Notch1在恶性肿瘤发展中的研究进展

The Research Progress on Notch1 in the Development of Malignant Tumors

摘要: Notch1属于Notch信号通路的重要蛋白受体，是一种配体激活的转录因子。Notch1作为一种转录因子，通过调控细胞增殖、迁移、侵袭、上皮–间充质转化、肿瘤干细胞特性、免疫逃逸等细胞活动参与多种恶性肿瘤的进展。本文就Notch1在常见恶性肿瘤发展中的相关研究进展进行综述，旨在为肿瘤的诊疗提供新的思路。

Abstract: Notch1 is an important receptor protein in the Notch signaling pathway and a ligand-activated transcription factor. As a transcription factor, Notch1 participates in the progression of various malignant tumors by regulating cellular activities such as cell proliferation, migration, invasion, epithelial-mesenchymal transition, tumor stem cell characteristics, and immune evasion. This review summarizes the research progress of Notch1 in the development of common malignant tumors, aiming to provide new insights for tumor diagnosis and therapy.

1. 引言

近年来研究发现，Notch作为一条信号转导途径，不仅对正常组织和细胞的分化与发育起着重要的作用，此外，其信号通路的失调与肿瘤的发生发展密切相关。1991年Notch1在人类急性T淋巴母细胞性白血病中首先被鉴定出来，首次揭示了Notch1与恶性肿瘤相关[1]。近年来人们对Notch1与肿瘤的关系做了广泛的研究发现，Notch1是一种保守的单次跨膜糖蛋白，参与调节多种细胞分化发育和调控的信号途径，此外，它还影响多种生长发育过程。研究发现，Notch1在肺癌、结直肠癌、胃癌及乳腺癌中表达均明显升高，但其导致恶性肿瘤发生的分子调控机制尚未完全明确。因此，本文就Notch1在常见恶性肿瘤发展中的相关研究进展进行综述，旨在为肿瘤的诊疗提供新的思路。

2. Notch1

缺口受体1 (Notch receptor 1, Notch1)是Notch信号通路中的一个重要受体，属于跨膜蛋白。Notch基因最早于1917年在果蝇体内被发现，该基因的部分功能缺失会导致果蝇翅膀边缘出现缺口。20世纪80年代中期Artavanis-Tsakonas研究小组首次克隆了Notch基因[2]。Notch1基因在人类基因组中位于9号染色体上。Notch基因编码的单链跨膜受体蛋白分子量约为300 KD，由2753个氨基酸组成。目前在脊椎动物中已发现4个Notch同源体，分别为Notch1、Notch2、Notch3和Notch4，其家族成员的结构具有高度保守性，基本结构包括胞外区(ECN)、跨膜区(TM)和胞内区(ICN)。当Notch1受体与配体结合后，受体被剪切，使Notch1受体胞内段的活性结构域(NICD)被释放，并转位到细胞核，激活相关的转录因子，调节靶基因的表达。

3. Notch1在恶性肿瘤中的相关作用机制

目前，Notch1对恶性肿瘤发展的相关作用机制尚未完全清楚，结合文献归纳为以下5个方面：(1) 促进肿瘤细胞增殖：基于生物信息学分析及实验验证发现，APOL1在胰腺癌组织中显著增加，其过表达在体外促进胰腺癌细胞增殖并抑制凋亡，此外，APOL1高表达与Notch1信号通路呈正相关，而APOL1沉默抑制Notch1及其靶基因(HES1、c-Myc)的蛋白质水平[3]，这表明APOL1通过激活胰腺癌中的Notch1信号通路发挥促进细胞增殖抑制细胞凋亡作用；(2) 诱导上皮–间充质转化，增强迁移和侵袭：研究显示，LGR5在上皮性卵巢癌(EOC)组织和细胞中过表达，LGR5过表达显著促进了EOC细胞的迁移和侵袭，并导致Notch1和HES1表达增加，而敲除LGR5使E-钙粘蛋白上调，而N-钙粘蛋白和波形蛋白水平降低[4]，这说明LGR5可以激活EOC中的Notch1信号通路来诱导上皮–间充质转化，促进细胞迁移和侵袭；(3) 维持肿瘤干细胞特性：据报道Notch1在乳腺癌中高表达，且Notch1表达与乳腺癌干细胞标志物ALDH1水平显著相关[5]，提示Notch1可能通过ALDH1信号维持乳腺癌干细胞的干性；(4) 促进肿瘤耐药性：研究发现Notch1活性丧失会降低前列腺癌细胞的增殖、侵袭和转移，更重要的是，Notch1抑制与抗雄激素恩扎鲁他胺协同抑制前列腺癌细胞的增殖、侵袭和转移[6]，这说明Notch1活性的丧失抑制了前列腺癌的增殖、迁移和转移，并且增强了前列腺癌细胞对抗雄激素治疗的敏感性；(5) 影响免疫逃逸：据报道来源于肿瘤的外泌体PD-L1能够直接与T细胞上的PD-1结合在局部和全身抑制抗肿瘤免疫，这有助于免疫逃逸和肿瘤进展[7]。鉴于Notch1参与的以上多种生物学行为，近年来越来越多的研究发现，Notch1与多种恶性肿瘤的发生和进展密切相关，且在不同细胞类型和微环境中的作用有所不同。

4. Notch1在恶性肿瘤中的应用

4.1. Notch1在肺癌中的应用

Notch1通路在NSCLC中的作用尚存在争议，其既可能促进肿瘤生长，也可能发挥抑制作用。通过体内实验发现，在肺腺癌细胞系(A549、H358)中敲除Notch1，与NTC对照相比肿瘤体积显著减小，而在肺鳞癌模型中敲除Notch1，肿瘤生长显著增加[8]，这支持Notch1在肺腺癌中的促生长作用和在肺鳞癌中的肿瘤抑制作用，进一步提示Notch1在不同亚型的NSCLC中表现出促进或抑制肿瘤发展的双重作用。非小细胞肺癌(NSCLC)是晚期肺癌患者中最常见的亚型，其复杂的分子机制和异质性限制了靶向治疗的疗效。通过对循环肿瘤细胞(CTC)的分子分析并结合基因表达谱和分子网络研究发现，Notch1被鉴定为晚期NSCLC中的主导调节因子，其在肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭中起关键作用[9]。该研究首次系统性地揭示了Notch1在晚期NSCLC中的核心作用，同时为进一步开发Notch1靶向治疗提供了分子依据。非小细胞肺癌(NSCLC)是最常见的肺癌类型，其治疗面临许多挑战，尤其是肿瘤的增殖和转移机制。为探讨七个缺席同源物(Seven in obsentia homolog 1, Siah1)与Notch1之间的相互作用，通过利用细胞培养、蛋白质免疫沉淀和蛋白印迹等技术结果显示，敲除Siah1显著降低Notch1的表达且其明显不稳定，而过表达Siah1则Notch1的表达增加且稳定性显著增加，进一步发现Siah1作为E3连接酶，通过蛋白酶体途径促进Notch1的泛素化和稳定[10]。这揭示了Siah1通过调控Notch1稳定性对NSCLC细胞增殖起促进作用，为理解Notch1信号在肺癌中的作用提供了新的视角。胸腺肽β4 (Thymosinβ4, Tβ4)在非小细胞肺癌中的确切表达模式和作用尚未得到研究，通过使用克隆形成实验、Transwell迁移实验、侵袭实验等方法，证实了Tβ4在非小细胞肺癌组织和细胞系中表达增加，A549和H1299细胞中Tβ4基因沉默在体外抑制了细胞增殖、迁移和侵袭，并在体内抑制了肿瘤生长，进一步通过蛋白印迹分析发现，Tβ4基因沉默显著降低了A549和H1299细胞中Notch1和其靶基因Hes-1的蛋白表达，此外，在携带Tβ4耗竭的实验性NSCLC的裸鼠中，Notch1在非小细胞肺癌组织中的表达也明显降低[11]。这表明Tβ4沉默通过抑制Notch1的激活，可以抑制非小细胞肺癌细胞的增殖和侵袭。综上所述，Notch1促进了肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭，在非小细胞肺癌发生发展中起着至关重要的作用，有可能作为肿瘤治疗的潜在靶点。

4.2. Notch1在肝细胞癌中的应用

Notch通路在肝细胞癌发生中的作用尚不清楚，采用免疫组化法结果显示，Notch1在HCC中的表达较低，而在邻近非肿瘤性肝组织中表达较高，与高级别HCC相比，低级别HCC中Notch1的表达更高，此外，在HCC中Notch1表达增加与有丝分裂计数减少和坏死呈负相关[12]，这说明Notch1在HCC中起着肿瘤抑制作用。由于本研究样本量相对较少，后续需要进行更大规模的临床研究来进一步验证Notch1作为治疗靶点的可能性。接下来，基于细胞实验研究了Notch1通路对HCC细胞增殖、凋亡和生物学行为的影响，结果显示抑制Notch1的表达可以增强HCC细胞的增殖，诱导细胞凋亡和侵袭性，此外，通过转染HepG2和Hep3B两种细胞系后发现，与载体对照相比，Notch1质粒显著激活了两种细胞系中JNK的磷酸化，而Notch1 siRNA显著抑制[13]，这说明Notch1激活了HepG2和Hep3B细胞中的JNK磷酸化，从而影响了细胞凋亡，进一步提示Notch1可能通过调控JNK影响HCC的进展，同时也说明Notch1抑制HCC的进展。然而部分研究表明Notch1在HCC中起促进作用。黄芪多糖(Astragalus polysaccharide, APS)如何诱导人肝细胞癌细胞的凋亡的研究中发现，与正常组织相比，HCC组织中Notch1的蛋白和mRNA水平显著上调，此外，还发现APS以浓度依赖的方式显著降低了H22细胞中Notch1的蛋白质和mRNA水平[14]，这说明APS通过抑制Notch1的表达诱导HCC细胞凋亡，进一步推测Notch1可能是治疗HCC的潜在治疗靶点。为探讨Kinesin家族成员2A (Kinesin family member 2A, KIF2A)和Notch1间的相互作用，通过共免疫沉淀法分析发现，KIF2A可能与Notch1相互作用并结合，KIF2A沉默降低了Notch1的蛋白质和mRNA表达水平，这表明KIF2A与Notch1表达之间存在正相关关系，而敲除KIF2A对HCC细胞增殖、迁移、侵袭和体外血管生成的抑制作用被Notch1过表达部分逆转[15]，进一步提示KIF2A可能通过激活Notch1信号通路参与HCC的恶性进展。综上所述，Notch1在HCC中的作用存在争议，现有研究表明其可能具有双重角色(抑癌或促癌)，具体作用可能取决于肿瘤的分子背景、微环境及Notch信号通路的交互网络，未来研究需结合单细胞测序、类器官模型等工具，进一步分析Notch1在不同HCC亚型中的精确机制。总之，Notch1参与了肿瘤细胞增殖、凋亡、侵袭和转移等多种生物学过程，Notch1的异常激活与HCC的发生和进展密切相关。

4.3. Notch1在结直肠癌中的应用

据报道，Notch1在结直肠癌的发生和发展中可能发挥重要作用，但其具体表达模式和临床病理学意义尚未明确。通过荟萃分析发现，Notch1在结直肠癌患者中高表达，与肿瘤的晚期分期、低分化、淋巴结转移、远处转移和较差的预后显著相关[16]，这提示Notch1可能在结直肠癌的发生和进展中发挥重要作用，由此推测Notch1的高表达可能作为结直肠癌患者预后的不良指标，可用于辅助评估患者的预后风险。但该研究主要基于观察性研究，可能存在偏倚，未来应开展多中心、大样本的前瞻性研究，进一步验证Notch1在结直肠癌中的作用机制。为探讨Notch1和丙酮酸激酶M2 (Pyruvate kinase M2, PKM2)在结直肠癌中的机制和关系，应用免疫组化法检测结果发现，Notch1和PKM2在结直肠癌组织中高表达，这与细胞中表达基本一致，进一步发现，PKM2和Notch1对结直肠癌的增殖和迁移具有共同抑制作用，该研究首次表明PKM2和Notch1呈正相关，且同时抑制PKM2和Notch1可能为结直肠癌的治疗提供有力的策略[17]。另一项研究也显示Notch1在结直肠癌和腺瘤组织中的表达显著高于癌旁和正常组织，进一步发现编码Notch1 siRNA的Lenti病毒显著降低了Notch1的表达，抑制了细胞生长，将细胞周期阻滞在G1期，并促进了细胞凋亡[18]，这提示Notch1可能在结直肠癌发生和发展中发挥促进作用，抑制Notch1可延缓结直肠癌细胞生长并促进细胞凋亡。以上结果表明，Notch1参与了结直肠癌的发生发展，并促进了细胞增殖、迁移和凋亡，抑制了细胞生长，且与不良预后密切相关，Notch1有可能成为结直肠癌治疗的潜在靶点及评估预后的生物标志物。

4.4. Notch1在胃癌中的应用

胃癌是全球范围内常见且致死率较高的恶性肿瘤，尽管诊断技术有所进步，但胃癌的治疗仍面临很大的挑战。淋巴结转移是胃癌的重要临床标志之一，其与患者的预后密切相关，采用免疫组化法检测Notch1在胃癌中的表达水平与淋巴结转移的关系，结果显示胃癌组织中的Notch1表达显著高于癌旁正常组织，且Notch1的高表达与淋巴结转移密切相关，进一步通过体外实验发现，Notch1基因敲低显著降低胃癌细胞的增殖及迁移能力，并导致胃癌细胞周期停滞在Go/G1期[19]，这表明Notch1可能作为胃癌的促进因子，参与胃癌的侵袭和转移，由此推测，抑制Notch1表达可以有效抑制胃癌细胞的增殖和迁移，并促进细胞凋亡，Notch1可能作为一个潜在的治疗靶点，为胃癌的靶向治疗提供了新的研究方向。据报道，乙酰化酶(Sirtuin 3, SIRT3)在某些恶性肿瘤中具有抑癌作用，但其在胃癌中的具体作用尚不明确，基于体外实验发现，SIRT3在胃癌细胞中表达较低，且SIRT3的过表达显著降低了AGS细胞中Notch1的蛋白质和mRNA表达水平，这表明SIRT3可能在胃癌中起到肿瘤抑制的作用，且其抑制作用是通过上调Notch1介导的[20]。该研究首次揭示了SIRT3通过下调Notch1表达抑制胃癌细胞增殖和促进凋亡的机制，进一步推测SIRT3可能通过抑制Notch1信号通路发挥抑癌作用。虽然随着早期筛查和治疗方法的进步，胃癌的预后有所改善，但仍然是导致癌症相关死亡的主要原因之一，因此早期发现和有效的预后评估对提高胃癌患者的生存率至关重要。通过回顾性研究并结合免疫组织化学染色其活性形式Notch1细胞内结构域(ICN1)来确定Notch1激活，结果显示胃癌患者肿瘤内ICN1水平升高，且与肿瘤侵袭程度、TNM分期和总生存率差(OS)呈正相关[21]，由此可确定，Notch1激活与胃癌进展相关，可以作为胃癌患者的预后评估指标，尤其在早期胃癌诊断和个性化治疗方案制定中，可能具有重要的临床意义。

4.5. Notch1在乳腺癌中的应用

miR-34a是一种重要的抑癌miRNA，已知它在多种肿瘤中通过调控靶基因抑制肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭。研究发现，与邻近正常组织相比，乳腺癌组织中miR-34a的水平显著降低，MCF-7细胞中miR-34a的表达也明显降低，此外，使用双荧光素酶报告分析发现，miR-34a直接靶向Notch1，这提示miR-34a可能参与了乳腺癌的进展，miR-34a负调控MCF-7细胞中的Notch1的表达[22]，由此得出，miR-34a通过靶向Notch1抑制乳腺癌细胞的增殖和侵袭。在乳腺癌中，Notch1被认为可能促进乳腺导管癌的侵袭和转移，但其作为生物标志物的作用尚未完全明确。通过使用实时PCR的基因表达分析发现，Notch1基因在IDC患者中显著过表达，这表明有可能引入Notch1表达作为IDC的新生物标志物[23]，但由于该研究样本量相对有限，未来需要大规模多中心的临床研究进一步验证Notch1作为生物标志物的临床价值。同样研究也发现Notch1在乳腺癌肿瘤中高表达，且Notch1表达与乳腺癌的转移和TNM分期显著相关，更重要的是发现Notch1表达与乳腺癌干细胞的标志物ALDH1水平显著相关[5]，这表明Notch1过表达有可能是乳腺癌患者的不良预后因素，并与乳腺癌干细胞的维持和扩增密切相关，进一步提示Notch1可能通过促进乳腺癌干细胞的维持和扩增，进而促进乳腺癌的生长和转移。小分子抑制剂作为治疗选择，具有较好的穿透性和相对较低的毒性，且能有效抑制Notch1信号通路的活性，从而阻止肿瘤的生长和转移。通过建立体外和体内模型发现，新开发的强效小分子ASR490根除了乳腺癌干细胞(BCSC)并抑制了乳腺癌细胞的生长，此外，分子研究表明ASR490对Notch1的抑制促进了自噬信号的诱导，从而抑制了乳腺癌干细胞[24]，这表明ASR490通过靶向和消除乳腺癌干细胞和乳腺癌细胞中的Notch1信号来抑制乳腺癌细胞的生长，这提示小分子ASR490是一种有前景的治疗药物，为乳腺癌的靶向治疗提供了新的可能，通过调节乳腺癌干细胞的特性，不仅可以抑制肿瘤的生长，还可以防止肿瘤的转移和耐药性。

4.6. Notch1在卵巢癌中的应用

据报道miR-433在某些肿瘤中具有抑制作用，但其在卵巢癌中的具体机制尚不明确。研究发现，与正常卵巢组织相比，卵巢癌组织中miR-433的表达显著下调，而卵巢癌组织中Notch1 mRNA的表达显著增加，进一步体外实验发现，miR-433的过表达可以显著抑制卵巢癌细胞的迁移和侵袭，此外，生物信息学方法和荧光报告分析也发现，miR-433的表达明显下调，而Notch1的表达明显上调[25]，以上结果表明，miR-433可能在卵巢癌的发展中起到肿瘤抑制的作用，miR-433可直接靶向Notch1，进一步提示miR-433可能通过靶向Notch1抑制卵巢癌发展中的细胞迁移和侵袭，这为miRNA-433作为卵巢癌治疗靶点的潜力提供了实验依据。由于卵巢癌的异质性，寻找新的生物标志物来预测疾病的进展和患者预后至关重要。采用免疫组化法进行评估显示，在高级别浆液性恶性肿瘤中，Notch1染色强度增加，同时相关性分析显示，卵巢肿瘤的分级和分期与Notch1表达之间存在显著相关性[26]。这说明Notch1的高表达与卵巢恶性肿瘤患者的不良预后密切相关，可能作为潜在的生物标志物。在探讨Notch1细胞内结构域(NICD)与上皮性卵巢癌患者的预后关系的研究中发现，与NICD表达较低的卵巢癌患者相比，NICD高表达的卵巢癌患者的总生存率更差[27]，这表明高表达NICD与总生存率低密切相关，这提示NICD高表达可能是上皮性卵巢癌患者的一个独立的预后不良因素。在Notch1如何影响上皮性卵巢癌细胞的化疗耐药性的研究中发现，上皮性卵巢癌组织中Notch1、Snail、MMP-2、N-钙粘蛋白和波形蛋白表达水平较高，而E-钙粘蛋白表达水平较低，Notch1过表达促进Snail、MMP-2、N-钙粘蛋白和波形蛋白的表达，从而抑制E-钙粘蛋白的表达[28]。这说明Notch1通过调节上皮性卵巢癌细胞的上皮-间充质转化(EMT)来影响化疗耐药性，该研究首次揭示了Notch1介导的上皮性卵巢癌化疗耐药机制，这提示抑制Notch1可以增强化疗敏感性，可能成为克服卵巢癌耐药的新靶点。

4.7. Notch1在其他恶性肿瘤中的应用

近年来研究发现，Notch1在多种恶性肿瘤中均异常激活。在宫颈癌中通过免疫组织化学染色和蛋白质印迹分析发现，Notch1在宫颈癌组织中的表达显著高于正常宫颈组织，且Notch1表达升高与肿瘤分化程度呈显著正相关，相关性分析证实，Notch1的表达与宫颈癌中Ki67的表达显著相关(r = 0.88, P < 0.01)，此外，Notch1敲除SiHa和C33A细胞中形成的集落数量明显低于对照细胞(P < 0.01)，这表明敲除Notch1表达显著抑制了SiHa和C33A细胞的体外增殖[29]，这说明Notch1在宫颈癌中高表达，其高表达促进了宫颈癌细胞的增殖，提示Notch1与宫颈癌的进展密切相关，有可能在其发生中具有重要作用。在鼻咽癌中发现，miR-200b在鼻咽癌组织和细胞中显著下调，且体外实验发现miR-200b过表达抑制鼻咽癌细胞的生长、迁移和侵袭，此外，通过荧光素酶报告分析证明miR-200b直接靶向Notch1 3’非翻译区(UTR)，且Notch1过表达可以逆转miR-200b对鼻咽癌细胞生长、迁移和侵袭的抑制作用[30]，这表明miR-200b调节鼻咽癌细胞的生长、迁移和侵袭，并通过抑制Notch1的表达在鼻咽癌的发生中发挥肿瘤抑制作用，这提示靶向miR-200b有可能为鼻咽癌的治疗提供新的思路。在甲状腺癌中通过体内和体外实验发现，DEC1过表达诱导甲状腺癌增殖并促进侵袭性，且主要通过促进细胞周期和更快的S期进入来支持的，而Notch1抑制消除了甲状腺癌中DEC1过表达诱导的细胞增殖的增加，此外，Notch1沉默降低了DEC1的mRNA和蛋白质水平[31]，以上结果表明，DEC1作为转录激活因子起作用，DEC1和Notch1之间可能存在正反馈，DEC1与Notch1相互作用促进甲状腺癌的侵袭性，提示DEC1在甲状腺癌发展过程中起着积极的促进作用，靶向DEC1和Notch1的联合疗法可能为甲状腺癌的治疗提供新的策略，尤其是在那些具有高侵袭性的甲状腺癌患者中。在胰腺癌中发现胰腺癌组织和细胞中HtrA1的mRNA和蛋白质表达降低，而HtrA1过表达促进了胰腺癌细胞的凋亡并抑制了其迁移，此外，HtrA1过表达抑制了胰腺癌细胞中Notch1的表达，而Notch1过表达逆转了HtrA1对胰腺癌细胞生长的抑制作用[32]，这表明HtrA1在胰腺癌细胞中起到肿瘤抑制作用，HtrA1与胰腺癌细胞中的Notch1的表达呈负相关，提示HtrA1可能通过调节Notch1的表达来抑制胰腺癌细胞的生长，为胰腺癌的治疗提供新的思路。

5. Notch1在恶性肿瘤研究中的局限性

尽管Notch1在恶性肿瘤的发生、进展和转移中的重要作用得到了广泛认可，但仍存在多方面的局限性：(1) Notch1在不同类型肿瘤中的作用具有双重性；(2) 肿瘤的异质性和肿瘤微环境的影响增加了Notch1作为靶点治疗的复杂性，Notch1的功能可能在不同肿瘤微环境中有所不同；(3) 目前缺乏明确的生物标志物来预测Notch1在特定肿瘤类型中的作用，使得临床治疗难以精准应用；(4) Notch1与其他关键信号通路的交互作用以及转化研究进展较缓慢，限制了Notch1靶向治疗的临床应用。

6. 总结与展望

Notch1已经在多种恶性肿瘤的发生和发展中展现出关键作用，它不仅参与肿瘤细胞的增殖、干细胞特性的维持，还调控肿瘤的侵袭性、转移性和免疫逃逸。然而，Notch1在不同肿瘤类型中的双重作用，给其作为治疗靶点的应用带来了挑战，靶向Notch1的治疗策略面临着显著的副作用及其对正常细胞功能的影响，此外，肿瘤微环境的复杂性及肿瘤的异质性也增加了治疗的难度。Notch1作为靶点的精准治疗依赖于更好的生物标志物的识别与应用，通过与免疫治疗和其他信号通路的联合使用，Notch1的靶向治疗可能会迎来新的突破，为患者带来新的治疗机会。尽管面临挑战，Notch1在肿瘤治疗中的应用前景仍然广阔，未来研究将进一步揭示Notch1在不同肿瘤类型中的具体作用，并为临床提供更加精准有效的治疗方案。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。