【《NUMB基因的相关分析发展国内外文献综述》5300字】

NUMB基因的相关研究发展国内外文献综述摘要NUMB基因是干细胞的重要细胞命运决定因子，可以控制细胞的命运。NUMB基因由于其特性，能够参与肿瘤信号通路，在癌症的相关通路活化中存在一定的调节作用，因此当前针对NUMB基因的相关研究主要集中在与干细胞的关系以及与肿瘤的关系探究。本文就对NUMB基因的相关研究发展进行分析，分别针对NUMB基因在干细胞中的作用机制以及在肿瘤中的作用机制进行总结综述，以期进一步加深对NUMB基因的作用。关键词：NUMB基因；干细胞；肿瘤引言当前，癌症作为一项重要的公众健康问题，已成为全球最重要的疾病之一，其发病率和死亡率逐年上升，全球每年因癌症而死亡的人数接近两百万。然而随着世界人口老龄化的发展，以及环境的改变，社会及各种压力的增加，癌症的发生发展具有年轻化的趋势[1]。因此，近年来除了传统意义上的放化疗方式，开始转向使用靶向联合化疗的方式来治疗肿瘤,而对于靶向药物的研究,从基因水平探究更多的基因和细胞通路是较好的研究策略。NUMB基因由于其独特的功能，在调控干细胞，对于肿瘤的生物学功能方面都具有重要意义。一、NUMB的相关简介Numb首先在果蝇感觉器官前体细胞中发现，它具有不对称分布和不对称分裂调节的特点，从而决定了后代细胞的命运，它是细胞命运的重要决定因素[2]。哺乳动物中的Numb表现出更复杂的功能模式，这主要与脊索动物谱系的共同祖先中Exon33的获得有关。Exon3编码Numb蛋白N端的11个氨基酸，从而产生两个不同的结构域：有或没有Exon3的磷酸酪氨酸结合（PTB）结构域。自从Exon3出现以来，人们逐渐发现Numb蛋白的PTB结构域具有与多种蛋白质结合的功能，并且还参与一些细胞膜定位和内吞和信号通路的调节[3]。2.NUMB的结构与功能NUMB家族蛋白（NFPs）是哺乳动物NUMB的总称。它们是由两个不同基因组成的同源物，包括NUMB和NUMB样编码。到目前为止，已经发现了六种NUMB马的亚型[4]。在所有子类型中，NUMB包含四个功能区。NUMB是一种具有保守结构和磷酸酪氨酸结合结构域的膜相关蛋白，它可以通过自身的PTB结构域与细胞膜位点结合。它是多细胞生物中发现的第一个决定不对称细胞分裂、确定干细胞分化方向、决定干细胞分化命运并参与细胞极性、细胞分裂方向、细胞内吞、迁移等过程调控的内源性因子。除了PTB结构域，NUMB蛋白还具有富含脯氨酸的区域（PRR）。根据编码PTB结构域和PRR的密码子的差异，PTB结构和PRR被分为四种亚型，NUMB-65、NUMB-66、NUMB-71和NUMB-72。这四种亚型在调节干细胞分化和分裂中发挥不同的作用和功能[5]。二、NUMB基因与干细胞的关系（一）NUMB基因与干细胞胚胎干细胞的发现最初源于小鼠胚泡内部细胞群内分离出来的细胞，研究证实，此类细胞在培养过程中可以无限增殖，并能保持分化成多种细胞类型及组织的潜能[6]。随着技术的进步，1998年人胚胎干细胞第一次被分离出来。人胚胎干细胞（humanembryonicstemcell,hESC）的发现开启了干细胞治疗和再生医学的新纪元，对于那些细胞来源不明确的疾病，或者成体干细胞或祖细胞无法治疗的疾病，胚胎干细胞的出现带来了新的希望[7]。在干细胞的分裂方式研究中，细胞命运决定子起着至关重要的作用。Numb是一种重要的细胞命运决定子，包含磷酸酪氨酸结合域、富脯氨酸域及Eps15同源区(DPFNPF)。Numb的一个重要特征是它的不对称细胞分配，表现为“内在”细胞极性子或细胞命运决定子。在哺乳动物和果蝇神经干细胞中，Numb被分布十细胞的顶端或基底端[8]。对于干细胞存活和分化而言，造血干细胞(Hematopoieticstemcell，HSC)和骨髓基质之间的接触发挥着重要作用。细胞表面受体Notch1可以在CD34造血前体上表达,而其配体之一Jagged1则能在骨髓基质细胞上表达。LibertyWalker等12发现，在没有重组生长因子的情况下，Jagged1-Notch通路起到保护细胞处于未成熟状态并防止其增殖的作用[9]。若一旦出现适当的刺激，Notch信号还是可以提高祖细胞的存活率。不过，由Jagged1诱导的Notch信号不能覆盖相对成熟的祖细胞对强增殖信号(IL-3、IL-6、SCF、G-CSF)的反应。Notch信号通路在调节血管生成各方面也发挥重要作用，如血管的发生，决定血管分化成动脉还是静脉，对尖端和茎细胞的规范，血管壁细胞的分化和募集，以及血管成熟度的调节等[10]。Notchl信号在造血祖细胞的谱系规范中也发挥重要作用,该信号涉及T淋巴细胞与B淋巴细胞从骨髓中常见淋巴细胞前体的分化，如JohnC.Pui等11发现激活Notchl信号后骨髓中会出现不依赖胸腺的T细胞,而且可以导致B细胞分化早期的持续阻滞。NUMB基因的靶向定位调节机制Numb的极性分布由复杂而精确的机制调节，以确保正常靶向，然后选择性地分布到子细胞。研究表明，细胞极性的建立取决于保守的蛋白质复合物（包括Par3、Par6和典型的蛋白激酶C(aPKC)[11]。Par复合物主要通过介导aPKC依赖性Lgl的磷酸化发挥作用。一些研究表明，不对称分裂期间Numb的极性分布可能与lgl活性的丧失有关。最近的研究表明，哺乳动物和果蝇Nu-mb蛋白都是aPKC的底物，aPKC磷酸化的Numb调节哺乳动物和果蝇前体细胞中N-umb的极性分布[12]。与此一致，最新研究表明，在苍蝇幼虫分裂的神经干细胞中，Lgl和aPKC之间的拮抗作用确保了干细胞的自我更新能力，并产生了神经干细胞和祖细胞，据信这两种细胞通过调节命运决定因素的不对称分布而发挥作用。在没有Lgl的情况下，aPKC激酶的活性被上调，这扰乱了命运决定因素（包括Nu-mb）的不平等分布，并诱导幼虫大脑中神经干细胞的过度产生[13]。在野生型神经干细胞中，Lgl和aPKC之间的相互拮抗机制确保Numb不均匀地分布于祖细胞。在祖细胞中，N-umb通过PTB和ACDB3蛋白结合区拮抗Notch信号。在不存在Lgl的情况下，皮质aPKC激酶的活性被上调，这使得Numb在分类神经干细胞的皮质中重新分布，从而导致Numb不足以在祖细胞中维持Notch信号。祖细胞中上调的Notch活性使祖细胞能够返回神经干细胞。此外，NumbS2D磷酸化通过恢复祖细胞中的Numb和抑制Notch活性来模拟神经母细胞表达[14]。三、NUMB基因与肿瘤的关系（一）NUMB基因在肿瘤中的作用机制NUMB的信号通路是一种高度保守的通路，在几乎所有动物中都发挥着重要作用。该信号控制细胞命运、细胞生长和分化。NUMB信号的作用是多效性的，能影响成体动物中的胚胎发生、分化和维持体内平衡[15]。NUMB信号有助于不同细胞类型的多样性并保证细胞能够各司其职。所有胚层和许多成熟阶段的细胞类型的分化受NUMB受体的定时激活控制。当NUMB信号在中胚层细胞中被激活时，心肌、内皮细胞和造血细胞的生成受到抑制，有利于壁细胞的生成。Numb表达增加可以促进Notch信号活化。Notch1基因是人体内编码单通道跨膜受体的基因，位于染色体9q34.3.上，其所编码的Notch1蛋白是人体内的一种高度保守的跨膜受体蛋白，具有参与配体结合的细胞外结构域(Notchextracellulardomain，NEC)和参与信号转导的细胞质结构域(Notchtransmembrane，NTM)[16]。Notch1蛋白通过其跨膜特性，参与人体内多种细胞和相关组织的发育过程。在进行跨膜细胞通路中，当成熟的Notch1受体蛋白被转运到细胞膜表面时，其细胞外区域的EGF样重复将与相邻细胞中的Notch1配体(Jagged1-2和Delta-like1-3-4)相互结合，导致位于其NRR区域中的S2和S3位点相继暴露,进而触发S2位点中的ADAM蛋白水解酶和S3位点中的y分泌酶的相继激活，导致细胞内区域ICN1释放，并进入细胞核，与CSL家族和MAML家族蛋白相互作用，形成ICN1-CSL-MAML复合物，激活下游转录基因。Notch1除了参与正常的细胞生命活动,Notchl基因的突变问题同和S3位点中的y分泌酶的相继激活，导致细胞内区域ICN1释放,并进入细胞核，与CSL家族和MAML家族蛋白相互作用，形成ICN1-CSL-MAML复合物，激活下游转录基因。Notchl除了参与正常的细胞生命活动，Notch1基因的突变问题同时也引发严重的肿瘤问题。研究表明，Notch1基因的突变主要与头颈部鳞状细胞癌相关[17-18]。并且Notch1基因在整个中国人群头颈部鳞状细胞癌中的突变率可高达40%。大量实验结果表明，NUMB的表达减少可能与癌症的不良预后有关。一些文献表明，NUMB是一种可以参与细胞分化和成熟、细胞间粘附和远距离迁移的分子。其表达减少可诱导Notch通路的激活，从而促进EMT的进程。EMT是指组织中的上皮细胞在某些生理或病理条件下失去其原始细胞的正常极性，其表型发生变化，表现为间质细胞表型和间质细胞的某些特征[19]。Zhang等人发现，在三阴性乳腺癌标本中，NUMB是人类乳腺上皮细胞和乳腺癌细胞中EMT的负调节因子。NUMB表达的减少意味着EMT的增加。三阴性乳腺癌（TNBC）是一种非常侵袭性的乳腺癌亚型，其特点是早期复发率高和远处转移率高。重要的原因是EMT[20]。Lau等人通过实验发现，删除MartinDarby犬肾细胞系（MDCK）中NUMB的表达使E-cadherin介导的细胞间连接极不稳定，它还可以促进肝细胞生长因子（HGF）诱导的板状伪足的形成，从而促进细胞的增殖，提示NUMB表达的减弱可能对促进细胞远距离迁移的进展具有显著影响，并在EMT的进展中发挥作用[21]。（二）NUMB基因在肿瘤中的重要作用Numb在某些癌症中起着重要作用。例如，它被认为是胰腺癌的肿瘤抑制因子。Numb转录物的选择性剪接导致两种主要异构体，其富含脯氨酸区域（PRR）的长度不同。包含48个氨基酸的12个编码外显子的亚型称为PRRL。相反，排除该外显子的亚型称为PRRS[22]。这两种异构体在管理细胞功能方面发挥着不同的作用。一些研究通过实验得知NUMB有两种剪接异构体，即长富脯氨酸区域型NUMBCPRR(L)型NUMB)和短富脯氨酸区域型NUMBCPRR(S)型NUMB)oPRR(L)型NUMB表达程度与一些种类的恶性肿瘤的癌灶大小呈正相关关系，而PRR(S)型NUMB则在癌灶中表达缺失，并且与Notch通路相关因子的表达呈负相关的关系，提示PRR(S)型NUMB可以抑制Notch传导通路，有抑制肿瘤发生的保护性作用。Notch信号通路可以看做是一种保守的配体-受体级联反应。完整的Notch信号通路由以下部分组成:Notch受体、Notch配体、细胞内效应分子、DNA结合蛋自及Notch的调节分子[23]。哺乳动物体内的Norch受体有四个(Notch1-4)4)，为单链跨膜蛋白，分子量约为300kD，具有参与配体结合的细胞外结构域(Notchextracellulardomain，NEC)和参与信号转导的细胞质结构域(Notchtransmembrane,，NTM)。NEC包含29-36个对配体结合至关重要的表皮生长因子(Epidermalgrowthfactor,EGF)样部分。EGF样部分之后紧跟着一个LIN结构域(该结构域由三个富含半胱氨酸的LIN12/Notch重复序列组成)，其可以在没有信号的情况下阻止信号传导。NTM参与两个相邻细胞之间的配体-受体相互作用，通过诱导两个连续的蛋白水解切割来激活Notch信号传导。其包含一个反式激活域(Transactivationdomain，TAD)和两个核定位信号(Nuclearlocalizationsignals,NLS)。许多研究已表明Numb激活或抑制可以导致人类多种疾病的发生发展,特别是在各种人类恶性肿瘤中发挥着重要影响,针对性的抑制或者促进Notch信号通路可以抑制癌细胞增殖、侵袭和转移，加快癌细胞的调亡。Notch参与的信号通路跟头颈部鳞状细胞癌(Headandnecksquamouscellcarcinoma，HNSCC)的关系尤为密切，对Notch信号通路的靶点进行研究能够为HNSCC的靶向治疗提供新思路新见解[24]。Numb在不同的肿瘤组织中具有不同的抗肿瘤/促癌作用。在一些肿瘤中，Numb的高表达促进癌细胞的生长。例如，在肺鳞状细胞癌中，高水平的Numb可以促进肿瘤细胞增殖和侵袭；在HCC中，肿瘤组织中的Numb水平显著高于周围正常组织，并且与不良预后相关。在乳腺癌中，Numb处于缺失状态。Numb的表达越低，乳腺癌的恶性程度越高，预后越差。Numb也参与胰腺癌的发生、发展和预后。胰腺癌组织样本中Numb的表达水平与肿瘤大小、肿瘤TNM分级和预后呈负相关，这是患者预后的独立预测因子，表明Numb可能在肿瘤抑制中发挥作用[25]。上述情况或可归咎于各类异构体的结构差异。虽然了解到Notch1基因的突变与头颈部鳞状细胞癌相关，但是目前关于Notch1基因在头颈部鳞状细胞癌，尤其具体到高侵袭性的鼻咽癌中相关通路以及相应生物学功能的研究仍较少。参考文献[1]司马晋,张保,马鑫,等.Numb基因对膀胱癌细胞侵袭和迁移能力的影响及机制研究[J].中华泌尿外科杂志,2014,35(3).[2]许汉鹏,苟琳,黄文晋,等.Numb基因在培养神经干细胞中的表达[J].中国临床康复,2003,7(19):2.[3]吴梅红(综述),王雅杰(审阅).Numb基因在乳腺癌细胞分化中的作用[J].癌症进展,2010.[4]苏杭,王保垒,朱晨光,等.Numb基因不同亚型对乳腺癌细胞MCF-7增殖和迁移能力的影响[J].上海大学学报：自然科学版,2018,24(3):10.[5]姜永波,张艳军,庄朋伟,等.Numb/Notch信号途径在神经干细胞分裂模式中作用的研究进展[J].天津中医药大学学报,2011,30(4):2.[6]毛俊,张晴晴,李连宏.Notch1,Numb和ALDH1A1在乳腺病变中的表达及其与乳腺癌干细胞相关性研究[J].2012.[7]佚名.Numb基因过表达的人胚胎干细胞系的构建与验证.2017.[8]MengYuanDai,FangFang,YouZou,XingYi,YongJunDing,ChenChen,ZeZhangTao,ShiMingChen.DownregulationofNotchlinducesapoptosisandinhibitscellproliferationandmetastasisinlaryngealsquamouscellcarcinoma.OncolRep.2015,34(6):3111-9.[9]吴梅红.Numb基因在乳腺癌细胞分化中的作用[J].癌症进展,2010(5):3.[10]田英,王双勇,赵雅,等.宫颈癌组织细胞中Numb基因表达及相关性研究[J].现代检验医学杂志,2015(6):4.[11]司马晋,张保,王保军,等.Numb基因负性调节CXCR4表达抑制膀胱癌细胞BIU-87的增殖和迁移[J].国际肿瘤学杂志,2015.[12]朱鸣阳.浸润性膀胱癌中Numb基因的功能研究及其对下游HES1等信号通路的调控[D].中国人民解放军医学院,2013.[13]司马晋,张保,王保军,etal.Numb基因上调对人肾细胞癌细胞周期和增殖的影响[J].国际泌尿系统杂志,2016(1):5.[14]陈金飚,颜醒愚.saRNA上调人前列腺癌PC-3细胞中Numb基因表达的研究[J].重庆医学,2016,45(4):4.[15]司马晋张保马鑫王保军艾青张旭.Numb基因对膀胱癌细胞侵袭和迁移能力的影响及机制研究[J].中华泌尿外科杂志,2014,035(003):226-229.[16]司马晋,张保,艾青,etal.过表达Numb基因对人膀胱癌5637细胞周期和增殖的影响[J].肿瘤预防与治疗,2016,29(1):4.[17]谢蟪旭,王萍,李龙江.Numb在肿瘤发生中的作用机制[J].口腔颌面外科杂志,2009,19(3):4.[18]司马晋,张保,毛燕新,etal.Numb基因过表达对人肾癌细胞侵袭和迁移能力的影响[J].肿瘤研究与临床,2015,27(009):582-585.[19]HoriK,SenA,Artavanis-TsakonasS.Notchsignalingataglance.JCellSci.20