摘要：　Notch信号通路是一条进化上十分保守的信号转导系统。Notch受体通过与配体的相互作用转导细胞信号，从而在细胞增殖、分化、凋亡中发挥重要的调控作用。Notch信号通路中某些分子的基因突变与多种疾病的发生发展有关,如肿瘤、遗传性疾病、自身免疫性疾病等。另外，Notch信号通路在同一疾病的不同类型或不同发展阶段起的作用也不尽相同。

关键词 Notch信号通路；Notch相关疾病

责任作者及联系方式：陈绍洋；E-mail:Chensy@fmmu.edu.cn

The Notch signaling pathway and Notch-associated diseases

Ji Jia,Li-hong Hou,Shao-yang Chen

Department of Anesthesiology,Xijing Hospital,the Forth Military Medical University,Xi^’an 710061

Abstract　The Notch signaling pathway is an evolutionarily conserved signal transduction system. Notch signaling transduces signals through receptor ligand interactions, therefore playing important roles in cellular developmental pathway including proliferation, differentiation and apoptosis.Gene mutation of some molecules in Notch signaling pathway is associated with the formation and progression of many types of diseases,such as tumor, genetic disease,autoimmune disease,and so on. Moreover，it may have different functions for different subtypes and stages of one disease．

KEY WORDS Notch signaling pathway；Notch-associated diseases

Corresponding Auther: Shao-yang Chen; E-mail:Chensy@fmmu.edu.cn

Notch信号传导通路广泛存在于脊椎动物中，在进化上具有高度的保守性。研究表明，相邻细胞可以通过Notch受体与配体的结合传递Notch信号，从而扩大并固化细胞间的分子差异，最终决定细胞命运，影响器官形成和形态发生。近年的研究还发现，Notch信号改变与肿瘤、遗传性疾病、自身免疫性疾病等多种疾病的发生发展有密切关系。对Notch信号及发生机制进行深入研究，对于治疗相关疾病具有重要的科学意义和应用价值。本文就Notch信号通路与相关疾病研究进展作一综述。

一、Notch信号通路

1.Notch信号通路的组成

Notch基因于1919年在果蝇体内发现，该基因的部分功能缺失会在果蝇翅膀的边缘造成缺口(图1)(Notch)，Notch基因由此而得名。Notch信号通路由受体、配体和DNA结合蛋白CSL3部分组成。果蝇中存在Notch受体和两个配体Delta和Serrate。哺乳动物中有4 个同源Notch受体和5个同源配体, 其中同源受体是Notch1-4,同源配体有两类: Delta 样配体, 分别为Dll-1、Dll-3、Dll-4; Serrate 样配体, 分别为Jagged-1 和Jagged-2。DNA结合蛋白CSL是脊椎动物中的CBF1、果蝇中的Su(H)及线虫中的Lag-1等转录因子的缩写。一些Notch的靶基因已被发现，包括Hes1(hairy enhance of split-1)、NF-κB（Nuclear factor-κB）、Cyclin D1、c-myc等等。所有的同源Notch受体都是Ⅰ型跨膜蛋白, 均由胞内区、跨膜区和胞外区组成。胞内区包含1个N端RAM结构域、6个锚蛋白样重复序列、2个核定位信号、1个转录激活区及1个PEST结构域,胞内区负责将Notch信号转到细胞核内。胞外区有29～36个表皮生长因子样重复序列,其中第11、12个表皮生长因子样重复序列介导与配体的相互作用。同源配体也是Ⅰ型跨膜蛋白,具有数量不同的表皮生长因子样重复序列, 保守的N端为Notch受体结合和活化所必需的DSL基序。Serrate样配体还有一个富含半胱氨酸区域, 而Delta样配体则无此区域。

2.Notch信号通路激活、转导与调节

Notch受体能够被Notch配体家族所激活。目前的研究表明，Notch信号通路的激活需要经过三步酶切过程：首先在细胞内，合成的受体蛋白单链前体分子被高尔基体内的furin蛋白酶酶切，酶切位点在Notch跨膜区胞外端的s1位点，酶切形成的ECN(extracellular Notch domain)和NTM (Notch transmembrane fragment)通过一种ca²⁺依赖的非共价键结合在一起，形成异二聚体形式的成熟Notch受体，并转运至细胞表面。当配体与胞外区结合后，Notch受体在ADAM (a disintegrin and metalloprotease)金属蛋白酶家族的肿瘤坏死因子-α-转换酶(tumor necrosis factor-α- convening enzyme，TACE)或Kuz(kuzbanian)的作用下，于S2酶切位点发生第二次酶切，释放部分胞外片段，剩余的部分粘连在细胞膜上被称为“Notch—intro TM”^〔1〕。早老素(presenilin，PS) ^〔2〕依赖的γ-分泌酶进行组成性酶切过程，发生于S3酶切位点。经过此步酶切过程，形成可溶性NICD并转移至核内。

NICD进入细胞核后，其RAM区结合CSL蛋白^〔3〕。NICD与CSL蛋白结合，将原本“协同抑制复合物”转换为“协同活化复合物”，并进而与DNA形成多蛋白一DNA复合体，激活相关基因的表达^〔4〕。Notch信号传导除了通过与CSL结合发挥作用外，还可通过非CSL依赖调控途径，调节相关基因的表达。NICD能作用的下游基因多为碱性螺旋一环一螺旋类转录因子(basic helix-loop—helix，bHLH)，如果蝇中的分裂增强子(enhancer of split，E／sp1)、哺乳动物中的HES以及HERP(HES-related repressor protein)等^〔5〕。

3.Notch信号通路的生理功能

3.1 Notch信号通路在中枢神经系统中的功能

在中枢神经系统的发育过程中,Notch信号通路通过Notch-Hes信号转导系统抑制神经干细胞分化为神经元细胞和胶质细胞, 从而维持神经干细胞的未分化状态和自我更新。在此过程中发挥关键的作用的是碱性螺旋- 环- 螺旋( basic-helix-loop-helix, bHLH) 基因。bHLH基因有抑制型和促进型两类, 前者包括Hes1、Hes3、Hes5, 后者包括math、mash1 / hash1、ngn 等。抑制型bHLH 和促进型bHLH相互协调共同调节神经干细胞的分化^〔6-7〕。当Hes1和Hes5存在时, 神经干细胞发育到晚期阶段才分化为神经胶质细胞,从而保持神经元和神经胶质细胞合适的数目和比例;当抑制型bHLH基因缺失,促进型bHLH 基因表达则相对凸显,如Hes1/Hes5联合缺陷的小鼠,神经干细胞不能维持未分化状态,过早分化为神经元, 神经胶质细胞数目减少,神经干细胞甚至消耗殆尽,导致细胞形态及脑结构异常。Notch信号通路不仅在神经发生的早期阶段起作用,而且在脑发育的晚期阶段发挥重要作用。在小鼠脑组织发育过程中,位于不同部位的细胞亚群中的Notch信号,通过不同的受体-配体-效应分子发挥不同的作用,从而调控正常的脑结构形成。

3.2 Notch信号通路在其他组织中的功能

    除神经系统外，Notch信号通路与其他组织的发育同样密切相关。Notch信号通路的改变能够影响哺乳动物干细胞的功能^〔8〕，如造血干细胞、肠干细胞、皮肤干细胞等。这些干细胞随着时间变化通过Notch信号调控子细胞的命运，以及维持细胞群形态及功能上的一致性。

Notch信号对发育中胰腺的细胞命运决定发挥重要的作用, 一方面可促进胰腺前体细胞的自我更新, 另一方面可调控外分泌谱系的定向分化。在正常胰腺发育中Notch信号的主要作用是调节上皮前体细胞的分化,同时Notch信号对成年大鼠的胰腺内分泌和外分泌细胞的增殖产生影响^〔9〕。胰腺腺泡向导管化生过程中,Notch信号通路活化并伴随外分泌腺泡转录因子的改变,从而抑制了化生的外分泌细胞的增殖。当抑制Notch信号后则细胞增殖增强。

Notch信号通路在非洲蟾蜍前肾的形成过程中发挥重要的调控细胞命运的作用^〔10〕。Piscione等^〔11〕发现在胚胎小鼠肾单位的形态发生过程中,多个Notch信号通路分子共表达在多潜能前体上皮,但具有不同的表达模式。

Notch信号通路对软骨细胞和前列腺上皮细胞的增殖、分化具有重要的调控作用。Notch信号可维持关节软骨细胞的增殖,当软骨细胞分化时,该通路中许多分子表达水平明显下降,另外,当阻断Notch信号则处于增殖状态的细胞显著减少^〔12〕。

二、Notch信号通路相关疾病

1.Notch信号通路与肿瘤

Notch信号通路的活化主要从以下两方面导致肿瘤形成：1、诱导促生长基因如cyclin D1和C-myc的表达；2、触发P13激酶/AKT等抗凋亡通路；此外，在一些组织中，Notch有促进组织生长和组织的自我更新以及维持干细胞的未分化状态的功能。

Notch信号通路与肿瘤发生的关系首先在人类急性T淋巴细胞白血病(T-ALL)的一种亚型中得以证实．该亚型表现为染色体t(7；9)(q34;q34.3)易位，使Notchl基因融入到T细胞受体β(TCRβ)基因中，形成了Notchl的活性变异体，并最终导致Notch信号的过度激活。虽然t(7；9)染色体易位仅在T-ALL的该亚型中发现，但进一步研究发现，几乎所有的T-ALL都高表达Notch1或Notch3^〔13〕。Notch2的过度表达与B细胞慢性淋巴细胞白血病（B-CLL）的发生有关，原因是B细胞的生存能力较正常时显著增加^〔14〕。因此我们可以做如下推测，Notch信号通路的非正常活化可能会使B淋巴细胞发生急性或慢性的恶变，恶变的种类与B淋巴细胞所处的分化状态相关。

不同的Notch受体在肿瘤的发生发展过程中起着不同的作用。Notch1的活化能够抑制肝癌、小细胞型肺癌以及前列腺癌的生长。此外，Notch1的缺乏会导致肝脏中Notch-/-的肝细胞自发性的生长。虽然Notch1的缺乏不会导致肝癌的发生，但是Notch1的过度表达会抑制肝癌细胞的大量增殖，因此我们可以得出假设：Notch1信号可能是肝脏中抑制肿瘤程序的一部分。Notch1的过度表达在其他组织中未必起到积极作用，Notch1及Notch配体Deltal、Jaggedl在多种神经胶质细胞瘤中过度表达^〔15〕。Notch2在许多非小细胞肺癌(NSCLC)中高表达，并对NSCLC细胞具有促进增殖作用^〔16〕。与Notch1信号相反，Notch3的过度表达能够促进体外培养的人肺癌细胞的生长以及抑制转基因小鼠肺癌细胞的分化，此外，在人胰腺癌细胞^〔17〕以及急性T淋巴细胞白血病细胞^（18）中发现了Notch3的过度表达。以上肿瘤的发生，可能与活化型Notch受体通过阻碍细胞分化、引起细胞持续增殖有关。

在原发性黑色素瘤中,活化的Notch1信号可使处于对数生长期的黑色素瘤细胞在无血清、无生长因子的体外环境中增殖, 在体内则可增强肿瘤细胞的黏附性从而具有更强的转移侵袭活性。同时活化的Notch1信号可协同MAPK和Akt途径共同促进肿瘤细胞的存活,当抑制MAPK或Akt通路则抑制了Notch1信号诱导的细胞生长^〔19〕。

神经胶质瘤中Notch1及其配体Dll-1、Jagged-1的过表达，可维持肿瘤细胞的增殖和存活^〔20〕。当用siRNA抑制其表达后, 肿瘤细胞的增殖受到抑制并诱发了凋亡。而当肿瘤细胞用Notch1或Dll-1及Jagged1预处理后再用siRNA 干扰后,肿瘤细胞的存活期明显延长,该实验可能为肿瘤的治疗提供新的作用靶点。

结肠上皮细胞Notch信号通路相关蛋白Pofut1的灭活能够引起结肠上皮细胞粘液分泌增多，引起结肠炎，炎性反应的进行可诱发结肠上皮细胞发生癌变^〔21〕。

2.Notch信号通路与遗传疾病

CADASIL 病（cerebral autosomal dominantarteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy)，又称为遗传性多发梗死痴呆病，是伴有皮质下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传脑动脉病．目前认为这种疾病是由于血管平滑肌细胞上表达的Notch3基因突变引起的。其中大部分病例与Notch3胞外域中EGF-R(富含半胱氨酸)半胱氨酸残基的缺失或者插入有关。EGF-R中保守的半胱氨酸残基对之间的二硫键保证Notch受体形成正确折叠，半胱氨酸残基的缺失或者插入会导致Notch3的构象改变，导致其在加工处理、运输过程中产生缺陷，影响其与Notch配体的相互作用^〔22〕。

Alagille综合征是一种常染色体显性遗传病，能导致包括心、肝、肾等多种组织器官的发育缺陷，以肝脏中正常胆管缺乏和肝外胆管狭窄造成的肝脏中胆汁淤积为特征，该疾病是因Jaggedl基因突变导致Jaggedl剂量不足引起的，主要表现为基因错义突变、缺失以及蛋白质的截断、剪接，使之不能产生正常的Jaggedl翻译产物^〔23〕。

局灶性皮层发育不良是一种脑发育缺陷,由于脑发育期神经元迁移和分化异常和凋亡缺陷而造成皮层结构紊乱, 出现异常的联系功能很差的巨大神经元，导致灰白质联系缺失，部分病人出现巨脑回畸形等。有研究发现, PS1 缺陷鼠由于皮层神经元过渡迁移而出现皮质结构发育不良, 伴随着卡- 雷氏( Cajal-Retzius)神经元Notch分布异常,已知卡-雷氏神经元在正常大脑软膜下短暂存在,而在皮质发育障碍脑却能长期幸存,它在新大脑皮质神经元的树突末端产生重要的突触抑制。对脑发育不良患者异常神经元和巨球形细胞脑标本进行检测发现Notch -1表达水平发生明显改变。

3.Notch信号通路与自身免疫性疾病

自身免疫性疾病的发展伴随着对自身抗原反应性的增加。胸腺中的T淋巴细胞在避免自身免疫性疾病发生中起重要作用。Notch信号通路在决定胸腺细胞命运过程中的作用已得到证实，并且已证明Notch信号通路参与了外周CD4⁺T淋巴细胞亚群的分化，包括TH1、TH2及Treg。已有众多研究表明，在多发性硬化症以及类风湿性关节炎中，TH1引起的长期炎性反应会导致人体组织的损伤^〔24〕。该观点已经被多个研究团队在多发性硬化动物模型的病理过程中证实。B.Osborne等人通过将T-bet基因转染至所研究的TH1细胞上，证明了Notch信号通路的活化促进了TH1细胞的分化；随后通过给小鼠注射γ-分泌酶抑制剂（GSI），发现T-bet的表达以及γ-干扰素的产生受到了明显抑制；在体实验证实，GSI的使用，能够明显减轻TH1介导的多发性硬化动物模型的病情进展。另一个研究团队证明了Jagged1和Delta1能够分别调节多发性硬化动物模型的预后。

三、展望

由于Notch信号传导通路的复杂性，其某些分子机制目前还不十分明确，Notch信号传导通路与疾病发展变化之间的分子机制亦有待进一步阐明。Notch信号传导通路具体分子机制的阐明可以为疾病的治疗提供精确的靶点，从而提高对Notch相关疾病治疗的针对性。

参 考 文 献

1 Yunsun Nam, Jon C Aster，Stephen C Blacklow．Notch signaling as a therapeutic target[J]．Curr Opin Chem Biol，2002，6(4)：501—509．

2 Takasugi N ，Tomita T，Hayashi I，et a1．The role of presenilin cofactos in the gamma—secretase complex[J]．Nature，2003，422(6930)：438—441．

3 Lai EC．Keeping a good pathway down：transcriptional repression of Notch pathway target genes by CSL proteins[J]．EMBO Rep，2002，3(9)：840—845．

4 Wu L，Sun T， Kobayashi K， et a1． Identification of a family of mastermind-like transcriptional coactivators for mammalian notch receptors[J]．Mol Cell Biol，2002，22(21)：7688—7700．

5 Iso T，Kedes L，Hamamori Y． HES and HERP families：multiple effectors of the Notch signaling pathway[J]．J Cell Physiol，2003，194(3)：237-255

6 Ageyama R, Ohtsuka T, Hatakeyama J, et al1 Roles of bHLH genes in neural stem cell differentiation[ J ]1 Exp Cell Res,2005, 306: 3432—3481

7 Hatakeyama J, Bessho Y, Katoh K, et al1 Hes genes regulate size, shape and histogenesis of the nervous system by control of the timing of neural stem cell differentiation[ J ]1 Development,2004, 131: 55392—55501

8 Zhiwei Wang, Yiwei Li, Sanjeev Banerjee, Emerging role of Notch in stem cells and cancer. Cancer Letters ，2009，279：8—12

9 Rooman I, De Medtsn, Baeyens L, et al1 Exp ression of the Notch signaling pathway and effect on exocrine cell proliferation in adult rat pancreas [ J ] 1 Am J Pathol, 2006, 169: 12062—12141

10 Mclaughlinka, Ronesm S, Mercolam, et al1 Notch regulates cell fate in developing pronephros[ J ]1 DevBiol, 2000,227: 5672—5801

11 Piscione T D, Wu M Y, Quaggin S E, et al1 Expression of hairy/ enhancer of split genes, Hes1 and Hes5, during murine nephron morphogenesis[ J ] 1 Gene Expr Patterns, 2004, 4: 7072—7111

12 Karlsson C, Jonsson M, ASP J, et al1 Notch and HES5 are regulated during human cartilage differentiation [ J ] 1 Cell TissueRes, 2007, 327: 5392—5511

13Axelson H． Notch signaling and cancer:emerging complexity．Sem in Cancer Biol，2004，14(5)：3l7—3l9

14 R. Hubmann, J.D. Schwarzmeier, M. Shehata, M. Hilgarth, M. Duechler, M. Dettke, R. Berger, Notch2 is involved in the overexpression of CD23 in B-cell chronic lymphocytic leukemia, Blood，2002，99：3742–3747.

15Pui-ow bw ，Haque RM ，Noe M W，et o1．Expression of Notchl and its ligands，Delta-like-1 and Jagged-1，is critical for glioma cell survival and proliferation．Cancer Res，2005，65(6)：2353—2363

16 Collins B J，Kleeberger W，Ball D W．Notch in lung development and lung cancer．Semin Cancer Biol，2004，14(5)：357—364

15 Rae F K，Stephenson S A，Nicol D L，et a1．Novel association of a diverse range of genes in renal cell carcinoma as identified by differential display．hat J Cancer，2000，88(5)：726—732

l 6 Bellavia D，Campese A F，Alesse E，et o1．Constitutive activation of NF-kappaB and Tcell leukemia lymphoma in Notch3 transgenic mice．EMBO J，2000，19(13)：3337—3348

17H. Doucas, C.D. Mann, C.D. Sutton, G. Garcea, C.P. Neal, D.P. Berry, M.M. Manson, Expression of nuclear Notch3 in pancreatic adenocarcinoma is associated with adverse clinical features, and correlates with the expression of STAT3 and phosphorylated Akt, J. Surg. Oncol. 2008，97：63—68.

18 D. Bellavia, A.F. Campese, S. Checquolo, A. Balestri, A. Biondi, G. Cazzaniga, U. Lendahl, H.J. Fehling, A.C. Hayday, L. Frati, H. von Boehmer, A. Gulino, I. Screpanti, Combined expression of pT alpha and Notch3 in T cell leukemia identifies the requirement of preTCR for leukemogenesis, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002，99：3788—3793.

19 Liu Z J, Xiao M, Balint K, et al1 Notch1 signaling promotes primary melanoma progression by activating mitogen-activated protein kinase /phosphatidy linositol 32kinase2Akt pathways and upregulating N2c adherin expression [ J ] 1 Cancer Res, 2006, 66:41822—41901

20 Kelly A,Mclaughlin, Ronesm S, Mercolam, et al1 Notch regulates cell fate in developing pronephros[ J ]1 DevBiol, 2000,227: 5672—5801

21 Sandra Guilneal, Marta Flandez, Laura Bancroft，Intestinal Deletion of Pofut1 in the Mouse Inactivates Notch Signaling and Causes Enterocolitis，GASTROENTEROLOGY 2008;135:849—860

22 Hadchouel M．Notch signalling pathway and hum an diseases．J Hepatol，2000，32(Suppl 2)：l—2

23 Spinner N B，Colliton R P，Crosnier C，et o1．Jaggedl mutations in alagille syndrome．Hum Mutat，2001，l7(1)：l8—33

24 A.D. Hartung, A. Bohnert, H. Hackstein, A. Ohly, K.L. Schmidt, G. Bein, Th2-mediated atopic disease protection in Th1-mediated rheumatoid arthritis, Clin. Exp. Rheumatol. 2003 21,481—484.