Jagged1/Notch信号通路在结直肠癌中的研究进展

陈凯 刘晶 陈奕铭 康悦

作者单位：150000 哈尔滨 哈尔滨医科大学附属第二医院普外十病区

结直肠癌是发病率和病死率均较高的恶性肿瘤，也是最主要的癌症死亡原因［1］。目前结直肠癌发生发展的机制尚未明确，且由于缺乏早期、有效的筛查手段，大多数患者就诊时已属于进展期。其中40%～50%的结直肠癌患者确诊或复查时出现远处转移，而发生转移的患者中位生存期不到2年［2］。目前手术联合化疗或放化疗并没有显著改善进展期结直肠癌患者的预后，探索结直肠癌发生发展的分子机制，对其诊治和预后判断尤为重要。

Notch信号通路是一个在进化过程中高度保守的信号转导通路，其活化需要细胞间的直接接触，Jagged1是其主要配体。近年来，大量研究表明，Jagged1/Notch信号通路在结直肠癌组织中表达异常，并与肿瘤细胞的发生发展、增殖分化、凋亡等密切相关，在肿瘤发生发展过程的不同阶段起关键作用。本文就Jagged1/Notch信号通路在结直肠癌中的研究进展作一综述。

1 Jagged1/Notch信号通路功能

Notch信号转导通路由Notch受体、Notch配体和CSL-DNA结合蛋白3部分组成。其中，哺乳动物体内共表达 4种 Notch受体（Notch1、Notch2、Notch3和Notch4）和 5种 Notch配体（Delta-like1、Delta-like3、Delta-like4、Jagged1、Jagged2）［3］。Jagged1基因定位于人类染色体20p12，RNA全长5 940 bp，编码3 657个氨基酸，属于 DSL（Del-ta、Serrate、Lag22）蛋白家族，为单次跨膜蛋白。Jagged1异常表达与肿瘤的发生发展密切相关，其主要致癌机制可能与基因突变、自身表达失调、异常激活其他信号通路有关。在血液系统肿瘤和多种实体瘤中均发现Jagged1异常高表达发挥部分致癌作用。多发性骨髓瘤（MM）与内皮细胞共培养的MM细胞通过细胞间接触，可使Jagged1表达增强，促进骨髓瘤发生［4］。急性髓性白血病（AML）中Jagged1表达升高可促进AML细胞增殖，并且诱导AML的化学抗性［5］。在乳腺癌、前列腺癌中Jagged1异常表达亦可增强肿瘤侵袭转移性并影响预后［6］。Jagged1对胚胎血管形成也有重要作用［7］。Alagile综合征是一种胚胎疾病，主要由Jagged1基因的突变导致常染色体显性障碍，表现为严重的血管缺陷，主要影响人体肝内胆管形成和心脏异常，而早期的Jagged1基因诊断有助改善患者预后［8］。

在哺乳动物中Jagged1是第1个被证实的Notch受体的配体。Notch与Jagged1发生受体配体结合后，Notch信号通路即被激活，引起Notch受体细胞外结构改变，导致受体细胞外S2酶切位点暴露，然后通过ADAM金属蛋白酶家族的TACE或Kuz酶切，Notch受体释放胞外区。这一过程使S3切割位点被γ-Secretase蛋白酶复合体催化，最终释放Notch受体胞内区NICD入核，然后与DNA结合蛋白CSL及MAML结合成三聚体，调节下游靶基因的转录，影响细胞增殖、凋亡、黏附和分化等生物学行为［9］。总之，Jagged1/Notch信号通路与肿瘤细胞的发生发展有关。

2 Jagged1/Notch信号通路在结直肠癌中的表达

近年来，Notch信号通路在结直肠癌发展中的作用引起广泛关注。研究发现，Notch信号通路在原发性结直肠癌中被激活，并且在启动和发展过程中起重要作用，通过调节主要的细胞功能，如细胞凋亡、增殖、血管生成和细胞迁移等促进肿瘤发生发展［9］。LIAO等［10］发现在结直肠癌 HT29、SW480、COLO205、SW1116细胞系中，Jagged1和Notch1表达明显升高，在HT29细胞系中发现抑制Notch1能延缓肿瘤细胞生长，促进细胞凋亡。DAI等［11］亦发现Jagged1在结肠癌细胞系（HT29、SW480、HCT15等）中表达，用慢病毒Jagged1-shRNA下调Jagged1表达后，细胞存活率明显降低，此外沉默Jagged1还显著降低结肠癌细胞的迁移和侵袭能力。进一步在体内异种移植HCT15细胞的小鼠模型中观察，发现敲低Jagged1的小鼠肿瘤细胞生长速率较慢，且细胞增殖标志物（PCNA、Ki-67和c-Myc）和转移标志物（MMP-2和 MMP-9）表达均显著下调。另有学者［12］在APCMin/+突变小鼠模型中亦发现，肠道特异性Jagged1的缺失或针对Jagged1的抗体可抑制肿瘤生长，再次印证了沉默Jagged1可降低结肠癌细胞的迁移和侵袭能力，说明Jagged1可能参与结直肠癌的进展。RALLIS等［13］对325例结直肠癌患者的标本进行免疫组化分析，发现Jagged1过度表达与预后不良有关，且增加肿瘤复发和转移的可能性；此外，Jagged1表达强度与肿瘤分级、TNM分期、浸润深度有关。综上所述，过表达Jagged1与结直肠癌肿瘤发生、侵袭、转移、预后密切相关，抑制Jagged1可抑制肿瘤细胞生长，促进细胞凋亡，认为Jagged1/Notch信号通路在结直肠癌发生发展中发挥重要作用。

3 Jagged1/Notch信号通路结直肠癌中的作用

3.1 Jagged1/Notch信号通路与结直肠癌血管形成

血管生成是指从现有的血管经过内皮细胞迁移并增生而形成的新微血管，是肿瘤生长和发展所必需。肿瘤发展到一定过程，对营养和氧气的需要增加，若细胞受到刺激（如缺氧），可释放血管内皮生长因子诱导形成尖端细胞，许多丝状伪足自尖端细胞中伸出，向生长因子浓度高的方向迁移，增殖茎细胞形成血管腔，从而形成新的血管分支。研究发现，Jagged1在血管形成时广泛表达于内皮细胞。PEDROSA等［14］建立内皮特异Jagged1增加和缺失的突变小鼠模型，发现Jagged1获得小鼠的实体肿瘤生长速度明显加快，而Jagged1缺失的小鼠肿瘤生长明显减慢，进一步调节小鼠内皮细胞Jagged1的表达，发现其可调节肿瘤血管密度、血管分支形成和血管周围成熟，影响肿瘤血管灌注，说明Jagged1可调控肿瘤血管生成。Apelin13/APJ系统是一种强效的血管生成因子，在多种肿瘤中表达上调。CHEN等［15］研究发现结肠癌手术标本中Apl/APJ、Jagged1、Notch3表达明显升高，体外培养CRCLS180细胞株，发现癌细胞可通过分泌Apelin13上调Notch3，促进Jagged1配体结合，激活Notch信号通路，促进肿瘤血管形成。LV等［16］将人结肠癌HCT116细胞株注入小鼠体内，通过内皮抑素抑制肿瘤血管生长，检测Notch信号元件，发现Jagged1、Notch3明显下调，说明Jagged1、Notch3与肿瘤血管生长密切相关。KIM等［17］在DLD1、KM12SM细胞移植小鼠体亦报道抑制Jagged1表达，肿瘤血管生成亦受抑制。但LIN等［18］在肺癌、肾透明细胞癌研究中发现Jagged1上调能够抑制Notch3表达，降低内皮细胞凋亡，而沉默Jagged1则获得相反结果。说明Jagged1/Notch信号通路与结直肠癌血管生成有关，但在不同肿瘤的血管生成中作用机制不同。

3.2 Jagged1/Notch信号通路与结直肠癌干细胞

肿瘤干细胞具有较强的自我更新及保持肿瘤异质性的能力，不仅可以维持肿瘤生长，促进肿瘤复发和转移，还可介导肿瘤的化学抗性。LU等［19］在体外实验中将内皮细胞与结直肠癌细胞共培养，发现血管内皮细胞可产生可溶性Jagged1，通过旁分泌效应激活肿瘤细胞的Notch信号通路，增强结直肠癌干细胞表型，加快肿瘤生长。ZHANG等［20］研究发现Jagged1/Notch信号通路与结肠癌干细胞的化学抗性和自我更新能力有关，通过建立耐药HCT-116细胞株进行体外培养实验，发现PER3基因过表达可降低结直肠癌干细胞中Jagged1、β-连环蛋白的表达水平，抑制Notch或β-连环蛋白信号传导，导致结直肠癌肿瘤干细胞的化学抗性和自我更新能力降低。WANG等［21］报道内皮细胞分泌AMAD17可裂解激活Jagged1，调节Notch1受体，进一步建立人HT29细胞株，体外培养分离结肠癌干细胞，加入抑制AMAD17的药物，发现Jagged1信号通路被阻断，结肠癌干细胞表型被抑制，对化疗药物敏感性增加，证实Jagged1/Notch信号通路可介导结直肠癌干细胞表型和化学抗性。综上认为，Jagged1/Notch信号通路与结直肠癌干细胞表型及化疗抗性密切相关，通过相关阻断药物抑制Jagged1，可明显降低结肠癌干细胞表型，提高其对化学药物的抗性，为结直肠癌靶向治疗提供新的方向。

3.3 Jagged1/Notch信号通路与其他通路协同作用

Notch信号通路及Wnt信号通路均在结直肠癌中异常激活，二者密切相关，共同参与结直肠癌的发生发展。Notch与β-连环蛋白依赖性肿瘤发生有关，RODILLA等［22］报道家族腺瘤性息肉病腺瘤细胞中Jagged1高表达，在部分结肠黏膜细胞中亦发现其表达升高，进一步研究发现在高表达Jagged1细胞中含有β-catenin，且 Wnt/β-catenin信号通路由 Notch直接调节，同时β-catenin能够介导Jagged1转录激活，活化Notch1和Notch2受体，从而激活Notch信号通路，调节结直肠癌细胞增殖和肿瘤血管生成。YAMAMOTO等［23］在小鼠盲肠中注入HT116结肠癌细胞形成结肠球，发现KDM4C基因与结肠球形成有关，通过微阵列分析证实Jagged1基因为其作用靶点，KDM4C敲除可降低Jagged1基因表达，而Jagged1基因下调可消除结肠球形成。Jagged1也是β-连环蛋白的靶标，染色质免疫沉淀分析显示在结肠球形成过程中β-连环蛋白和KDM4C与JAG1启动子结合，激活Wnt和Notch信号通路，共同参与结肠球发生。以上研究表明，Jagged1/Notch与Wnt/β-catenin信号通路可相互作用而在结直肠癌的发生发展中起至关重要的作用，但两条信号通路的功能关系复杂，具体作用机制有待进一步研究。

3.4 Jagged1/Notch信号通路与结直肠癌治疗

研究表明，Notch信号通路是结直肠癌有效的靶向目标之一。在放疗、化疗、靶向治疗过程中，Notch信号通路的异常激活有重要作用。MENG等［24］研究发现Notch信号通路的异常激活与结直肠癌对化学药物的敏感性有关，采用小干扰RNA抑制γ-分泌酶可阻止Notch1诱导剂激活，从而抑制NICD蛋白产生，致使细胞对化疗药物的敏感性增强。WANG等［21］采用AMAD17抑制剂处理人HT29细胞系，结果发现可抑制Jagged1激活，增强结肠癌干细胞对化疗药物的敏感性。

髓源性抑制细胞（MDSCs）是骨髓来源的异质性细胞，可显著抑制免疫细胞应答能力，研究证明其在肿瘤中具有负向调控免疫应答功能。SIERRA等［25］研究发现抗Jagged阻断抗体CTX014能抑制肿瘤生长，且影响MDSCs在肿瘤中的积累和耐受活性，并抑制免疫抑制因子精氨酸酶Ⅰ和iNOS的表达，认为抗Jagged疗法可克服肿瘤诱导的T细胞耐受性，增加了反应性T细胞向肿瘤浸润，并增强了T细胞介导的免疫疗法疗效，为肿瘤临床治疗提供重要证据。在中药治疗方面，其中半枝莲是一种中药配方，有较强的抗癌作用。ZHANG等［26］研究半枝莲提取物（ECSB）在抑制人结肠癌HCT-8细胞系生长中的作用，发现ECSB治疗可显著降低Jagged1表达水平，抑制Notch信号通路激活，从而显著抑制HCT-8细胞增殖并促进细胞凋亡，认为针对Jagged1治疗靶点值得进一步研究。

4 小结

目前研究认为Jagged1在结直肠癌中发挥重要作用，可影响胚胎血管生成，促进肿瘤血管形成，增强肿瘤干细胞表型及介导化学抗性，促进结直肠癌细胞增殖、转移。Jagged1在临床诊断、治疗中的作用亦日益突出，胚胎期Jagged1基因的诊断能够及时发现Alagile综合征等相关遗传病，检测Jagged1表达水平可评估结直肠癌转移风险及预后等。目前针对Jagged1/Notch信号通路的靶向治疗已成为研究的热点，多种针对结直肠癌的临床研究已广泛开展，如Jagged1基因靶向治疗、Jagged1阻断剂或拮抗剂、γ-分泌酶抑制剂、肿瘤血管生成阻断剂等，且部分研究已证明其对进展期结直肠癌有效，有望成为结直肠癌潜在的治疗靶点，为其治疗提供新思路。