式特異性強,對于精確調節(jié)細胞的分化過程有重要作用。Notch信號通路功能相當復雜,且可基本避免其他信號的干擾,這一看似簡單的核心信號通路,在細胞內存在復雜的修飾調節(jié)機制。共同存在的多種配體,激活Notch可以引發(fā)多種信號,從而通過不同機制調節(jié)Notch信號,通路任何環(huán)節(jié)發(fā)生異常均可導致疾病的發(fā)生。

  2 Notch信號通路在MM發(fā)病中的作用

  MM的發(fā)生發(fā)展與骨髓瘤細胞的異常增殖和骨髓的微環(huán)境密切相關。新近研究發(fā)現(xiàn)Notch通路參與包括MM在內的多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展,且是影響腫瘤侵襲、耐藥的關鍵因素。腫瘤細胞高表達Notch分子,而微環(huán)境中的基質細胞表面大量表達Notch配體,其異常表達可造成造血系統(tǒng)惡性增殖性疾病。

  2.1 Notch1在MM發(fā)病中的作用

  多種腫瘤與Notch1受體表達異常有關,檢測MM細胞株及MM患者骨髓標本結果顯示存在Notch1蛋白的過度表達,初步表明Notch信號與MM發(fā)病相關。Notch1的活化信號可抑制藥物誘導的細胞凋亡,活化的Notchl可阻斷骨髓瘤細胞的凋亡,而蛋白酶體抑制劑誘導MM細胞株凋亡的同時伴有Notch1表達的降低。Notch1通過磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide-3 kinase,PI3K)-蛋白激酶B-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammaliantargetofrapamycin,mTOR)-eIF4E途徑抑制mTOR,進一步抑制p53,使細胞具有化療抗性。Xu等研究發(fā)現(xiàn)Notch激活通過促進CD138+骨髓瘤細胞的增殖,加速MM進展,而用γ-分泌酶的特異性抑制劑(γ-secretase inhibitor,GSI)可抑制Notch蛋白胞內區(qū)(intracellular domain of Notch,ICN)的釋放,從而特異性抑制Notch信號通路,誘導骨髓瘤細胞的凋亡。GSI主要是通過下調Hes1基因和上調促凋亡蛋白Noxa起到細胞毒作用,運用GSI能明顯增強了傳統(tǒng)化療藥(如阿霉素和馬法蘭)的化療作用。新近研究表明,GSI亦能明顯增強蛋白酶體抑制劑硼替佐米的藥物毒性,為臨床聯(lián)合用藥提供有力依據。

  以上研究表明在MM發(fā)病中激活的Notch1信號意義非凡,靶向Notch1信號途徑為尋求治療MM的途徑提供了重要的理論基礎。

  2.2 Notch2在MM發(fā)病中的作用

  Notch2在CD8與B1細胞株的發(fā)育中起重要作用,有活性的Notch2可使B細胞分化,但在前B細胞階段阻礙B2細胞的成熟,而選擇性促進脂多糖反應性B1細胞的分化。有研究發(fā)現(xiàn)軟骨素合酶1(chon-droitin synthase 1,CHSYl)可以調節(jié)Notch信號,骨髓瘤中Notch2受體可以通過CHSY1、微小RNA處理而下調,提示CHSYI調節(jié)Notch信號可能是MM和骨髓微環(huán)境相互作用的新機制。

  2.3 Notch3、Notch4在MM發(fā)病中的作用

  Notchl受體在MM中研究較多,而Notch3與Notch4在MM發(fā)生中發(fā)揮作用的證據較少。但Notch3與Notch4亦是造血微環(huán)境調節(jié)造血細胞增殖分化的重要信號通路,它們普遍存在于造血干/祖細胞、外周血淋巴細胞等多種細胞表面,參與血液系統(tǒng)多種惡性腫瘤的發(fā)病,如白血病、淋巴瘤等。Notch3亦有引導造血干細胞向T細胞分化的作用,CD4+CD25+T細胞的特征性表現(xiàn)是Notch3的表達。Notch4對干細胞與淋巴系祖細胞的生長發(fā)育有調節(jié)作用,在阻礙細胞分化與提高造血干/祖細胞增生能力中起重要作用。

  2.4 Notch信號通路與其他信號分子在MM發(fā)病中的相互作用

  Notch信號通路與其他重要信號通路間存在相互聯(lián)系,其作用比較廣泛。Notch信號通路可以激活PBK信號通路,使Akt絲/蘇氨酸激酶磷酸化。Iqbal等研究表明,PBK信號通路的激活可促使骨髓瘤細胞的增殖,p53和p21蛋白表達增加。Notch信號通路與Wnt信號通路亦有聯(lián)系,目前國外有研究已證實了Wnt信號通路在多種MM細胞株及MM患者骨髓中顯著激活。

  3 結語

  Notch信號通路與MM的發(fā)生具有密切的聯(lián)系,骨髓瘤細胞和骨髓瘤基質細胞表達大量Notch受體和配體,激活Notch信號通路對骨髓瘤的發(fā)生和耐藥起重要作用,因此,Notch信號通路成為骨髓瘤治療的候選新靶點。目前阻斷Notch信號通路策略分為選擇性和非選擇性兩類,選擇性抑制Notch受體,包括應用反義RNA、RNA干擾和單克隆抗體,在體外及動物實驗中證實有抑瘤作用,針對不同型別Notch的小分子抑制物研究也頗具吸引力,非選擇性抑制劑包括Notch封閉劑、GSI、胞內MAML1顯性負相抑制物等。選擇性和非選擇性抑制治療策略各有其優(yōu)點,前者特異性強,毒性小,不易產生耐藥;后者亦有其優(yōu)勢,因腫瘤細胞常表達多種Notch受體,某些情況下非選擇性抑制Notch表達的抑制劑可能更具臨床實用價值??傊?,在MM治療中抑制Notch信號通路的方案選擇及具體作用值得進一步深入研究。
 


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