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经典热门通路

Notch 信号通路在调控细胞进程、调节细胞命运方面起至关重要的作用，该通路高度依赖于上下游分子的调控，在不同的细胞环境中功能大相径庭。Notch 信号是造血、免疫细胞分化的关键调节因子之一，与多种自身免疫性疾病、肿瘤的发生和肿瘤诱导的免疫抑制有关。Notch 信号通路本身简单，但它所调控的细胞进程却相当复杂。

2022年3月24日，华中科技大学附属同济医院肿瘤科褚倩教授为通讯作者，在顶尖期刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》（IF值为38.104分）上发表题为“Notch signaling pathway: architecture, disease, and therapeutics”的综述性文章，详细阐述了Notch 信号的研究历史及在生理、病理状态下的调控机制。下面笔者将综述全文编译如下，供有兴趣的同学参考。

摘要

NOTCH 基因大约在 110 年前被发现。一些经典的研究表明，NOTCH 信号通路是一种进化上高度保守的信号传导途径。NOTCH 受体经历三次切割，并转移到细胞核中，从而调节靶基因的转录。NOTCH信号深入参与多个组织和器官的发育和稳态，通路的异常会导致疾病的发生。然而，最近的研究表明，NOTCH 信号传导是可以调节的，并且高度依赖于上下游分子。在肿瘤方面，NOTCH信号具有促进或者抑制肿瘤发展的功能。在临床试验中发现，NOTCH靶向治疗的整体效果未能达到预期。

此外，一些学者提议，在一些肿瘤中，可以将NOTCH突变作为免疫检查点阻断治疗的预测性标志物。总的来说，目前，需要从新的视角综合评估NOTCH 通路，以便应用于后续的临床诊断及治疗中。在这篇综述中，作者从 NOTCH 通路的历史、结构、调节机制、对生理发育的贡献、相关疾病和治疗应用入手，重点关注与 NOTCH 信号传导相关的经典和最新发现。同时，作者还强调了 NOTCH 信号通路对肿瘤免疫微环境和免疫治疗的作用。这篇综述不仅能帮助初学者，也能帮助专家系统彻底地了解NOTCH信号通路。

简介

1917年和1919年，研究者首次在带有NOTCH翅膀的黑腹果蝇发现NOTCH基因。随后，研究者在多种后生动物中发现了NOTCH 的同源物，所有这些 NOTCH 同源物都具有相似的结构。2020年，研究者在古人类中也发现了 NOTCH 变体，并发现 NOTCH 变体与大脑大发育相关。传统观点认为，NOTCH 通路是一种古老且高度保守的信号通路。在不同物种中，NOTCH 信号参与各种生物过程，例如器官形成、组织功能和组织修复等，异常的 NOTCH 信号改变可能会导致疾病发生。

在过去的二十年里，各种针对 NOTCH 信号的药物，已在临床前和临床环境中进行了测试，但FDA尚未批准任何药物的临床应用。最近的研究表明，与之前研究相比，NOTCH 通路要广泛和复杂得多。随着肿瘤免疫疗法的发展，NOTCH信号通路及其与抗肿瘤免疫的关系引起了科学家的关注。

本综述旨在阐述 NOTCH 信号通路的历史、结构、调节机制、与健康和疾病的关系以及治疗应用。关于 NOTCH 信号通路，本综述将专注于阐述关于哺乳动物的研究。这篇综述不仅能帮助初学者，也能帮助专家系统彻底地了解NOTCH信号通路。

NOTCH 信号通路研究历史

1917年和1919年，NOTCH基因研究者首次在具有NOTCH翼的黑腹果蝇突变体中发现NOTCH基因。在该种黑腹果蝇突变体中，NOTCH基因的单倍体不足导致它们的翅膀末端有凹口，而NOTCH基因的缺失对于果蝇来说是致命的。1983年和1985年，研究者在黑腹果蝇中分离出 NOTCH基因并对其进行测序。1986年的研究发现， NOTCH 蛋白具有跨细胞膜结构，并且发现该种蛋白含有许多表皮生长因子 (EGF) 样重复。随着在黑腹果蝇中，NOTCH信号的研究数量的增加，引起科学家对该信号通路的关注。在1988 年和 1989 年，研究者在秀丽隐杆线虫中，发现LIN-12 和 GLP-1为 NOTCH 的同源物，这两种同源物与秀丽隐杆线虫的发育有关。1990年，研究者在非洲爪蟾中，鉴定出XOTCH（黑腹果蝇NOTCH的同源物），并且克隆了哺乳动物NOTCH基因的cDNA 。自此以后，在其亲和力短视频代运营他动物身上的 NOTCH 研究开始流行起来，NOTCH 信号传导的更多细节已被阐明，因此，NOTCH 是跨后生动物的古老且高度保守的信号传导通路。

1991 年，在人类 T 细胞急性淋巴细胞白血病 (T-ALL) 中，NOTCH 基因首次发现与该疾病关联。1997 年，在Alagille 综合征 (AGS) 中发现JAG1 突变，该突变编码 NOTCH1 的配体。AGS 是一种非癌性常染色体显性遗传疾病，其特征是多器官发育异常。自这些发现以来，NOTCH与人类健康和疾病的关系得到了广泛的研究。此外，研究者还进行了相关的转化研究。2006年，第一个涉及 NOTCH 信号传导的临床试验启动，该研究使用 γ-分泌酶抑制剂治疗 T-ALL 或其他白血病，最终因患者的严重腹泻而停止，但该项研究在很大程度上促进了 NOTCH 信号的靶向治疗研究。目前，已经在临床前和临床环境中，探索了针对 NOTCH 信号通路其他成分的各种药物和抗体，但是这些药物及抗体的临床应用尚未获得FDA批准。近年来，出现了许多新的研究，例如详细的通路相关分子结构分析，复杂的调控机制分析，以及健康和疾病的多样化功能分析，突出了一些未探索领域的NOTCH 信号相关分子。NOTCH 信号通路研究的简史如图1所示. 这需要对 NOTCH 信号有深入的了解，更需要作出更多努力。

图1. NOTCH信号通路的简要历史。T-ALL，T细胞急性淋巴细胞白血病；AGS，阿拉吉尔综合征；GSI，γ-分泌酶抑制剂。

NOTCH 信号通路结构

NOTCH信号通路具有一定的特点。在膜受体和核效应器之间，由 G 蛋白偶联受体 (GPCR) 和酶联受体介导的经典信号通路具有多种中间体。然而，在经典的 NOTCH 信号通路中，没有中间体，受体经 3 次切割后，直接转移到细胞核中（图2 ）。此外，NOTCH 受体的 S2 切割，是由与相邻细胞上表达的配体触发的，这表明 NOTCH 信号传导的范围较为狭窄。NOTCH 信号涉及动物生命的多个方面，包括细胞分化、胚胎和组织发育、组织功能和修复，以及非癌症和癌症疾病。因此，了解 NOTCH 信号通路的结构是必要的。

图2. NOTCH信号通路和治疗靶点的概述。在信号接收细胞中， NOTCH受体首先在内质网中产生，然后被转运到高尔基体。在运输过程中，NOTCH受体在EGF样结构域上被糖基化（红色曲线）。然后，在高尔基体中，NOTCH受体被分裂成异二聚体（S1分裂），并运输到细胞膜。在泛素连接酶的作用下，细胞膜上的NOTCH受体通过细胞内吞成作用，形成核内体。在核内体中，具有ADAMs和γ-分泌酶的酸性环境。在核内体中，NOTCH受体通过循环作用，转运至细胞膜上，进而分裂成NICD，或运输到溶酶体中进行降解。在信号发送细胞中，NOTCH配体分布在细胞膜上，可以与信号接收细胞上的NOTCH受体结合。然而，这些配体在被Neur或Mib泛素化之前，不具有作用活性。泛素化后，配体可以被内吞，从而为结合受体产生拉力。在没有拉力的情况下，NOTCH受体的S2位点（红色标记）被NRR结构域所隐藏。因此，NOTCH受体能够抵抗ADAMs的切割作用。随着拉力的作用，NRR结构域扩展，从而暴露出S2位点进行裂解。辅助参数和拉力都是S2裂解所必需的。在S2裂解后，NOTCH受体的其余部分被称为NEXT。通过γ-分泌酶作用，NEXT可以在细胞膜上进一步裂解或被内吞成核内体。在前一种模式下，NICD被释放在细胞膜上。在后一种模式下，NEXT可以被裂解成NICD或转运到溶酶体中进行降解。总之，有三种方法可以产生NICD，分为配体独立激活、配体依赖的内吞作用独立激活和配体依赖的内吞作用激活。NICD通过易位到细胞核中，或留在细胞质中，从而与其他信号通路相互作用，如NFκB、mTORC2、AKT和Wnt。在没有NICD的情况下，CSL与辅抑制因子结合，抑制靶基因的转录。NICD一旦进入细胞核，就可以与CSL结合，招募maml，释放辅抑制子，招募共激活子，从而促进NOTCH靶基因的转录。有两种方式可以抑制NOTCH信号通路。一种方法是设计这些通路的关键成分的抑制剂，包括参与S1裂解的酶、ADAMs、γ-分泌酶和MAML。另一种是产生针对NOTCH受体和配体的抗体-药物偶联物。左上角为NOTCH配体和受体的蛋白质结构。NICD，NOTCH胞内结构域；ADAM，含有分解蛋白和金属蛋白酶结构域；神经化；Mib，NRR，负调控区；NEXT，NOTCH胞外截断；CSL，CBF-1/无毛/Lag1抑制因子；MAMLs，主样蛋白；TM，跨膜结构域；RAM，RBPJ关联模块；ANK，锚蛋白重复；PEST，脯氨酸/谷氨酸/丝氨酸/苏氨酸丰富基序；NLS，核定位序列；CoR，辅抑制因子；辅酶A，共激活因子；ub，泛素。

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NOTCH信号的受体和配体

NOTCH通路受体、配体和共体配体的结构域。图片源自于Kopan R, Ilagan MX. The canonical Notch signaling pathway: unfolding the activation mechani**. Cell. 2009 ;17;137(2):216-33. doi: 10.1016/j.cell.2009.03.045.

在黑腹果蝇突变体中，只有一种 NOTCH 受体。在秀丽隐杆线虫中，有两中 NOTCH 受体，既LIN-12 和 GLP-1 4。在哺乳动物中，有四种 NOTCH 旁系同源物亲和力短视频代运营：NOTCH1、NOTCH2、NOTCH3 和 NOTCH4 。在人类中，NOTCH1、NOTCH2、NOTCH3 和 NOTCH4 分别位于第 9、1、19 和 6 号染色体上。转录和翻译后，在内质网 (ER) 中产生 NOTCH 前体，然后转移到高尔基体中。在 ER 中，NOTCH 前体最初在 EGF 样结构域上被糖基化。糖基化包括 O-岩藻糖基化、O-葡萄糖基化和 O-GlcNAcylation，它们分别由酶 POFUT1、POGLUT1 和 EOGT1 催化。随后，在高尔基体中，O-岩藻糖被 Fringe 家族的 GlcNAc 转移酶延伸，而 O-葡萄糖被木糖基转移酶 GXYLT1/2 和 XXYLT1 延伸。NOTCH 的糖基化对其稳定性和功能至关重要。核心糖基化酶的改变会严重抑制 NOTCH 信号的活性，这些酶对进一步研究至关重要。

糖基化的 NOTCH 前体在被转运到细胞膜之前在高尔基体中经历 S1 裂解。切割总是发生在保守位点（异二聚化结构域）并由弗林蛋白酶样蛋白酶催化，将 NOTCH 切割成异二聚体（成熟形式）。在这篇综述种，以小鼠NOTCH1为例，来说明成熟NOTCH在细胞膜上的结构。

胞外结构域（N 端）种，包含 36 个 EGF 样重复序列和一个负调节区 (NRR) 。第 11 个和第 12 个 EGF 样重复序列，通常与配体相互作用，尽管一项新研究发现，细胞外结构域的更多基序参与配体结合。NRR 结构域由三个富含半胱氨酸的 Lin12-NOTCH 重复序列 (LNR) 和一个对 S2 切割至关重要的异二聚化区域组成。位于跨膜区域之后，细胞内 RBPJ 关联模块 (RAM) 域，负责与细胞核中的转录因子相互作用，在 RAM 域中观察到七个锚蛋白重复 (ANK) 域，核定位序列位于 ANK 结构域的两侧。在细胞内结构域（C 末端）的末端，存在富含脯氨酸/谷氨酸/丝氨酸/苏氨酸的保守基序（PEST 结构域），它们包含降解信号，对于 NOTCH 细胞内结构域 (NICD) 的稳定性至关重要。在哺乳动物种， NOTCH2-4 与 NOTCH1 具有相似的结构，主要在 EGF 样重复的数量、EGF 样重复的糖基化水平和 PEST 结构域的长度有所不同。细胞膜上 NOTCH 受体的水平，由组成性内吞作用控制，这一过程由泛素连接酶催化。相当数量的NOTCH受体在蛋白体中，被泛素化和降解，而其余的则在细胞膜上表达以传递信号。

在人类和小鼠种，有五种公认的 NOTCH 配体亲和力短视频代运营：δ 样配体 1 (DLL1)、δ 样配体 3 ( DLL3 )、δ 样配体 4 (DLL4)、Jagged-1 (JAG1) 和Jagged -2（JAG2），所有这些配体均具有独特的功能。例如，DLL1 可以控制细胞分化和细胞间通讯，DLL3 通过诱导细胞凋亡，来抑制细胞生长；DLL4 通过激活 NF-κB 信号通路，以增强血管内皮因子 (VEGF) 分泌和肿瘤转移；JAG1 可以促进血管生成， JAG2 可以促进细胞存活和增殖。

NOTCH 配体的结构与受体的结构部分相似。配体也是跨膜蛋白，胞外结构域包含多个 EGF 样序列，这些重复序列决定了与相应受体的串扰。配体的水平和功能也受泛素化和内吞作用控制。

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经典 NOTCH 信号通路

经典NOTCH信号通路。图片源自于Kopan R, Ilagan MX. The canonical Notch signaling pathway: unfolding the activation mechani**. Cell. 2009 ;17;137(2):216-33. doi: 10.1016/j.cell.2009.03.045.

细胞膜上成熟的 NOTCH 受体是异二聚体，异二聚化结构域在高尔基体中被切割（S1 切割）。通常，与 NOTCH 受体胞外结构域的结合，可以允许配体启动内吞作用。这种内吞作用诱导受体改变其构象，暴露 S2 切割的酶促位点。然后受体经历 S3 切割，变成效应器形式：NOTCH 胞内结构域 (NICD)。NICD在细胞质中降解或转运到细胞核中以调节靶基因的转录（图2）。

S2 裂解是唯一的配体结合步骤，对于信号通路的起始至关重要。S2裂解的结构基础如图2所示。在静默期，S2 位点（金属蛋白酶位点）被 LNR 结构域隐藏，称为“自抑制构象”。一旦与配体结合，受体就会扩展 LNR 结构域，并暴露 S2 位点进行切割。S2 切割的核心酶包括去整合素和金属蛋白酶(ADAM 10) ，及其同种型ADAM 17和ADAMTS1 ，这是药物研究的热门靶点。S2 切割的产物（较大部分），由跨膜结构域和胞内结构域组成，称为 NEXT。

NICD从细胞膜释放后，被转运到细胞核内，调节基因转录，其机制可能与NICD和输入蛋白α的核定位序列有关。然而，关于这种易位的细节，目前研究仍不清楚。CBF-1/卷曲蛋抑制剂白/Lag1 抑制因子（CSL，也称为重组信号结合蛋白-J，RBPJ），是一种普遍存在的转录因子 (TF)，它可以招募其他 co-TF ，来调节基因表达。NOTCH 信号转导的靶基因，主要由 CSL 的 Su (H) 基序决定，该基序负责与靶向DNA 结合。典型的 NOTCH 靶基因家族是 Hairy/Enhancer of Split (HES) ，该基因家族与 YRPW 基序 (HEY) 相关。

在2019年的一项研究中，研究者Kimble，使用单分子荧光原位杂交技术，研究了秀丽隐杆线虫生殖系干细胞中的 NOTCH 转录程序，发现 NICD 决定了转录激发的概率，从而决定了新生转录物的数量。然而，与经典模型相反，2018年的一项研究显示，NICD 并未在细胞核中协调同步转录反应，在黑腹果蝇中，也发现了类似的结果。NICD 促进了染色质的开放，并增强了含有 NICD 的 CSL 复合物活化，并且促进不含 NICD 的抑制性 CSL 复合物的募集。在 NOTCH 失活状态下，染色质是紧凑的，只有无 NICD（抑制）的 CSL 复合物调节转录。在 NOTCH激活 状态下，染色质松动，并与含有 NICD（激活）和不含 NICD（抑制）的 CSL 复合物结合。由于 NICD 进入细胞核后，激活复合物的数量大于抑制复合物的数量，因此 NICD 促进了靶基因的转录。进一步研究发现，核小体的更新，频繁发生在 NOTCH 响应区域，并且该过程依赖于 Brahma SWI/SNF 染色质重塑复合物。研究者Kimble发现 ，NOTCH 信号可以调节转录突发的持续时间，但不调节信号强度或突发之间的时间。目前认为，致癌 NOTCH 也可以增强重新定位，以促进基因的转录，例如 MYC。2019年，Bray 等人开发出一种新模型，有助于解释 NOTCH 信号的灵活性，尽管许多细节仍需要进一步阐明。

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非经典 NOTCH 信号通路

经典NOTCH信号通路以外的通路，也能够启动信号传导，这些通路被归类为非经典 NOTCH 信号通路。虽然在细胞膜上，成熟的 NOTCH 受体能够与配体结合，但有些受体会被内吞，从而进行更新。内吞的 NOTCH 受体可以返回细胞膜，在溶酶体中降解或在内体中激活（不依赖配体的激活）。有趣的是，内体运输也可以通过 NOTCH 信号进行调节，内体含有 ADAM 和 γ-分泌酶。不依赖配体的 NOTCH 信号激活对 T 细胞发育至关重要，典型例子是 T 细胞受体 (TCR) 介导的自亲和力短视频代运营我扩增。活化的 TCR/CD3 复合物可以激活 LCK-ZAP70-PLCγ-PKC 信号通路，随后，PKC 激活内体上的 ADAM 和 γ-分泌酶，启动 S2 和 S3 切割，从而启动 NOTCH 信号传导。激活的 NOTCH 信号可以进一步上调免疫相关基因，从而放大免疫反应信号。

不依赖CSL，NICD 可以在细胞质、细胞核水平与 NF-κB、mTORC、PTEN、AKT、Wnt、Hippo 或 TGF-β 途径相互作用，调节靶基因的转录。NICD 和 NF-κB 之间的关联，与宫颈癌、结直肠癌、乳腺癌和小细胞肺癌细胞的恶性特性相关。靶向抑制 NF-κB 通路，可能是阻断非经典 NOTCH 信号传导的有效方法。

除了上面提到的那些，还有一个新发现的非经典激活机制。在经典模型中，S3 切割是 NOTCH 受体释放 NICD ，从而调节靶基因转录所必需的步骤。然而，膜束缚的NOTCH可能会激活PI3K-AKT通路，促进interleukin-10和interleukin-12的转录。在血流介导的 NOTCH 信号传导中，是跨膜结构域而不是 NICD， 招募其他伙伴来促进内皮屏障的形成。NOTCH3 本身可以促进肿瘤内皮细胞的凋亡，这一过程不依赖于切割和转录调控。JAG1 胞内结构域可以促进肿瘤生长和上皮间质转化 (EMT)，在这一过程中，JAG1 胞内结构域不与 NOTCH 受体结合。这些非经典机制，为这种古老的信号通路提供了更多独特的功能，同时大大增加了其复杂性。

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调节 NOTCH 信号通路的机制

糖基化

NOTCH 受体在特定 EGF 样重复序列上的糖基化，对于受体的成熟至关重要，这会影响信号输出。首先，O-岩藻糖基化催化酶 Pofut1 影响配体结合。在小鼠胚胎干细胞、淋巴样细胞和血管生成细胞中，Pofut1 的消除极大地影响了 NOTCH 信号转导的配体结合。同时，催化 O-岩藻糖延伸的边缘家族蛋白的畸变也会影响配体结合。其次，NOTCH 受体的 O-葡萄糖参与 S2 切割。O-葡糖基化的改变，损害了配体结合后NOTCH受体的蛋白水解。第三，O-糖基化位点，如 EGF 12，是配体结合的重要区域，其缺失会降低 T 细胞中的 NOTCH 信号传导。此外，EGF 有助于 DLL1 介导的 NOTCH1 信号传导。靶向糖基化可以有效抑制 NOTCH 信号。

受体转运

在 S1 裂解后，大多数成熟的 NOTCH 蛋白被转运到细胞膜上。然而，到达细胞膜后，并不能保证NOTCH 蛋白的稳定性。NOTCH 受体通过由 FBXW、NUMB、ASB、DTX1、NEDD4、ITCH 和 CBL 等泛素连接酶处理，组成内吞性NOTCH。内吞的 NOTCH 可以再循环到细胞膜或被困在细胞质中。因此，受体运输可以直接影响细胞膜上 NOTCH 受体的水平。此外，细胞质中内吞的NOTCH受体可以被降解或激活。降解通常由运输所需的内体分选复合物 (ESCRT) 系统引发, 该系统的失活也为受体激活奠定了基础。然而，不依赖配体的激活机制仍然不是很清楚。内吞作用后，降解和活化之间的平衡，与下游信号传导密切相关。受体和配体在细胞膜上的特定分布，也会影响 NOTCH 信号的区域强度。

配体泛素化

与 NOTCH 受体的泛素化不同，信号发送细胞中配体的泛素化（通常由神经化 (Neur) 和 Mindbomb (Mib) 催化），是信号激活所必需的。在没有 Neur 或 Mib 的情况下，NOTCH 信号显著降低。一种解释是配体的内吞作用，促进了 S2 切割受体的 NRR 结构域的暴露。

顺式抑制

在不同细胞上表达的受体和配体，可以启动信号转导。然而，在同一细胞上表达的受体和配体，都抑制和激活整个信号通路，称为顺式抑制和顺式激活。DLL3 似乎只在顺式抑制中起作用。在体内 T 细胞发育过程中，DLL3 的缺失会增加NOTCH 的活性。DLL1-NOTCH1 可以在顺式和反式激活中发挥作用。因此，顺式和反式相互作用之间的平衡。对于信号输出至关重要。

其他调节机制

各种信号调节NOTCH受体的转录，从而调节整个信号通路，例如AKT、RUNX1、SIRT6、CBFB和DEC1。许多非编码 RNA 可以调节 NOTCH 受体的水平，例如 microRNA-26a、microRNA-26b、microRNA-153、microRNA-182 和 microRNA-34a 。一项研究发现，一氧化氮调节 ADAM17 和 USP9X 的活性，并最终调节NOTCH信号。最近一项发现，双特异性酪氨酸调节激酶2 (DYRK2) 可以磷酸化 NOTCH1 胞内结构域，以促进其被 FBXW7 降解。在经典模型中，NOTCH 信号通过细胞外结构域中受体和配体之间的相互作用来促进。然而，Suckling 等人发现，NOTCH配体的C2结构域与含有受体的细胞的磷脂膜之间的相互作用，可以调节NOTCH信号传导。这一发现，为不同配体-受体相互作用介导的 NOTCH 信号传导的多样化结果，提供了可能的解释。

器官发育和修复中的NOTCH信号

作为一种高度保守的信号通路，NOTCH的缺乏，会导致严重的胚胎致死率。NOTCH信号在胚胎发育早期活跃，但在身体发育成熟阶段，维持在低水平。它在受伤或压力条件下也会迅速增加，对于发育和损伤修复是必不可少的（图3）。首先，NOTCH信号可以促进干细胞和祖细胞的自我更新和去分化，从而维持祖细胞干性。在这些细胞中，神经干细胞和多能祖细胞 ( MPC ) 都是典型代表。NOTCH 配体和受体的不同组合，均可以促进干细胞增殖，并抑制终末分化。其次，NOTCH 信号参与细胞分化方向。基于 NOTCH 配体、受体和富含细胞的转录因子表达，NOTCH 信号传导诱导祖细胞的固定分化，例如，心脏祖细胞分化为心内膜细胞和成肝细胞分化为胆管谱系细胞。此外，NOTCH 信号对于维持正常机体的再生和损伤修复中的稳态至关重要。NOTCH 信号可以通过旁路抑制，快速调节细胞的动态转化，以维持生理稳态，典型的例子是血管生成中的干细胞，在上述细胞及肝细胞中，NOTCH通路诱导成熟细胞的分化和转化，以促进损伤修复。最后，许多配体和受体参与 NOTCH 信号传导，并在各种器官和组织中定向表达。

图3. NOTCH信号在身体发育和损伤修复中的作用。NOTCH信号通路参与调节干细胞的分化，影响器官的产生和损伤修复。NOTCH信号促进干细胞的自我更新，诱导多能祖细胞进行谱系选择，产生不同的末端细胞；当器官受损时，A型细胞被破坏，受**细胞B迅速上调NOTCH信号的表达促进自身增殖，部分再分化为A型细胞，高度激活的NOTCH通路，诱导胆管细胞富集转录因子的表达，促进多能肝细胞祖细胞向胆管上皮细胞分化。c在肝损伤时，BEC受到损伤和破坏。NOTCH信号在肝细胞中高表达，肝细胞进一步转化为双表型细胞，表现为胆道形态，最终产生新的BEC（BEC’），形成小管状结构。HPC，造血祖细胞、BEC，胆管上皮细胞；SOX9，SRY相关高迁移率组盒9；HNF，肝细胞核因子。

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NOTCH 和体细胞发生

脊椎动物的体细胞分化，以严格的顺序发生，并受分割时钟的调节。它与由 NOTCH、Wnt 和 FGF 信号调节的振荡基因的表达密切相关。NOTCH 信号触发兴奋信号，导致体前中胚层 (PSM) 转变为自我维持的循环振荡状态 。基因振荡周期与HES7 的半衰期一致，并诱发Lfng转录。LFNG作为一种糖基转移酶，可以在翻译后修饰NOTCH的胞外结构域，周期性地阻断NOTCH受体的切割，导致环状NICD 的形成。PSM是一组自持振荡单元，但其间的同步振荡，取决于NOTCH信号的传输。LFNG通过调节 DLL1 的功能，来抑制邻近细胞中 NOTCH 信号的激活。在Lfng- 敲除小鼠中，PMS 振荡无法同步，但 PMS 振荡幅度和周期不受影响。这一发现进一步表明，LFNG 是细胞间同步振荡的关键耦合因素。

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NOTCH 和骨骼发育

在MPC的生长和发育过程中， NOTCH信号通过不同的配体和受体（NOTCH1、NOTCH2、JAG1、DLL1），调节和抑制成骨细胞、软骨细胞和破骨细胞的产生，以及下游靶基因（SRY 9，SOX9）。此外，最新研究表明，抑制糖代谢，可引导NOTCH调节MPC，证明了NOTCH信号在骨骼微环境中的复杂作用。在小鼠模型中，NOTCH 信号传导的缺失，导致 MPC 耗竭和骨折不愈合。这与激活的 JAG1-NOTCH 信号传导，可以减少 MPC 衰老和细胞周期停滞有关。有趣的是，间歇性和暂时性地使用 γ-分泌酶抑制剂治疗骨折，可显著促进软骨和骨愈伤组织的形成。这表明NOTCH信号以时间和空间依赖的方式发挥其功能。

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NOTCH 和心肌发育

在心壁形成过程中，NOTCH 信号通过抑制肌生成，来调节心肌细胞与非心肌细胞的比例，从而进一步促进房室管重塑和成熟、EMT 发育和心脏瓣膜形成。在心内膜层，DLL4-NOTCH1 介导的Hey1 /2 - Bmp2 - Tbx2通路是一个复杂的负反馈调节回路，其中，过度表达的Tbx2，可以反过来抑制上游Hey表达。在缺乏关键 NOTCH 信号分子的胚胎中，EMT 发育受阻，心内膜细胞被激活，但未能分散并侵入心脏胶质细胞。NOTCH 信号传导可以影响钙粘蛋白、TGF-β 家族成员和骨形态发生蛋白 2 (BMP2) 的表达。此外，在房室管中，通过下调 VEGFR2，NOTCH 信号传导进一步诱导 EMT。研究发现，活性状态的NOTCH1在小梁膜底部的心内膜细胞中表达最高。骨形态发生蛋白 10 (BMP10) 和 Neuregulin 1 (NRG1) 是 NOTCH 信号传导的关键分子，可在小梁发育过程中调节心肌细胞的增殖、分化和正确折叠。

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NOTCH 和脉管系统发育

NOTCH4 和 DLL4 在血管内皮细胞 (EC) 上特异性表达。NOTCH 信号传导的缺陷，会导致胚胎发育过程中胚胎和卵黄囊的脉管系统出现严重缺陷，伴随多个器官的异常发育，例如视网膜、脉管系统及子宫血管。在细胞水平上，血管系统主要包括内皮细胞、周细胞和血管平滑肌细胞（VSMCs）。在缺氧等应**况下，静止的 EC 迅速转变为活跃生长和高可塑性的状态，然后通过旁路抑制，在尖端细胞 (TC) 和茎细胞 (SC) 之间动态转换。DLL4 介导的 NOTCH 信号传导和 VEGFA-VEGFR2 信号传导之间的级联反应，会诱导优势 TC 附近的 EC ，维持高水平的 NOTCH 信号传导，从而抑制它们向 TC 的分化。NOTCH信号通过反馈，调节激活Wnt通路，维持ECs之间的连接，促进血管稳定性。此外，DLL4-NOTCH 可以通过抑制转胞吞作用，来维持动脉血-视网膜屏障稳态。NOTCH信号对于 VSMC 的发育也很重要。阻断神经嵴细胞中的 Notch 信号，尤其是NOTCH2和NOTCH3，会导致血管发育不良、主动脉缺损，甚至导致出血。通过 NOTCH 信号传导，对下游转录因子PAX1、 SCX和SOX9的调节，对于调节巩膜中的祖细胞向 VSMC 分化至关重要。

NOTCH 信号传导，在内皮细胞的动静脉分化中起决定性作用。NOTCH 信号传导诱导动脉标志物 ephrin B2 表达，并抑制静脉标志物 EphB4 表达，从而调节动静脉血管的数量。在Notch1、Dll4、Hey1或Hey2等 NOTCH 信号分子功能异常突变的小鼠中，动脉发育缺陷，而静脉分化过度活跃，这导致意外出血。在血液灌注之前，可以检测到动脉中的激活NOTCH 信号。高水平的 VEGF、ERK/MAP 激酶和 Wnt 通路，可以增加 DLL4 表达，转录因子Fox1C和Fox2C促进DLL4 激活。有趣的是，EC 可以通过 NOTCH1 的感知和响应将血流动力学机械力转化为细胞内信号，促进血管发育的平衡。

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NOTCH 和造血系统发育

NOTCH信号在造血系统细胞（淋巴细胞和骨髓细胞）的分化和发育中具有重要作用。在早期胚胎发育中，造血内皮通过依赖于 NOTCH 的内皮细胞，促进造血细胞转变形成造血干细胞。NOTCH 信号是维持造血干细胞的数量和功能的基础。在淋巴细胞发育中，早期造血祖细胞 (HPC) 中的NOTCH1 或 CSL 的缺失，可导致胸腺 T 细胞发育迟缓和 B 细胞积累。其中，HES1 是关键介质。幼稚的胸腺细胞高度表达 NOTCH，幼稚细胞一旦成功通过 β 选择，就会立即下调 NOTCH1 的表达。一些学者提出，NOTCH 介导的 T 细胞发育始于胸腺前生态位。例如，胸腺外的骨间充质细胞，可以通过表面上的 NOTCH 配体与 HPC 交联，促进 T 细胞谱系的产生。用 DLL4 和 VCAM-1 ，可以通过体外工程，诱导 HSPC 衍生的 CD7+ T 细胞的产生，这些细胞在胸腺移植后，进一步分化为成熟 T 细胞。关于 B 细胞，脾边缘区 B (MZB) 细胞的发育，取决于 DLL1-NOTCH2信号通路。此外，活跃的NOTCH2信号，可以介导滤泡B细胞向MZB细胞的谱系转化，从而使成熟的B细胞亚群能够根据免疫系统的需要，快速而动态地进行转化。最近发现，先天淋巴细胞 (ILC) 的发育，依赖于 NOTCH 的活性。有趣的是，ILC 可以通过 DLL1 ，激活 MZB 细胞，从而增强抗体的产生。在骨髓细胞中，NOTCH 信号传导在巨噬细胞、树突细胞及粒细胞的发育中具有重要意义。

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NOTCH 和肝脏发育

NOTCH 信号在胆道细胞的分化和胆道形成中起关键作用。活性 NOTCH 信号传导，尤其是由 NOTCH2 和 JAG1 介导的信号，可以促进富含胆管细胞的转录因子的表达，诱导肝细胞向胆管细胞分化，并促进胆管板的形成。在SOX9肝脏特异性缺失的小鼠模型中，SOX9（NOTCH 信号的下游分子）的表达与胆管的不对称发育同步。有趣的是，在由肝脏特异性缺失引起的胆道发育延迟小鼠模型中，SOX9最终以自发消退，这证明 SOX9 通过胆道的发育在时间调节中起主要作用。

肝脏具有很强的代偿性再生能力，在代偿再生过程中，NOTCH信号反应迅速，显着上调。同时，可以观察到肝细胞向胆管样细胞的转化（图3c）。在早期肝病患者的肝切片中，可以观察到高水平表达NOTCH的双表型肝细胞。此外，在小鼠原位肝移植模型中，发现高水平的 NOTCH1（NICD 和 HES1）信号传导在缺血再灌注损伤期间对肝细胞具有保护作用，调节巨噬细胞免疫。在不完全性肝损伤中，NOTCH 信号介导兼性祖细胞的增殖和分化，从而促进胆道修复。这种损伤修复主要由NOTCH2 诱导，这与NOTCH2信号在肝脏发育过程中，肝祖细胞分化和选择中的作用的发现一致。

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NOTCH 和胃肠道发育

研究表明，NOTCH 信号传导，可调控胚胎上皮细胞的分化，而Hes1是主要的负调节因子。高度活化的 NOTCH 信号，可以促进肠干细胞向肠上皮细胞分化。抑制NOTCH信号通路，增加分泌杯状细胞的分化。此外，NOTCH/DLL1 的横向抑制和 Wnt 信号通路的协同作用，可以驱动潘氏细胞分化和随后的隐窝形成。NOTCH 信号在胃干细胞谱系选择中，具有重要功能，是维持胃窦干细胞稳态必需信号。在分化的成熟胃上皮细胞中，激活的 NOTCH 信号传导诱导其去分化。NOTCH 信号对于胰腺祖细胞的增殖，以及及其正确分化为成熟的胰腺细胞，具有重要作用。DLL1 和 DLL4 在 β 细胞中特异性表达，而 JAG1 在 α 细胞中表达。DLL1-NOTCH-HES1 信号通路可以促进多能胰腺祖细胞的生长和分化方向，而 JAG1 与 DLL1 竞争诱导则具有相反的作用。

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NOTCH 与神经系统的发育

NOTCH信号对神经原性表型具有负向调控作用。在有脊椎动物和无脊椎动物中，它的缺失会诱导神经干细胞向神经元方向分化，促进胶质细胞的产生。目前，NOTCH信号调节神经系统发育的模式有两种：（1）经典的横向抑制模型，类似于血管发育；（2）涉及HES1、NEUROG2和DLL1268的振荡表达模型。此外，除了少数胶质细胞外，NOTCH信号能促进大多数胶质细胞亚型的分化。在周围神经系统中，NOTCH信号和Hairy2之间的相互作用，对神经细胞的分化至关重要，但具体的调控机制仍不清楚。激活的NOTCH 信号，可以通路阻断三叉神经元的发生和神经的分层，从而导致大脑发育的紊乱。此外，在先天性巨结肠疾病中，NOTCH信号可以驱动肠神经嵴细胞，发育为早熟的胶质细胞。这些结果表明，NOTCH信号传导参与了神经嵴细胞的分化，但具体机制还需要进一步探索。

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NOTCH 和 其他器官或系统

NOTCH 信号在整个肺发育和损伤修复过程中，发挥重要作用。在肺发育过程中，NOTCH 信号的成分在各种细胞和组织中高度表达。抑制 NOTCH 信号，或者RBPJ 缺陷，会导致近端气道分化缺陷、杯状细胞分泌抑制以及纤毛细胞和神经内分泌细胞过度增殖。NOTCH2 是激活肺泡形态发生和维持气道上皮完整性的主要分子。NOTCH 信号可以介导基底细胞增殖和分化之间的平衡。在损伤修复中，基底细胞中的 NOTCH2 被激活，促进细胞谱系的分离，同时，促进分泌细胞的产生。

NOTCH 信号在皮肤的发育中具有重要功能。皮肤中的 NOTCH 信号，可以促进细胞分化，但是，毛囊中的 NOTCH 信号，反而抑制细胞分化、促进增殖。同时，Notch 信号传导也与纤毛细胞增殖、分化和形态发生密切相关。NOTCH 信号可以直接和间接地调节皮脂腺干细胞。在Rbpj 缺陷小鼠中，皮脂干细胞的分化受到抑制，皮脂腺（SGs）的数量减少。目前的研究显示，许多皮肤病具有 NOTCH 信号变化，例如化脓性汗腺炎、银屑病和特应性皮炎。

非癌性疾病中的Notch 信号通路

如上所述，NOTCH信号对身体发育和稳态至关重要，同时，NOTCH信号对疾病的发生发展至关重要。大多数由NOTCH突变引起的遗传性疾病的发病率较低，且缺乏有效的治疗方法。例如，脑常染色体显性动脉病和白质脑病（CADASIL），除了支持性治疗外，没有其他有效的治疗方法。在Alagille综合征（AGS）中，肝移植只能改善少数AGS患者的预后。大多数由非突变的NOTCH信号异常引起的疾病，都表现出相应的发育特征。例如，NOTCH信号可能与酒精相关的偏好有关，在非酒精性脂肪性肝病中发挥重要作用。在这篇综述中，重点关注由先天性或非基因突变引起的疾病中NOTCH信号异常的表现（表1）。

表1：NOTCH通路在非肿瘤性疾病中的作用

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与突变引起的NOTCH信号异常表达相关的疾病

脑常染色体显性动脉病和白质脑病（CADASIL）

CADASIL 综合征，是一种由 NOTCH3 基因显性突变介导的小动脉血管疾病，是成人中风和血管性痴呆最常见的遗传原因。NOTCH3 主要在 VSMC 和周细胞中表达，尤其是小动脉。在一项研究中显示，45 名具有NOTCH3致病性突变的患者，表现出 NOTCH3 的异常折叠和 VSMC 附近的渗透性颗粒沉积，并且脑动脉显示管腔直径减小。在NOTCH3基因敲除小鼠中，表现出明显的小动脉结构异常和血管平滑肌缺失。这种模拟了一些 CADASIL 血管变化，但不足以构成完整的 CADASIL 病理模型。目前，研究者已开发出一些模型，尝试模拟 CADASIL 关于血管损伤和独特脑损伤的主要病理特征。例如，将Notch3致病点突变引入 P1 衍生人工染色体 (PAC) ，以构建具有大量Nothc3致病基因组片段的转基因小鼠模型。NOTCH3 突变时具有致病性，尽管其潜在机制仍不清楚。

Alagille综合征（AGS）

AGS是一种由NOTCH信号异常，引起的常染色体显性遗传疾病，最常见的为JAG1突变（大于90%），其次为NOTCH2突变（5%）。AGS可影响全身的多个器官，导致肝脏、心脏、血管系统、骨骼、眼睛和颌面部发育不良。其中，肝损伤是最突出的，其特征是缺乏小叶间胆管和不同程度的胆汁淤积、黄疸和瘙痒。AGS是引起儿童慢性胆汁淤积的最重要原因之一。症状随着年龄的增长而改善，除了肝移植外，仍没有有效的治疗方法。据统计，在AGS中，JAG1在突变热点之外，有超过430个突变位点。同样，其表型是高度可变的，基因型和表型之间的相关性尚未研究。因此，不同的NOTCH受体和配体的变化，是如何影响AGS的发生和发展，目前的研究仍然不清楚。在利用AGS患者活检组织，建立胆道树结构缺陷模型之前，截至目前为止，还没有具有AGS特征的研究模型。一些实验表明，AGS的肝类器官可能是一种很好的人类AGS三维模型。JAG1纯合突变，常常导致小鼠胚胎致死。根据JAG1纯合突变，研究者成功构建了Jag1错义突变 (H268Q) 的纯合小鼠Ndr/Ndr，这些小鼠的胚胎致死率和所有 AGS 特征，均显著降低。在存活的小鼠中，可见典型的胆管缺失和 AGS 的其他特征，包括心脏、脉管系统和眼睛的缺陷。在患者和小鼠模型的病理组织中，研究者发现 SOX9 的表达水平与 AGS 肝损伤的严重程度呈负相关。进一步研究显示，SOX9 的过表达可以挽救 Jag1+/- 小鼠模型中的胆管丢失。过表达的 SOX9 ，可以被募集到 NOTCH2 启动子，上调肝脏中 NOTCH2 的表达，从而补偿 JAG1 配体的表达降低. 这些新的研究模型和相关的实验数据，促进了AGS的进一步研究。

先天性脊柱侧弯

先天性脊柱侧弯（CS），是指由胎儿脊柱发育不良引起的脊柱节段侧曲。研究表明，CS与遗传因素、环境因素、发育异常和NOTCH信号通路密切相关。在主要以CS-脊椎肋骨发育不良（SCD）的罕见综合征中，可以观察到NOTCH基因的改变。研究者在分析SCD患者家族的基因时，发现DLL3存在多个突变位点同时，在DLL3突变小鼠模型中，可观察到与SCD患者相似的表现。DLL3突变与脊髓肋骨发育不良之间的具有相关性，但是，仅DLL3缺失，并不能诱导完整的SCD表型。此外，Mesp2是体细胞分化过程中NOTCH的下游基因，有研究证实，其4对碱基重复序列的异常表达，与SCD密切相关。在mesp2基因敲除小鼠中，可见脊髓软骨发育不良。目前，该种小鼠模型是研究SCD的主要模型。在小鼠中，Lfng或Hes7的失活，可导致脊柱和肋骨的异常发育。同时，在患者中也发现了相应的突变。此外，在缺氧条件下，对遗传易感小鼠的环境损害，会影响CS表型表达和严重程度，这为SCD的家族表型变异提供了一个解释。

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非突变性NOTCH信号异常表达的相关疾病

非酒精性脂肪性肝炎

在健康成人的肝细胞中，几乎没有激活的NOTCH；在单纯脂肪变性患者的肝细胞中，可见NOTCH活性略有升高；而在非酒精性脂肪性肝炎（NASH）/纤维化患者的肝细胞中，NOTCH活性高度升高；由此推断，NOTCH活性与疾病的严重程度呈正相关。在NASH患者或高脂肪饮食诱导的NASH小鼠模型中，NOTCH1、NOTCH2和HES1的表达高度升高，从而激活新脂肪生成，增加肝脂肪变性。这种异常的NOTCH激活，可能是由细胞间TLR4317触发的JAG1/NOTCH信号而引起的。在肝细胞中，激活的NOTCH可通过下游转录因子SOX9上调SPP1的表达，促进肝细胞分泌骨桥蛋白表达（OPN），激活肝星状细胞（HSCs），从而诱导肝纤维化。

骨关节炎（OA）

在健康成人关节软骨中，NOTCH信号成分的表达水平较低。但在骨关节炎（OA）中，NOTCH信号表达升高。关节创伤后，关节组织中NOTCH信号异常激活，引起早期和进行性的骨关节炎样病变。然而，有研究证明，瞬时的NOTCH信号激活有助于合成软骨基质，促进关节修复。抑制NOTCH信号通路，可以显著降低OA的增殖软骨细胞。然而，抑制NOTCH信号传导，可减少MMP13表达，从而延缓软骨退行性变。最终，长期的NOTCH信号活化，导致软骨内稳态失衡及骨组织破坏。在此过程中，RBPj和Hes1发挥了主要的中介作用。总之，NOTCH信号可调节关节软骨的生理病理改变。

肺相关疾病

过敏性哮喘主要由Th2驱动免疫反应，其中，NOTCH信号可以激活关键转录因子GATA3。临床前研究发现，γ-分泌酶抑制剂（GSI）通过抑制NOTCH信号，从而抑制哮喘相关的免疫反应。NOTCH信号通路可以促进Th2细胞淋巴细胞的回归和迁移。有研究发现，NOTCH4在哮喘的发生中至关重要。反复暴露于过敏原，可在调节性T细胞（treg）中上调NOTCH4的表达，抑制Treg细胞的免疫调节作用，并激活下游Wnt和Hippo通路。

激活的NOTCH，可促进Treg细胞转化为Th2、Th17细胞，从而促进过敏性哮喘的发生。此外，在间质性肺炎患者的组织中，也发现JAG1的表达水平上调。肺组织的反复损伤可以抑制CXCR7，促进JAG1上调，导致周围NOTCH的持续激活，从而促进成纤维细胞的增殖，诱导促纤维化反应发生。在肺动脉高压中（PAH），NOTCH3介导平滑肌的过度增殖和去分化，从而促进血管的重塑。此外，在PAH中，NOTCH1可促进内皮细胞的增殖。慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种与吸烟相关的肺部疾病。研究结果表明，吸烟和PM2.5暴露，促进了NOTCH通路的激活，导致T细胞亚群的失衡和免疫紊乱，从而加重COPD。

其他疾病

NOTCH信号是CD4+ T细胞的调节因子，可导致移植物抗宿主病（GVHD）的发生。抑制NOTCH信号，可减少靶器官的损伤，显著降低GVHD的严重程度和死亡率。激活的NOTCH信号可以直接激活反应性T细胞，促进其功能。随着NOTCH信号增强，患者的B细胞受体的反应性也显著激活。NOTCH信号也参与调节肾小球滤过屏障。在肾小球内皮细胞中，NOTCH1信号通路的异常激活可抑制ve-钙粘蛋白的表达，并通过激活转录因子Snai1和Erg36，诱导蛋白尿的产生。在成人胰腺β细胞中，NOTCH信号的异常激活，特别是DLL1和DLL4，可促进β细胞的增殖。大量幼稚的、功能失调的β细胞增殖，但不能正常分泌胰岛素，从而导致葡萄糖耐受的发生。

癌症中的NOTCH信号

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作为癌症中的致癌基因

NOTCH最初在T-ALL中，被鉴定为致癌基因。随后，在各种癌症中，发现了NOTCH受体的改变（图4）。NOTCH的激活和肺癌，肺腺癌，肝细胞癌，卵巢癌和结肠直肠癌相关（表2）。NOTCH激活的模式各不相同。例如，NOTCH可以被上游信号或结构域信号激活，或者由其内部突变引起。肿瘤发生的潜在机制，包括控制肿瘤起始细胞表型，调节已知的上游或下游肿瘤相关信号因子，促进血管生成或肿瘤侵袭，调节细胞周期等。现在我们将根据癌症类型来讨论这些机制。

表2：Notch信号在癌症中的作用

血液系统恶性肿瘤

首先发现了在染色体t（7；9）的易位T-ALL中，首次发现NOTCH1的致癌作用。在超过50%的T-ALL患者中，可见NOTCH1激活突变。在小鼠模型中，造血祖细胞中NOTCH1信号的激活，可以导致T-ALL的发生发展。在机制上，T-ALL中NOTCH1的激活，涉及细胞外异二聚体结构域（HD）和/或c端PEST结构域。突变使HD不稳定，导致NOTCH1的激活。此外，突变破坏了细胞内的PEST结构域，这可以增加NICD1的半衰期。许多研究表明，NOTCH1通过调控MYC表达，来诱导N-Me的表达，从而促进T-ALL的发展。NOTCH1与PTEN的相互作用，促进T-ALL中的合成代谢途径。除了这些协同效应，NOTCH1可直接调控细胞表达

特异性的LncRNA，例如LUNAR1，LUNAR1可促进T-ALL细胞的恶性增殖。此外，NOTCH信号通路通过调节T-ALL细胞周期的G (1)期蛋白：cyclin D3、CDK4和CDK6。近年来，在一些白血病患者中，可见激活NOTCH3的突变，为血液疾病中NOTCH突变提供了新的见解。

此外，一些研究还发现，在其他血液系统恶性肿瘤中，也具有NOTCH的激活突变。约58%脾边缘区淋巴瘤病例中有激活NOTCH突变，称为NNK-SMZLs，这类病例生存率较低。在B细胞慢性淋巴细胞白血病（BCLL）小鼠模型中，NOTCH信号通路的功能障碍可减少发病率，提高生存时间。然而，激活NOTCH信号，增加了B-CLL细胞的存活率，促进化疗抵抗。在弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBCL），NOTCH通过fbxw7-ccl2/CSF1通路，参与肿瘤的生长。尽管NOTCH在大多数血液系统的恶性肿瘤中，起着致癌作用。然而，在急性髓系白血病中（AML），NOTCH通路的激活抑制了肿瘤细胞的增殖，NOTCH1和4的持续激活，导致AML生长阻滞和caspase依赖性的细胞凋亡。

肺腺癌

在肺腺癌（LUAD）患者中，已检测到NOTCH1和NOTCH3的高表达。这种改变涉及到NUMB的丢失，从而增加NOTCH活性和NOTCH1的突变。体内和体外研究发现，NOTCH1和3参与了LUAD的发生发展。这表明在LUAD中，NOTCH作为致癌基因，这可能涉及激活突变和调节肿瘤起始细胞表型的下游基因。首先，NOTCH3是kras介导的LUAD的关键驱动基因，可以激活PKCι-ELF3-NOTCH3信号通路，调控肿瘤的发生和增殖。其次，在小鼠模型中，NOTCH1和MYC的共活化，增加了肿瘤发生的可能性，诱导肿瘤形成，并促进肿瘤的进展和转移。此外，NOTCH1的激活还可以抑制p53介导的凋亡，促进肿瘤细胞的生长。然而，在鳞状细胞癌（SCC）中，NOTCH突变则有相反的影响。大多数关于NOTCH的研究，都是在非小细胞肺癌（NSCLC）中进行，且一些研究的结果具有矛盾性，所以，NOTCH在LUAD中的具体作用有待进一步研究。

图4. 不同癌症中NOTCH受体的突变频率.研究纳入了来自两个数据库的数据：MSK影响临床测序和TCGA泛癌症图谱研究，共有21289名患者。只使用了具有突变信息的样本，包括错义、截断、下框、剪接和结构变异/融合。该图显示了不同癌症类型中四种NOTCH受体的突变频率。EC、子宫内膜癌；SCLC、小细胞肺癌；ESCC、食管鳞状细胞癌；HNSCC、头颈部鳞状细胞癌；SGC、唾液腺癌；胃腺CAC、结直肠癌、结直肠癌食管腺癌CSCC、宫颈鳞状细胞癌NSCLC、非小细胞肺癌BUC、膀胱尿路上皮癌HCC、肝细胞癌、乳腺癌、肾细胞癌、肾细胞癌、CCA、胆管癌、卵巢癌、卵巢癌、PAC、前列腺腺癌。

结直肠癌

在正常肠道的发育中，NOTCH信号是必不可少的。例如，NOTCH信号调控结肠杯状细胞和干细胞的分化。在人类中结直肠癌（CRC）组织，NOTCH显著上调配体（DLL1、DLL3、DLL4、JAG1、JAG2）的表达，同时，也可见异常NOTCH受体（NOTCH1）的激活。异常的NOTCH激活与较差的预后及远处转移相关。通过miR-34a和Numb抑制NOTCH通路，可抑制结肠癌的增殖和肿瘤干细胞的分化，这表明NOTCH的激活，可以促进结直肠癌的发展。异常的NOTCH信号促进了CRC细胞的侵袭和转移，这可能是通过NOTCH-DAB1-ABL-TRIO通路、EMT和TGF-β依赖的中性粒细胞实现的。一方面，NOTCH通过激活ABL酪氨酸激酶和磷酸化RHOGEF蛋白TRIO。另一方面，NOTCH信号可以通过重塑肿瘤微环境和调节相关的反转录因子，如SLUG和SNAIL，从而促进肿瘤的发生。

乳腺癌

非突变的NOTCH信号相关蛋白，如NOTCH1和JAG1，与乳腺癌预后不良相关。在小鼠模型中，Notch1和Notch4的突变，可促进乳腺上皮癌变。此外，在乳腺癌中，还发现了NOTCH基因家族的功能复发性重排，这些细胞对NOTCH抑制剂敏感。在HER2-表达的乳腺癌细胞中，NOTCH的激活可促进化疗耐药性。NOTCH信号表达的异常增加，与NUMB表达缺失相关，NOTCH信号对乳腺癌发生的影响可能来自于多个方面。首先，NOTCH信号具有肿瘤干细胞特性，促进乳腺癌细胞的产生。第二NOTCH信号可影响乳腺癌微环境，特别是肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）。此外，NOTCH信号可以被ASPH-Notch信号通路激活，促进肿瘤相关的外泌体合成，从而促进乳腺癌的远处转移。

卵巢癌

在卵巢癌中，大约有23%的患者存在NOTCH信号的改变。有研究显示，NOTCH1和NOTCH3可以直接促进卵巢癌的发展。NOTCH3的过表达与细胞增殖和凋亡抑制有关，涉及肿瘤的转移和复发。在卵巢癌中，NOTCH3与JAG1、JAG2的表达呈正相关，NOTCH3通过JAG1-NOTCH3激活，介导卵巢癌的发生，这需要动力蛋白依赖性的内吞作用。小在鼠卵巢癌模型中，NOTCH2/NOTCH3及其他NOTCH信号分子，通过抑制JAG，激活VEGFR2启动子的甲基化，从而促进卵巢癌的血管生成。

肝细胞癌

在肝细胞癌（HCC）中，NOTCH信号的作用是不太明确的。最近，在一些HCC亚型中，发现NOTCH的激活，这些病例具有独特的分子和临床病理特征，且并NOTCH的激活与预后不良相关。NOTCH的激活可以促进********2的激活，这有助于肝细胞癌中血管的生成。此外，NOTCH激活促进HCC中EMT的进展和远处转移。然而，近期的一些研究发现，NOTCH的激活减缓了HCC的生长，并提示良好的预后。该基因中的NOTCH靶基因HES5的突变，可以同时具有致瘤性和抗肿瘤性的基因功能。NOTCH1和P53突变状态之间具有密切关联。其中，NOTCH1的激活增加了P53 WT HCC细胞的侵袭性，然而，NOTCH1的激活却降低p53突变的HCC细胞侵袭性。尽管在HCC中显示出矛盾的功能，目前主流观点认为，NOTCH仍然主要是致癌因素。

胶质瘤

传统观点认为，NOTCH信号可导致神经胶质瘤的发生，因为它维持着胶质瘤干细胞活性。在体外和体内实验中，抑制脑微血管内皮细胞中NOTCH配体，或用γ-分泌酶抑制NOTCH信号通路，可以抑制胶质瘤的生长。Notch1在大脑中具有潜在的致癌作用，并且与其他致癌因素相关联，如在成神经管细胞瘤小鼠模型中，P53的缺失，导致NOTCH1的激活，从而激活SOX2，增强了胶质瘤干细胞侵袭性。与此同时，NOTCH还能诱导lncRNA和TUG1的表达，维持神经胶质瘤干细胞的活性，促进其向肿瘤细胞分化。此外，NOTCH1信号通路通过调节CXCL12/CXCR4趋化因子系统，促进了神经胶质瘤的侵袭和生长。然而，一些研究发现，在胶质瘤小鼠模型中，RBPJ的失活，NOTCH1，或NOTCH2受体的激活，可抑制小鼠肿瘤的生长。这种在神经胶质瘤中的NOTCH亚型特异性作用，可能与P53有关。总体上，NOTCH信号通路可作为致癌因子或作为肿瘤抑制因子，在不同的神经胶质瘤亚型中发挥作用，其机制还需要进一步的研究探测。

其他癌症

在唾液腺的腺样囊性癌（ACC）中，经常发现激活NOTCH1和NOTCH2 突变。在ACC患者的临床实验中，NOTCH1抑制剂具有显著的抗肿瘤疗效。在ACC异种移植物（PDX）模型中，NOTCH突变和扩增，可以激活MYB信号通路，这可能是一个ACC的潜在驱动机制。激活的NOTCH1促进产生CD133（+）的ACC细胞，这种细胞是ACC的肿瘤干细胞。在透明细胞肾细胞癌（CCRCC）中，可见NOTCH配体和受体的过表达。激活的NOTCH1，会导致肾小管上皮的异常增生。在一些体内和体外实验中，γ-分泌酶抑制剂均可抑制CCRCC细胞增殖。

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NOTCH在癌症中作为一种肿瘤抑制因子

NOTCH可能作为一种肿瘤效应物，参与许多肿瘤的发生发展。但是在一些肿瘤中，NOTCH也可以作为肿瘤抑制因子，如鳞状细胞癌（SCC）和神经内分泌肿瘤（图4，表2）。抗肿瘤机制包括调节转录因子、激活下游抑制基因、抑制细胞周期等。根据对其抗肿瘤作用的研究，NOTCH作为致癌基因的传统观点受到了挑战。

神经内分泌肿瘤

NOTCH现在被认为是神经内分泌肿瘤（NETs）的抑制因子。小细胞肺癌（SCLC）是最常见的肺NET类型，一项研究应用全面的基因组图谱分析技术，发现有25%的SCLC病例存在NOTCH的失活。最近的一项研究使用了一种多组学的方法，分析NSCLC和SCLC，本研究发现，在SCLC中，均不同程度地出血NOTCH信号的下调，表明在SCLC中，NOTCH具有抑瘤作用。此外，在SCLC和肺癌类癌中，可以检测到DLL3的高表达，该因子通过顺式抑制，下调NOTCH信号通路。在SCLC小鼠模型中，激活Notch1或Notch2，可降低突触素的表达，从而抑制细胞周期。同样，在甲状腺髓样癌（MTC）中，NOTCH1蛋白表达缺失，而NICD1的表达，可抑制MTC细胞的增殖。在胃、肠、胰腺NET中，可见NOTCH表达减少。在机制上，一些研究认为，这种抗肿瘤的发生，可能是由NOTCH-ASCL1--P53介导的肿瘤抑制途径引发的。而一些学者认为，激活NOTCH，可以通过细胞周期阻滞，从而抑制细胞生长。NOTCH也抑制SCLC的肿瘤干细胞。在一些临床实验中，靶向DLL3的药物可显著抑制SCLC的生长及远处转移。

鳞状细胞癌（SCC）

在SCC中，可检测到NOTCH1、NOTCH2和NOTCH3的失活。在40%的头颈部鳞状细胞癌症（HNSCC）病例中，发现有失活状态的NOTCH1。在皮肤鳞状细胞癌（cSCC）中，NOTCH受体可发生突变，从而导致通路功能丧失或功能下调。同样，在肺SCC中，也发现了NOTCH1和NOTCH2的功能障碍。在膀胱、食管及宫颈的鳞状细胞癌中，也发现了类似的现象。在SCC小鼠模型中，诱变NOTCH1突变，导致肿瘤负荷增加。，促进鳞状细胞癌的转移。此外，在γ-分泌酶抑制剂的相关临床实验表明，抑制NOTCH中的S3裂解，可能会增加皮肤癌的患病风险。在鳞状细胞癌中，大多数关于突变的NOTCH研究表明，NOTCH功能依赖于上下游通路。例如，NOTCH的功能，可能会受到P53通路及内在转录抑制蛋白RBP-Jκ440的影响。然而，具体的作用机制目前尚不清楚。然而，一些研究认为，在鳞状细胞癌中，NOTCH信号可以维持SCC干细胞表型。NOTCH1表达的降低，也会导致细胞周期相关基因表达失调。

胰腺导管癌（PDAC）

大量的研究表明，在PDAC，均不同程度的存在NOTCH缺失。在PDAC小鼠模型中，NOTCH1的激活可以抑制胰腺导管上皮癌变。此外，在PDAC小鼠模型中，NOTCH1缺失可激活KRAS，从而诱导PDAC的进展。这些研究提示NOTCH作为PDAC抑制因子而存在。然而，近期的几项研究表明，NOTCH在PDAC发生发展中的具有致癌作用。在PDAC中，NOTCH信号激活，可以引起癌前PDAC细胞的生长。

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肿瘤微环境中的NOTCH信号通路

肿瘤微环境（TME），是指在肿瘤生成和发育过程中，肿瘤细胞周围的相关因素，包括各种免疫细胞、成纤维细胞、细胞外细胞基质（ECM）成分和血管系统。NOTCH信号深入参与调节TME。

免疫细胞中的NOTCH信号通路

在TME中，免疫细胞可分为两类，炎症（肿瘤抑制）免疫细胞和免疫抑制（肿瘤促进）免疫细胞，NOTCH信号在两种细胞类型中都起着重要作用。NOTCH信号不仅决定了信号免疫细胞的分化，也调节它们功能状态。

树突状细胞（DC）

在具有CD11c谱系特异性的小鼠模型中，Dll1、CD8+ T细胞减少，调节性T细胞（Tregs）和骨髓来源的抑制细胞（MDSCs）增加，从而导致肿瘤生长速度加快。DLL1类似物在小鼠模型中，可以逆转DLL1缺陷诱导的免疫抑制。然而，在CD11c谱系特异性缺失的小鼠中，JAG2不显示这种表型，使用JAG1-竞争性拮抗剂，可减少Treg数量，从而提高抗肿瘤免疫能力。在与结肠炎相关的结肠直肠癌（CRC）模型中，Notch2缺失可以损害树突细胞（DC）分化，减少DC迁移，并其抑制抗原呈递能力。总之，对于DC，NOTCH配体（DLL1）和受体（NOTCH2）均起阳性作用，而JAG2起负作用，NOTCH信号对DC的分化和成熟至关重要。目前，研究者应用小鼠和人造血祖细胞的cDC1s，开发了一种提高dll1产量的方法，这对于自体疫苗接种，具有应用价值。

CD8+ T细胞

在初始CD8+ T细胞分化为效应T细胞的过程中，DLL1-NOTCH1/2通路是必要的，因为它调节转录因子真皮层蛋白的表达（EOMES）和效应分子（颗粒酶B和穿孔素）。选择性激活DLL1/4-NOTCH，可以抑制肿瘤生长。除此之外，NOTCH信号通路参与了TCR介导的T细胞自身扩增(“非典型NOTCH”信号通路”）。活化的TCR/CD3复合物，可以直接促进NOTCH受体的分裂，启动CD8+ T细胞的反应。腺苷A2A受体（A2AR）的**，可以降低TCR介导的NOTCH活性，抑制A2AR可以促进CD8+ T细胞应答反应。在人类肺组织驻留记忆T细胞（TRM细胞）中，NOTCH信号对其功能具有重要作用，从而协助肿瘤生长。NOTCH信号也对CD8+ T细胞有负面影响。NOTCH信号上调CD8+ T细胞的PD-1表达，从而促进T细胞耗竭，抑制NOTCH信号通路，可以降低CD8+ T细胞的PD-1水平，促进肿瘤浸润性CD8+ T细胞的细胞毒性。总的来说，在抗肿瘤免疫方面，CD8+ T细胞上的NOTCH受体发挥了积极的作用。T细胞上的受体，可以用于自体T细胞转移治疗。当前嵌合抗原受体T（CAR-T）细胞的治疗挑战，是CAR-T细胞的衰竭。鉴于此挑战，研究人员设计了新的CAR-T细胞，该细胞膜表明具有合成的NOTCH（synNOTCH）受体负。这种新型 CAR-T细胞，不仅促进免疫反应，也保持较高比例的效应T细胞。

图5：抗肿瘤免疫中的NOTCH信号通路。NOTCH信号在抑制和促肿瘤免疫细胞中起着重要作用。NOTCH信号通路促进了许多免疫细胞的分化。DLL和JAG介导了相似和不同的效果。DC，树突状细胞；CD8T，CD8+ T细胞；MDSC，骨髓源性抑制细胞；CD4T，CD4+ T细胞；Th1；1T辅助细胞；Th2型，2T辅助细胞；调节性T细胞；TAM，肿瘤相关巨噬细胞；PD-1，程序性死亡-1；EOMES，表皮蛋白；GZMB，颗粒酶B；DLL，delta样配体；CCL2，C-C基序趋化因子配体2。

CD4+ T细胞、B细胞和NK细胞

不同的配体介导的NOTCH信号通路，也能诱导CD4+ T细胞的进一步分化及其后续功能。DLL介导的NOTCH信号通路可以促进1型T辅助细胞（Th1）的分化，而JAG1/2介导的NOTCH信号通路，可以诱导Th2和Treg细胞的分化。用GSI阻断NOTCH信号通路，严重损害了Treg的生成和免疫抑制功能。然而，Charbonnier等人发现，NOTCH成分的缺失，增强Treg的免疫抑制功能，转基因过表达NOTCH1胞内结构域，则损害了Treg的适应性。由于NOTCH信号在Treg的生成和功能中发挥着多种多样的作用，因此区分不同的信号接受细胞、配体和受体，可能具有重要意义。DLL1-NOTCH2信号通路也介导脾脏MZB细胞的发育。在癌症患者中分离出的NK细胞，NOTCH受体表达水平低于健康供体的水平。

肿瘤相关巨噬细胞

首先，对于肿瘤相关巨噬细胞噬菌体（TAMs）的终末分化，NOTCH信号是必要的。在单核细胞谱系中，CSL的缺失可以消除TAM分化和功能。最近的一项研究发现，抑制NOTCH信号阻碍了TAMs的分化，同时通过上调Wnt/β-catenin信号通路，增加枯否细胞样TAMs（kclTAMs）的分化。其次，在基底样乳腺癌（BLBC）中，NOTCH信号参与TAMs的招募。BLBC细胞中，JAG1-NOTCH1/2/3信号促进分泌IL-1β和CCL2，招募TAMs进入TME。同时，TAMs分泌转化生长因子-β（TGF-β），诱导JAG1，激活TGFβR1-SMAD2/3通路，这个旁分泌环有助于抑制免疫BLBC的微环境，为BLBC的治疗提供了一种可行性策略。第三，NOTCH信号调节极化M1样（肿瘤抑制）和M2样（肿瘤促进）TAM的相互转化。在内分泌耐药乳腺癌细胞种，JAG1-NOTCH信号导致TAMs向M2样表型的分化，促进肿瘤对内分泌治疗的耐药性。在弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBCL）中，NOTCH信号通过CREBBP/EP300-FBXW7-NOTCH-CCL2/CSF1通路，介导TAMs的M2极化。然而，在抗感染免疫中，NOTCH信号可以促进巨噬细胞的M1极化和抗癌免疫。在移植相关肿瘤种，巨噬细胞NOTCH信号不足，导致TAM具有M2表型；而巨噬细胞强制激活NOTCH信号后，巨噬细胞显示M1表型，并促进肿瘤收缩。

髓系来源的抑制细胞

类似于它在TAMs中的作用，NOTCH信号也参与MDSCs的分化和趋化。在肿瘤源性MDSCs种，JAG1/2通过激活NFkB-p65通路，促进肿瘤免疫微环境的形成。抗JAG1/2抗体，可降低MDSCs的积累和耐受性，同时也可以抑制免疫抑制因子精氨酸酶I和iNOS的表达，从而恢复有缺陷的抗肿瘤免疫。除了免疫调节功能，NOTCH信号也参与MDSC介导的肿瘤细胞行为调控。在CD11b+JAG2+的MDSCs中，NOTCH信号启动肿瘤细胞的EMT程序，促进肿瘤转移。在分叶核MDSCs（PMN-MDSCs）中，PMN-MDSCs通过NOTCH信号，与循环肿瘤细胞（CTCs）相互作用，增强肿瘤的扩散和转移。在乳腺癌中，MDSCs激活肿瘤细胞中的NOTCH信号，促进肿瘤细胞的增殖及侵袭。综上所述，NOTCH信号通过促进MDSCs的免疫抑制功能，从而促肿瘤的发展，针对JAG1/2的治疗策略，可能是很有前途的策略。

肿瘤相关中性粒细胞

在结直肠癌中，NOTCH1信号通路可促进CXCL5和TGF-β的分泌，招募肿瘤相关中性粒细胞（TANs），驱动肿瘤的转移。此外，表达JAG2的TANs通过NOTCH信号通路，损害CD8+ T细胞的细胞毒性。同时，NOTCH信号也可以促进癌症相关成纤维细胞（CAF）的增殖和细胞外基质（ECM）的形成。

癌症相关成纤维细胞和细胞外基质中的NOTCH信号

一方面，NOTCH信号通路参与了癌症相关成纤维细胞（CAFs）的分化。在角质形成细胞相关肿瘤中，NOTCH信号的缺失，促进CAF分化。然而，在结肠癌和前列腺癌中，CAF的分化，是由NOTCH信号激活启动的。此外，CAF还可以激活癌细胞中的NOTCH信号，促进多种恶性表型的进展，例如，肿瘤干细胞表型、化疗耐药、转移和复发。ECM成分，如纤维蛋白-1、纤维蛋白-3、微纤维相关糖蛋白2（MAGP2）和层粘连蛋白α5（LAMA5），也可以调节癌细胞中NOTCH信号。此外，有研究发现，在PDAC细胞中，激活的NOTCH信号可以通过外泌体的方式，导致ECM的重塑，从而促进肿瘤的肺转移。

肿瘤血管系统中的NOTCH信号

在内皮细胞中，DLL4-JAG1平衡，对肿瘤血管系统的生成具有重要意义。当DLL4被抑制时，小血管分支发芽，肿瘤血管密度增加，血管功能仍然较差，肿瘤整体灌注减少，从而肿瘤生长受到抑制。这种对肿瘤血管系统的影响，可用于抗肿瘤治疗。激活NOTCH受体后，JAG1通过竞争DLL4，促进血管生成。在乳腺癌中，JAG1可诱发肿瘤血管生成，从而促进肿瘤生长。此外，在结肠癌中，NOTCH的激活促进肺转移，然而，内皮细胞NOTCH1的活化，减少了细胞间粘附分子-1表达和内皮肿瘤细胞的粘附，从而抑制了肿瘤的肝转移。放射治疗期间，内皮细胞NOTCH1激活，通过减轻放疗诱导的损伤和调节内皮细胞间充质转化，保护肿瘤血管。NOTCH3作为一个内皮中的受体，诱导内皮细胞凋亡，这一过程可被JAG1阻断。此外，在VSMC-DA中，NOTCH阻断抑制了收缩表型，促进分泌表型，从而增强肿瘤细胞的侵袭和增殖。

NOTCH靶向治疗

作为人类的一种经典和基本的信号通路，对大多数组织的发育和稳态至关重要。如上文所述，NOTCH信号通路的失调会导致各种疾病发生。几十年来，人们一直在寻找以NOTCH靶向的治疗策略，许多药物都在临床前阶段进行研究或在临床试验中进行测试。最近在免疫和炎症疾病领域中，NOTCH信号已被研究作为治疗靶点。作者将根据所采用的机制，介绍正在进行的或已完成的NOTCH靶向治疗的研究（表3）。

1

裂解抑制剂

S1裂解

NOTCH受体的前体，需要高尔基体中的S1切割，才能与其配体整合。肌内质网Ca2+-ATPase（SERCA），是调节这一过程中ATP依赖性钙泵的重要辅助因素。SERCAs的故障，损害了NOTCH信号传导。在T-ALL和其他恶性肿瘤中，突变的NOTCH1蛋白作为致癌基因，使SERCAs成为潜在的治疗靶点。他精蛋白是一种植物来源的化合物，可抑制哺乳动物细胞中的SERCAs，已经进入乳腺癌和白血病的临床前实验阶段。CPA、CAD和其他具有较低脱靶毒性的SERCA小分子抑制剂，已在实验室进行研究，目前并没有进入临床试验。

S2裂解

S2的切割发生在配体-受体结合域，介导外结构域脱落，调节NOTCH信号的传输速度。ADAM10或ADAM17可以用来防止S2的切割和NOTCH信号传递，因为它们是S2切割的关键酶。与SERCA抑制剂类似，ADAM抑制剂针对整个NOTCH通路。针对ADAMs的小分子药物已经在非小细胞肺癌、肝细胞癌、肾癌、乳腺癌和系统性硬化症中进行了研究。其中一些抑制剂已经在体外和动物实验中显示出抗NOTCH活性，但尚未有临床试验启动。

表3. NOTCH通路靶向抑制剂

S3裂解

NOTCH从细胞外到细胞内的信号传递，很大程度上依赖于γ分泌酶复合物介导的S3裂解，这表明它有希望通过调节γ分泌酶的功能，用于治疗。

γ-分泌酶抑制剂

γ-分泌酶调节剂

γ-分泌酶调节剂（GSMs）的研究起始于2011年。作为GSIs的优越选择，GSM的目标是来修饰γ-分泌酶的催化活性，而不是非选择性地抑制它，从而维持NOTCH信号功能。在T-ALL中，靶向PSEN1的选择性抑制剂MRK-560γ-分泌酶复合物，可以有效地减少突变体NOTCH1的加工，引起细胞周期阻滞。然而，该种抑制剂却没有相关的肠道毒性。GSM仅作为设计用于AD的药物，调节淀粉样蛋白β（Aβ）肽的生成，而不影响NOTCH的功能。

2

抗体-药物偶联物

鉴于抑制整体NOTCH通路的严重不良事件，对此，针对不同受体和配体的抗体，可以实现NOTCH信号的精确靶向治疗。在NOTCH信号通路中，有5个配体和4个受体。虽然每个组成部分的作用尚不完全清楚，但与特定疾病相关的功能已得到证实，使其成为潜在的治疗靶点。

针对配体的抗体

JAG1

如之前报道的，JAG1的表达上调，增强了多种恶性肿瘤的增殖和血管生成，包括肾上腺皮质癌、乳腺癌和前列腺癌。这些病理机制，使JAG1成为一个很有前途的靶点，而针对JAG1的单克隆抗体，已经在乳腺癌、卵巢癌和其他恶性肿瘤中进行了研究。15D11是最有前途的抗JAG1单克隆抗体之一，已经在临床前阶段进行了研究；15D11可以增加化疗敏感性，减少骨转移瘤，最重要的是，副作用较为轻微。

DLL3

DLL3是NOTCH信号的抑制性配体，在小细胞肺癌（SCLC）和其他高级别神经癌作为关键驱动基因，表达升高。在SCLC和大细胞神经内分泌癌（LCNEC）中，DLL3定向抗体-药物偶联物（ADC）诱导持久和安全的反应。2017年，首个ADC罗伐妥珠单抗替西林（Rova-T）研发成果并进入临床实验，DLL3高表达患者对Rova-T的治疗反应性较好，尽管有少数病人发生了严重的药物相关不良事件。但是，复发/难治性SCLC患者接受Rova-T治疗后，并未改善患者的总体生存时间。Rova-T作为一线铂类化疗后的维持治疗药物，与同期标准二线相比化疗后，在治疗复发/难治性SCLC，Rova-T显示更短的总体生存时间和更低的安全性。临床前实验结果显示，Rova-T和免疫检查点抑制剂联合治疗是失败的，伴有严重的毒性反应。虽然上述研究没有满足研究者的预期终点，几乎所有的研究都表明，这种治疗策略具有局限性，提示研究者要对患者进行分层，探索适当的生物标志物。研究人员试图进一步探索与dll3靶向抗体相关的新药物。在IDH突变胶质瘤中，显示DLL3的选择性和同质表达，研究人员在临床实验中发现，IDH突变胶质瘤对Rova-T敏感。此外，一些针对DLL3新药物的试验，正在积极招募患者，比如AM757和HPN328。

DLL4

DLL4是肿瘤血管生成的重要调控因子，在人类肿瘤中被广泛激活。特定的DLL4封闭，通过促进非功能性肿瘤血管生成和广泛的肿瘤坏死，来抑制肿瘤的生长。REGN421，一种单克隆抗体，靶向抑制DLL4，在卵巢癌中具有抗肿瘤作用。在REGN421的I期临床试验中，大部分患者的肿瘤体积减小，不良反应较少。另一种抗dll4抗体Demcizu单抗，在I期临床实验中，存在显著的心脏毒性。但是，联合使用地珠单抗紫杉醇，可提高患者的总体生存时间。目前，新开发的DLL4抑制抗体-纳维西珠单抗（OMP-305B83），已经进入Ib期临床试验中。

JAG2/DLL1

JAG2可以促进细胞存活和增殖，与NOTCH2、造血干细胞和祖细胞（HSPCs）相互作用。此外，JAG2的高表达，促进了癌症的发展，例如，肺腺癌和膀胱癌。DLL1对B淋巴细胞的发育和分化至关重要。这两种配体是很有希望的治疗靶点，但是，靶向这些配体的药物尚未见报道。

针对受体的抗体

NOTCH1

在T-ALL中，突变的NOTCH1诱导细胞增殖。它还可以作为结直肠癌、胶质瘤和其他恶性肿瘤的致癌基因，使其成为一个可能的抗肿瘤靶点。在I期临床试验中，一种名为妥珠单抗的靶向NOTCH1的单克隆抗体，在实体肿瘤和淋巴细胞恶性肿瘤患者中进行了检测。除了激活肿瘤外，NOTCH1还促进了依赖于Treg的免疫反应。在临床前试验中，选择性抑制NOTCH1的药物，可以增强Treg功能，抑制炎症性关节炎进展，并调节移植过程中的免疫反应。

NOTCH2/NOTCH3

NOTCH4

NOTCH4在不同类型的癌症中的功能不同。NOTCH4的过表达，在某些情况下，被认为是不良预后的标志物，而在其他情况下，它是良好预后的标志物。目前还没有针对NOTCH4的成熟药物。

3

转录阻断剂

NOTCH信号的最后一部是激活靶基因的转录。针对下游介质的治疗，仍未被探索。NOTCH转录取决于NOTCH三元配合物（NTC），它包含DNA结合蛋白CSL(也称为CBF-1/RBPJ)，NICD和MAML1。RIN1，一种小分子RBPJ抑制剂，可引起白血病细胞的增殖。IMR-1是MAML1的小分子抑制剂，具有抑制NOTCH依赖的肿瘤细胞增殖。CB-103是一种口服活性小分子，可改变NTC功能，产生功能NOTCH表型缺失，抑制乳腺癌和白血病的增殖和远处转移。这些新药物可能代表了新的治疗策略。

4

NOTCH信号激动剂

NOTCH信号可以加速和抑制疾病的发展，这适用于癌症。也就是说，增强NOTCH信号，可以成为一种靶向治疗策略。一些白霉素和橙皮素化合物，已被用于激活NOTCH1缺乏的甲状腺癌中的NOTCH信号通路。这些药物对已建立的肿瘤细胞系有抑制作用，但其潜在机制尚不清楚。负调控区（NRR）可以自动抑制NOTCH的金属蛋白酶裂解，从而增强其信号转导。一些NOTCH受体的激活抗体，诱导NRR的构象变化，使其可被ADAM金属蛋白酶激活，从而促进NOTCH信号的激活。

5

临床实验总结

几种靶向治疗方法已经应用于临床试验；具体来说，靶向S1-S2的药物研究仍处于临床前阶段。针对S3的药物研究（GSIs和g**）已经进入正式临床研究。因为严重的毒性，GSIs的研究受到限制，然而，GSM的研究正在不断探索。在针对配体的抗体中，针对JAG1的药物，DLL3和DLL4在临床前实验中显示出了良好的结果。研究靶向DLL3和DLL4的药物，已经应用于早期临床试验。然而，针对DLL3的药物的研究，未能达到预期。靶向JAG2/DLL1的药物有显示出巨大的潜力，但没有达到成熟应用的阶段。转录的阻滞剂和信号激动剂也具有巨大的研究潜力，阻滞剂只在临床前阶段进行研究，而激动剂仍然只存在于理论层面。

然而，考虑到安全性和有效性，这两种药物都不能应用于临床。一方面，大多数泛NOTCH抑制剂，表现出胃肠道毒性，包括腹泻和呕吐，往往导致实验的暂停。关于GSI，为了提高耐受性，研究者已经进行了尝试，如与糖皮质激素结合，使用间歇给药方案。另一方面，在癌症研究中，尽管ADC在一些人身上表现良好，但是大多数ADC研究都失败了，细胞异质性可能是对这些发现的一种解释。以SCLC为例，研究人员发现，少数具有NOTCH激活的非神经内分泌SCLC细胞，可以维持肿瘤细胞的生长；没有NOTCH激活的神经内分泌SCLC细胞表现出癌症干细胞样特性，导致原发性抗DLL3药物的耐药性。ADC的亲和力不足，可能是另一个合理的解释。此外，疾病中复杂性NOTCH信号和旁路信号，可能会规避NOTCH靶向治疗。在未来，探索预测生物标志物，降低药物毒性，开发多靶点药物，可能会克服NOTCH靶向治疗的挑战。

总结及未来展望

110年前，首次在黑腹果蝇中发现NOTCH通路。本文综述了NOTCH信号的经典和前沿发现，阐述了NOTCH信号通路的历史、结构、调控机制、生理、病理以及靶向NOTCH信号的治疗方法。NOTCH信号的某些基础研究和临床应用领域，值得进一步探索。

它在不同的条件下发挥的双重作用，特别是在癌症中。首先，NOTCH信号在同一组织中的功能是不同的，这可能是由于不同配体造成的。例如，DLL4/JAG1调节肿瘤血管系统，而DLL1/JAG2调节DC功能。第二，NOTCH信号在不同组织中的功能也不同。例如，NOTCH在某些肿瘤中作为致癌基因，在另一些肿瘤中作为肿瘤抑制基因。有几种机制可以解释这一现象：(a)不同的组织，具有不同的NOTCH信号传导成分的表达模式，因此，NOTCH信号传导的结果是组织特异性的。例如，DLL3在SCLC中具有组织特异性作用，而NOTCH1在T-ALL中具有组织特异性作用。(b) NOTCH信号效应发生的范围较小，而细胞形态和细胞间距离在不同的组织中存在差异。(c) NOTCH信号通路激活了一系列同时包含生物事件的正调控因子和负调控因子的基因的转录。由于这些下游基因也受到其他驱动基因的调控，这些驱动基因的突变状态也会影响NOTCH信号传导的结果。第三，肿瘤是包含不同克隆的癌细胞和多种类型的非癌细胞的巨大复合物，使得NOTCH信号的整体效果复杂且不可预测。

有几种策略可以用来阐明NOTCH信号传导的机制。首先，破译不同配体-受体相互作用之间的细微差异是必要的。其次，应用空间解析转录组学分析，将嵌入的组织解剖成非常小的片段，并获得其表达谱，可用于探索空间特征对NOTCH信号传导结果的影响。第三，需要对NOTCH靶基因进行全面分析，因为可能有比目前已知的更多的靶基因，表观遗传和转录组分析可能会有所帮助。

NOTCH靶向治疗已经研究了几十年，但未能达到预期。造成这些缺点的原因，可能是泛NOTCH抑制剂引起的细胞毒性、ADC的低亲和力以及旁路通路的上调。新的药物，如异型特异性药物和高亲和力ADC可能是一种解决方案，因为它们可能会提高疗效，并降低细胞毒性。此外，蛋白质的重折叠是一种很有吸引力的作用模式，可以用来恢复失活的NOTCH信号的功能。另一种策略是开发新的治疗策略，如疫苗治疗和synNOTCH CAR-T细胞治疗。补充联合治疗，如其他途径抑制剂、化疗、放疗和免疫治疗，也是很有前途的治疗策略。在这些潜在的联合治疗中，与免疫治疗的联合是目前最热门的研究。

将NOTCH靶向治疗与免疫治疗相结合，还有很多工作需要完成，以下策略可能会有所帮助。首先，需要进行功能研究，来全面描述不同NOTCH突变的后果，及其对免疫微环境的影响。NOTCH在肿瘤免疫中起着复杂的作用，其对肿瘤的整体影响尚不清楚。第二，临床应用针对不同阶段和类型的癌症，应该单独考虑。NOTCH信号在细胞间被激活，以介导相邻的细胞间相互作用，但其作用高度依赖于环境及癌症类型。第三，应该正确选择合适的配体和/或受体，因为它们可能具有相互矛盾的生物学效应。例如，DLL1-NOTCH在DCs和CD8+ T细胞中主要作为免疫激活信号。而JAG1/2-NOTCH主要作为免疫抑制信号，抑制树突状细胞和CD8+ T细胞，同时激活许多免疫抑制细胞。可见，在实际应用中，选择性增强DLL1-NOTCH信号，抑制JAG1/2-NOTCH信号的药物，明显优于泛NOTCH靶向药物。第四，应考虑在肿瘤细胞中触发NOTCH信号的抗免疫或促免疫作用的条件。目前研究证实，NOTCH信号可能是免疫抑制或肿瘤抑制的，但导致某些作用的触发因素尚不清楚。因此，应该研究NOTCH信号在不同微环境下的影响，以产生更好、更可预测的医疗应用。第五，应考虑细胞毒性，包括药物本身的毒性和联合治疗引起的毒性。第六，应探索预测性生物标志物，来支持NOTCH靶向单药治疗和/或ICI治疗应与NOTCH靶向单药治疗相结合，以达到最大疗效。

综上所述，NOTCH通路具有复杂且高度可变的功能，这表明需要详细阐述机制。具有更高疗效和更低细胞毒性的新药物，以及新的治疗策略也值得研究。一旦对NOTCH信号有了完全的理解，它就可以应用到实际的医疗实践中，实现造福患者的使命。

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撰文丨阿甘

排版丨 吱吱

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