《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Notch signaling pathway modulation by food functional ingredients: mechanisms, cancer and immunoregulation
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本综述系统阐释了Notch信号通路在癌症中的双重作用及其调控机制，重点归纳了多酚、萜类、含硫化合物、维生素、矿物质等功能性食物成分通过靶向γ-分泌酶、抑制NICD核转位、调控表观遗传等多维度机制精准调控Notch通路，并在体外细胞与体内动物实验中证实其显著抗癌活性。文章为基于膳食干预的Notch靶向治疗策略提供了重要理论依据，对推动癌症营养治疗研究具有积极意义。
1 引言
癌症是由基因组改变引起的复杂疾病，其发病机制涉及基因突变、表观遗传修饰和信号通路紊乱等多个层面的异常变化。其中，Notch信号通路作为进化上高度保守的信号机制，在细胞分化、增殖、凋亡和干细胞维持等过程中起关键作用，因而在癌症研究中备受关注。值得注意的是，该通路在癌症中表现出情境依赖的双重角色：既可促进肿瘤细胞增殖、侵袭和干性维持，也可通过调控肿瘤微环境抑制肿瘤进展。
与此同时，食物功能性成分作为一类天然存在于食物中具有特定生物活性的化学物质，正逐渐成为癌症研究的新焦点。这些成分包括多酚、萜类、含硫化合物、维生素和矿物质等，凭借其抗氧化、抗炎、抗增殖和免疫调节等多种生物特性，在癌症预防和治疗中展现出广阔前景。尽管越来越多证据表明食物功能性成分可通过调控Notch信号通路发挥抗癌作用，但仍存在重要知识空白，如不同类别成分对Notch通路的调控模式缺乏交叉整合，其与PI3K/Akt、NF-κB等其他癌症相关信号轴的串扰尚未充分阐明。
2 Notch信号通路与食物功能性成分概述
2.1 Notch信号通路
Notch信号通路是进化上保守的细胞信号系统，由Notch1-4受体家族、Delta样（DLL1/3/4）和Jagged（JAG1/2）配体、CSL转录因子以及调节蛋白酶TACE和γ-分泌酶等组成。配体-受体结合触发高度动态的级联反应，经TACE和γ-分泌酶顺序切割后释放Notch细胞内结构域（NICD）。NICD的核转运受磷酸化精确调控，进入细胞核后与CSL形成复合物激活经典Hes/Hey靶基因，并通过与表观遗传因子相互作用调控染色质水平基因表达。
在正常生理条件下，Notch通路通过严格控制细胞分化和增殖维持组织稳态；而在癌症中，其异常激活或抑制以情境依赖方式促进肿瘤进展、转移、干性、复发和治疗抵抗。
2.2 食物功能性成分
随着科学研究的不断进步，食物功能性成分逐渐成为癌症研究中备受关注的方向。这些成分不仅为癌症预防新策略和辅助治疗方法开发提供了丰富的天然资源，也为靶向癌症治疗提供了新策略。食物功能性成分有望通过膳食干预这一安全、可持续的方式在癌症治疗中发挥独特而重要的作用。
3 Notch信号通路在不同癌症类型中的研究结果与当前癌症治疗的局限性
3.1 肺癌
在非小细胞肺癌（NSCLC）中，Notch1在维持癌症干细胞（CSCs）干性和增殖中起关键作用。研究表明，与非CSCs相比，NSCLC的CSCs中Notch1及其下游效应蛋白Hes1显著上调。一氧化氮（NO）供体和NO产生抑制剂可分别上调和抑制Notch1表达，且NO对Notch1的调控不在转录水平，而是通过促进Notch1与去泛素化酶UCHL1相互作用、减少Notch1泛素化，以及通过Notch1的S-亚硝基化抑制其降解，最终维持CSCs干性。
Notch4在肺癌内皮细胞中尤为重要。在Calu-6 NSCLC肿瘤中，Notch4蛋白主要定位于内皮细胞，抗Notch4治疗导致肿瘤生长显著减少。然而在Lewis肺肿瘤中，Notch4主要表达于非血管细胞群，相应抗Notch4治疗对其生长无抑制作用，表明肿瘤内皮Notch4表达对于特定治疗介导的肿瘤生长控制至关重要。
3.2 乳腺癌
在MCF-7等乳腺癌细胞中，表达Notch通路相关组分包括Notch1-4受体及其配体Jagged1、Jagged2和DLL1，下游靶基因Hes1也活跃表达。白藜芦醇可剂量依赖性地降低Notch1、Notch4和Hes1的mRNA和蛋白表达水平，从而抑制Notch通路活性。使用γ-分泌酶抑制剂抑制Notch信号通路可通过切割caspase-3、caspase-9和PARP导致凋亡相关蛋白激活增加。相反，NICD1过表达可部分逆转白藜芦醇诱导的凋亡，表明Notch通路在乳腺癌细胞中起抗凋亡作用，而白藜芦醇通过抑制该通路发挥促凋亡作用。
DLL1在雌激素受体阳性（ER+）乳腺癌中高表达，与患者不良预后相关。它通过促进细胞增殖、维持乳腺癌干细胞（BCSCs）和增强肿瘤血管生成参与肿瘤生长和转移。通过噬菌体展示技术筛选的特异性抗DLL1 IgG可部分抑制DLL1介导的Notch通路激活，降低Notch靶基因Hey-L表达水平，抑制rhDLL1-ECD-Fc刺激的MCF-7细胞增殖，并减少MCF-7细胞中BCSCs亚群，效果与Notch抑制剂DAPT相当。
3.3 胃肠道癌
在胃癌中，SGC-7901癌细胞显示LPA2和Notch1的mRNA和蛋白表达明显高于正常胃上皮细胞，LPA可激活LPA2和Notch信号通路。Notch1被确定为调节SGC-7901细胞EMT和细胞骨架的介质。LPA2和Notch1相互作用，且LPA促进这种相互作用。对胃癌患者的分析发现，肿瘤组织和外周血单核细胞中Notch1和Notch2 mRNA水平显著高于健康个体，但在不同TNM分期间未观察到差异。
在结直肠癌中，高尔基体膜蛋白1（GOLM1）在肿瘤组织中的表达相对于正常结肠上皮显著降低，且与不良临床结局相关。GOLM1缺陷影响肠上皮细胞（IECs）分化，增加结肠上皮细胞数量并减少肠内分泌细胞。这种缺陷与Notch信号下游靶标（Hes/Hey家族基因）呈负相关，并增加Notch2核转位。GOLM1与Notch2相互作用，其胞质结构域与N2ICD结合，这对于维持IECs中Notch信号平衡至关重要。用Notch抑制剂DBZ处理GOLM1-ΔIEC小鼠可调节肠细胞分化并缓解结肠炎症状，强调了平衡的Notch信号对于肠道稳态的必要性。
3.4 肝癌
在肝细胞癌（HCC）中，EGFL8表达显著降低，且与肝脏多发病变、静脉浸润、晚期TNM分期和不良预后相关。功能研究表明，EGFL8过表达抑制HCC细胞迁移和侵袭，同时适度诱导凋亡，但对体外增殖无显著影响。体内实验显示，EGFL8过表达组肺转移率显著低于对照组。EGFL8可通过抑制Notch信号通路调节HCC细胞迁移、侵袭和凋亡，这在EGFL8过表达细胞中Notch相关蛋白表达受抑制，而EGFL8敲低后Notch相关蛋白相互上调得到证实。值得注意的是，使用DAPT药物抑制Notch信号可逆转EGFL8敲低引起的HCC细胞促转移和抗凋亡表型。
3.5 血液肿瘤
在T细胞急性淋巴细胞白血病（T-ALL）中，常观察到Notch信号级联的异常激活。约50%–60%患者携带Notch1基因功能获得性突变，且Notch3基因常过表达。在一些患者中，由于Notch负调控因子FBXW7的失活突变导致信号通路过度激活。姜黄素通过抑制Notch通路活性、下调相关蛋白、促进细胞凋亡和DNA损伤、影响细胞周期以及调节部分DNA损伤修复相关基因转录水平，对T-ALL细胞产生抗增殖作用。姜黄素衍生物CD2066在纳摩尔浓度下对T-ALL细胞具有更强的抗增殖活性，干扰Notch1和Notch3受体活性，促进细胞凋亡，引起细胞周期阻滞，并破坏DNA修复机制。Notch驱动白血病细胞对CD2066更敏感，Notch1强制激活可部分保护细胞免受其抗增殖作用。当CD2066与CDK1抑制剂Ro3306联合时，可产生协同治疗效果，放大KOPT-K1细胞中的促凋亡和抗增殖反应。
3.6 癌症治疗的局限性
尽管现代医学在癌症治疗方面取得显著进展，癌症仍是主要死亡原因，治疗面临诸多挑战。癌症表现出深刻的分子和细胞异质性，增加了治疗难度。癌细胞易通过基因突变、信号通路补偿或微环境适应产生耐药性，削弱靶向治疗和化疗的长期疗效。转移是癌症相关死亡的主要因素，当前治疗方式仍未能充分解决。放疗和化疗等传统疗法因对正常组织损伤而引发严重毒副作用。尽管免疫治疗取得一定突破，但其有效性受患者免疫状态和肿瘤特征限制，而高成本限制了其广泛应用。因此，利用天然来源、固有无毒且具有多种生物活性特性的食物源性功能因子进行癌症预防和治疗已成为研究焦点。
4 食物功能性成分调控Notch信号通路的分子机制
4.1 多酚化合物
表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）是茶叶中提取的茶多酚主要生物活性物质。在脂多糖（LPS）诱导的Caco-2细胞和DSS诱导的溃疡性结肠炎（UC）小鼠中观察到Notch1、Hes1和cleaved-Notch1抑制，为EGCG通过Notch信号参与肠道肿瘤发生提供了间接证据。在鼻咽癌CNE2细胞中，EGCG上调直接靶向Notch1的miR-34a，从而抑制癌细胞增殖、迁移和侵袭。
白藜芦醇是从虎杖根茎中提取的非黄酮类多酚。它通过下调核心组分（Notch1、Notch4、Jagged1）、降低抗凋亡Bcl-2表达、提高促凋亡Bax水平抑制Notch信号。还可阻断Notch1-Hes1轴，降低下游靶基因转录活性，通过增加Bax/Bcl-2比率、诱导线粒体膜去极化、促进细胞色素c释放和触发caspase级联激活诱导线粒体途径凋亡。在HCT116结直肠癌细胞中，其通过Notch通路抑制证明可抑制增殖、迁移和存活。有趣的是，白藜芦醇还表现出独特的双相调控特性：低浓度时通过SIRT1依赖途径增强NICD降解，高浓度时可直接结合γ-分泌酶活性位点。
姜黄素是从姜黄根茎中提取的天然多酚，可直接结合Notch1受体阻止其激活，或通过抑制Akt和ERK等相关蛋白激酶活性间接影响Notch通路传导。在胰腺癌和肝癌模型中，可下调Notch通路，抑制肿瘤进展/转移，增强化疗疗效并降低肿瘤细胞耐药性。姜黄素通过下调Notch1/Hes1表达在SW480结肠癌细胞中证明具有细胞毒性。姜黄素衍生物通过抑制Notch1受体表达、阻断抗凋亡下游效应、激活线粒体凋亡途径、增强DNA损伤和抑制修复功能，发挥多模式Notch通路抑制。
槲皮素广泛存在于水果、蔬菜和茶叶中，可抑制多种恶性肿瘤（乳腺、肺和结肠）中Notch通路活性。它通过抑制γ-分泌酶活性减少NICD产生，下调Hes1/Hey1，并诱导癌细胞凋亡同时抑制增殖/迁移。例如在乳腺癌模型中，槲皮素降低Notch1蛋白水平，阻滞细胞周期进程并增加凋亡。果胶/壳聚糖包裹的槲皮素微球可通过抑制Notch通路、重塑炎症微环境和修复肠黏膜屏障缓解炎症性肠病（IBD）症状。在结肠CSCs中，槲皮素联合放疗可降低Jagged1蛋白、γ-分泌酶复合物组分和cleaved Notch1水平，上调miR-200b-3p，抑制Notch信号，改变CSCs分裂模式，损害肿瘤再生。
芦丁是广泛分布于植物中的黄酮类化合物。它可通过减少Notch1基因转录和合成，下调Hes1表达，不仅抑制肿瘤细胞增殖还激活凋亡通路。其抗癌功效通过调节Notch信号与PI3K/Akt和MAPK通路等其他信号级联的串扰而放大，间接减弱Notch信号。
4.2 萜类化合物
熊果酸富含于苹果和山楂等水果果皮中，可通过下调受体和配体表达、减少NICD核转位抑制Notch通路激活，从而遏制癌细胞增殖和侵袭。在前列腺癌和胃癌细胞中，可抑制Notch信号通路，抑制细胞生长，并上调凋亡相关蛋白。在肝纤维化研究中，熊果酸可抑制TGF-β1活化肝星状细胞（HSCs）中Notch3信号相关分子表达。一致地，沉默Notch3可调节HSCs生物学行为和纤维化相关指标水平。体内实验也证实熊果酸可通过调节Notch3/NOX4信号通路改善纤维化小鼠肝脏环境并抑制肝纤维化进展。
雷公藤甲酯是从雷公藤中提取的二萜类化合物，可破坏Notch信号通路与Wnt等其他通路间的串扰，从而调节癌细胞干性和分化。在白血病细胞中，雷公藤甲酯抑制Notch通路，减少白血病干细胞比例，并诱导细胞分化。研究表明单体药物雷公藤甲酯在甲氨蝶呤（MTX）抑制的Notch通路调节中起关键作用。具体而言，雷公藤甲酯可减轻MTX诱导的Notch通路抑制，表现为上调Notch1等
