Targeting Notch in oncology: the path forward
Notch信号通路历史进展
1917年，遗传学之父托马斯·亨特·摩根最先描述果蝇突变体之一——Notch。Morgan利用Notch突变(X连锁，隐性致死)的遗传模式，认为导致这种突变的基因必须由果蝇的X染色体携带。直到1983年，果蝇的Notch基因被分离出来。在随后的两年，Notch的核苷酸序列发表。接下来的研究逐渐推测出Notch蛋白是跨膜受体，在大多数情况下是由邻近细胞上表达的跨膜配体激活的。
2009年，发表在Cell的一篇综述，总结人类和小鼠一共有4个Notch同源基因和5个配体基因。Notch信号通路调节多种细胞过程，包括增殖、干细胞维持、分化和死亡。以及2014和2017年，发表的两篇综述分别总结了经典的Notch信号通路和非经典的Notch信号通路的机制。
简单地说，成熟的Notch受体是由一个跨膜亚基和一个细胞外亚基组成的异源二聚体。与来自邻近细胞的跨膜配体结合，导致受体亚基分离和跨膜亚基的蛋白水解分裂，释放Notch胞内结构域(NICD)。NICD迁移到细胞核，在那里它作为一个转录调节器，也可以有额外的非典型功能(Fig1.2)。非标准Notch信号可以由非标准配体启动，也可以在没有配体的情况下启动，也可以不需要Notch受体的裂解。一些形式的非典型信号不需要CSL，涉及与其他核或细胞质效应剂的相互作用。
Fig.2 概述Notch信号、治疗靶点和药物
Notch在癌症中的作用和靶向策略
1、Notch是致癌基因还是抑癌基因，或者两者都是？
Notch通路在发育和组织稳态过程中密切参与细胞命运的控制，在不同的组织中发挥不同的作用。在T- ALL、慢性淋巴细胞性白血病、脾边缘区B淋巴瘤、TNBC、NSCLC和唾液腺腺样囊性癌中，已发现涉及Notch基因功能突变的增加。除了获得Notch突变的功能外，在结直肠癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、胶质母细胞瘤和其他恶性肿瘤中也报道了野生型Notch信号下游通路的激活不当或失调。
Notch信号的致癌作用包括抑制细胞凋亡和促进耐药，诱导上皮间充质转化(EMT)，维持茎样表型和促进转移，但也能诱导血管生成和其他肿瘤间质相互作用，这些对单个肿瘤类型的特异性较低。也有证据表明，在某些情况下Notch可以作为肿瘤抑制因子，这意味着其机制是复杂的，且与环境有关。但也有一些例子不太清楚。例如在肝细胞癌和头颈部鳞状细胞癌中发现Notch信号既有致癌作用，又存在抑癌作用。
一个更有趣的例子是小细胞肺癌。在这些临床侵袭性神经内分泌肿瘤中，Notch可以同时作为肿瘤抑制基因和癌基因在同一肿瘤不同的细胞群(图2)。目前尚不清楚这种现象是SCLC特有的还是存在于其他肿瘤中。
2、 癌症干细胞与治疗耐药性
癌症干细胞(CSCs)被描述为一种罕见的、高度致瘤性的细胞，它既可以通过对称分裂自我更新，也可以通过不对称分裂产生更分化的、非致瘤性的子代细胞。可导致治疗耐药、疾病复发和转移扩散。推定的CSCs显示了胚胎或组织干细胞的许多特征，通常表现出一个或多个高度保守的信号转导通路的持续激活，涉及发育和组织稳态，包括Notch、Hedgehog和Wnt信号通路。有证据表明Notch信号在许多恶性肿瘤的CSCs中都是活跃的。
3、 肿瘤血管生成
长期以来，控制血管生成一直被认为是限制肿瘤进展和转移的潜在有效方法。VEGF下游的Notch信号的DLL4激活是适当的血管生成所必需的，并将血管生成与动脉形成结合起来。VEGF诱导新生毛细血管侵袭边缘尖端细胞表达DLL4。DLL4反过来激活相邻细胞中的NOTCH1，从而抑制VEGFR2和VEGFR3的表达。这降低了VEGF的反应性，促进了茎的表型并抑制了过度发芽(图3)。这意味着VEGF靶向治疗可以间接影响DLL4的表达，从而影响Notch信号。
4、 癌症免疫治疗
Notch信号通路在免疫系统的发展和稳态中发挥多种作用，Notch的药理调控在肿瘤免疫治疗中具有广阔的应用前景。Notch信号对于胸腺T细胞的发育以及一些先天淋巴细胞、边缘B区细胞、巨核细胞和细胞毒性(CD8+) T细胞的发育都是必需的。对于癌症免疫治疗的目的，Notch在CD8+ T细胞中的作用正受到广泛关注。
除了在T细胞中的功能外，Notch信号还参与了免疫微环境和癌细胞之间的串扰。如图6：在像TNBC这样的基础肿瘤中，肿瘤细胞和TAMs之间复杂的Notch依赖旁分泌循环创造了一个恶性循环，促进了免疫抑制肿瘤微环境。
5、转移
强有力的证据支持Jagged介导的Notch信号在前列腺癌、乳腺癌以及多发性骨髓瘤的转移扩散中发挥关键作用。鉴于耐药转移性疾病是这些恶性肿瘤发病和死亡的主要原因，针对Jagged配体，它们的上游调控物或下游效应物值得进一步研究。同样，靶向NOTCH3可能在一些腔内和基底样乳腺癌中有很好的应用前景。
临床中的Notch靶向疗法
在过去的20年里，已经开发了几种级别的notch靶向治疗方法，许多药物已经在临床试验中进行了评估。
1、Y泌体抑制剂
这些药物最初是作为阿尔茨海默病(AD)的研究药物开发的，因为γ分泌酶催化淀粉样前体蛋白(APP)产生β淀粉样肽。然而，由于抑制了大脑和皮肤中的Notch分裂而发生的不良事件，临床发展被停止。一些公司将GSIs用于Notch依赖性恶性肿瘤，这些肿瘤可能不需要终生延长治疗。GSIs干扰Notch激活的最后一个蛋白水解步骤，阻止NICD的释放。因此，这些药物理论上是泛Notch抑制剂。由于γ分泌酶参与了多种底物的裂解(超过90种)，GSIs不是Notch特异性试剂。
化合物：LY3039478 、PF-03084014、AL101（靶点：pan-Notch）
2、新的ADAM抑制剂
ADAM蛋白酶与多种疾病有关，包括几种类型的癌症、类风湿关节炎和AD。ADAM蛋白酶作为大量膜蛋白的脱落酶，包括Notch受体和Jagged 1，但也有大量的细胞因子。在配体介导的细胞外亚基去除后，ADAM10和某些情况下的ADAM17催化Notch跨膜亚基的切割，暴露了在异二聚体非活性的Notch受体负调控区内隐藏的ADAM S2蛋白水解位点。
化合物：INCB7839（靶点：ADAM10/17）
3、单克隆抗体、抗体-药物结合物和靶向免疫治疗
为了规避泛Notch GSI 的局限性，一些学术实验室和生物技术公司开发了对特定 Notch 受体或配体具有选择性的mAbs。
化合物：Rova-T、Rova-T versus topotecan、AMG757等（靶点：α-DLL3 ADC）
4、Y泌体调节剂
Y泌体调节子（GSMs）是修饰γ分泌酶催化活性而不作为竞争性抑制剂的小分子。一般来说，这些制剂是酶的变构效应剂，或底物结合分子，调节底物裂解。
5、新合成的化合物
一些新的合成Notch通路调节器已经被描述。CB103 (Cellestia Biotech)是一种新型的Notch转录复合物合成抑制剂，目前正处于临床开发阶段，用于治疗晚期或转移性实体肿瘤和血液系统恶性肿瘤。
化合物：CB-103 (靶点：泛Notch)
新靶标和方法
1、多肽和分子诱饵
Notch诱饵对于DLL介导或Jagged介导的信号都是特异性的。Jagged选择性诱饵可能被用于类似Jagged 1单克隆抗体的应用。
2、药物重定位
FDA批准的新用途药物具有已知毒性的潜在优势。从理论上讲，FDA批准的一种作为脱靶效应调节Notch信号的药物可能有一个相对快速的临床发展路径。
3、SERCA的抑制剂
肌浆/内质网Ca2+ ATP酶(SERCA)是一种P型ATP酶泵，运输两个钙离子交换水解一个ATP分子，以恢复腔内内质网钙水平。小分子SERCA抑制剂已被描述为NOTCH1抑制剂。Notch蛋白的正常折叠和成熟需要SERCA，而NOTCH1突变型比野生型更容易受到SERCA抑制。因此，如果能在肿瘤细胞中安全地实现SERCA抑制，很可能会影响多个途径。
4、Notch糖基化调节因子
Notch糖基化调节剂正在被积极研究。蛋白O聚焦转移酶1 (POFUT1)通过O聚焦修饰Notch受体胞外亚基中的EGF重复。通过添加N乙酰氨基葡萄糖，对岩藻糖基残基进行Fringe (lunatic Fringe, LNFG)、maniic Fringe或radical Fringe)酶修饰。这些翻译后修饰调控了Notch受体对DLL家族配体的亲和性，对Notch信号传递至关重要。
5、miRNA治疗
在癌症治疗中，miRNA作为潜在的生物标志物得到了越来越多的关注。miR-598，在结直肠癌细胞中可抑制EMT，并被预测和证实可降低Jagged 1 mRNA的表达。在其他癌症中，也有类似的miRNA有类似的功能。miRNA疗法的一个潜在优势是其多功能性。尽管如此，miRNA疗法的传递仍然带来技术上的挑战，因为裸miRNA可能有显著的毒性。
6、天然药物
除了RG3之外，有报道称一些天然产物可以调节Notch信号，尽管其确切的作用机制和分子靶点尚不明确。值得注意的是，使用系统生物学方法结合表型筛选以及人工智能，可以帮助识别天然药物的靶标。
7、病毒治疗
FDA批准T Vec可用于治疗黑色素瘤，可以选择性地调节肿瘤内的Notch信号，而不存在与系统性Notch调节相关的潜在毒性。
展望
Notch信号参与了癌症生物学的许多方面，包括血管生成、肿瘤免疫和维持癌症干状细胞。此外，在不同的癌症或同一癌症的不同细胞群中，Notch可以作为癌基因或者抑癌基因发挥作用。尽管有很好的临床前结果和早期临床试验，开发安全、有效、肿瘤选择性的Notch靶向药物用于临床的目标仍然难以实现。然而，我们对Notch信号在特定癌症、单个癌症病例和不同细胞群中的作用以及通路之间的相互作用的不断了解，正在帮助发现和发展新的研究性靶向Notch疗法。
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