Notch信号作为肿瘤可塑性分子介导的上下文依赖性调控与功能

《Cells》：The Context-Dependent Regulation and Function of Notch Signaling as a Molecular Mediator of Tumor Plasticity

　　

在癌症演化的概念中隐含着决定肿瘤演化轨迹的因果必然性。肿瘤演化被公认为一个动态过程，在此过程中肿瘤细胞持续适应环境、代谢及治疗压力。这种适应性依赖于在生理条件下调控细胞可塑性与命运转变的分子机制的逐步参与。在肿瘤发生过程中，这些调控系统经常被重新利用并整合进远超其经典功能的新型功能网络。从这个视角来看，癌症演化的复杂性不仅在于遗传改变的积累，更在于肿瘤细胞维持可塑性以持续重新定义其生物学身份的能力。在不同表型状态间切换并响应选择压力的能力代表了癌症进展的基本标志。在与这些适应过程相关的信号通路中，Notch信号可能扮演着尤为突出的角色。Notch信号传统上被视为发育过程中细胞命运决定的主调控因子，现正日益显现为细胞适应性的更广泛调控者。积累的证据表明，Notch并非仅仅作为发育决定因子或经典的癌基因/抑癌基因发挥作用，而是作为一个上下文依赖的适应性网络，能够整合基因组不稳定性、DNA损伤、代谢应激、治疗暴露及微环境相互作用所产生的信号。在本综述中，我们提出一个概念框架，将Notch信号解读为调控肿瘤适应性的分子系统。我们讨论了包括PLK1、PIN1及泛素依赖性机制在内的翻译后调控因子如何在细胞应激反应中塑造Notch活性。在此，我们探讨肿瘤细胞如何动态调控Notch信号，并探究上下文依赖性Notch信号如何促进适应性细胞程序，从而为肿瘤细胞维持支撑适应与演化的表型灵活性提供信号平台。

1. 1.
   引言

癌症的传统观点——由遗传改变的渐进积累驱动——深刻塑造了我们对肿瘤起始与进展的理解。癌基因激活与抑癌基因缺失是恶性转化的基础事件。然而，癌细胞的进化成功不能仅由其突变谱解释。近期研究表明，驱动突变的生物学影响高度依赖于其产生的细胞背景，预先存在的分子状态影响特定遗传改变在肿瘤演化过程中是被正向选择、负向选择还是最终固定。因此，癌症进展日益被视为一个动态进化过程，恶性细胞持续适应变化的环境条件与选择压力。癌细胞存在于高度动态的生态系统中，其特征为营养可用性、氧张力、免疫监视、基质相互作用、代谢约束、生物力学力及治疗干预的波动。在这些条件下，生存不仅依赖于增殖能力，还依赖于维持表型灵活性的能力。动态修饰细胞身份、重构转录与代谢程序以及在不同生物学状态间转换的能力因此成为肿瘤适应性的关键决定因素。细胞可塑性在肿瘤演化中发挥重要作用，使恶性细胞能够生存并利用新可利用的生态位。在此背景下，干性被广泛认为是肿瘤进展的主要决定因素。然而，癌症干性本身代表一种动态细胞状态，通过癌症干细胞与其微环境之间的持续相互作用维持，而非刚性实体。从这个角度来看，获得干细胞样特征可能构成肿瘤细胞扩展其表型库并在变化的环境与治疗条件下提高适应性的适应性策略之一。因此，肿瘤可塑性被定义为恶性细胞协调多种适应性程序的能力，这些程序调控基因组稳定性、代谢灵活性、免疫相互作用及表型多样化以响应环境应激。通过这种能力，肿瘤细胞持续产生生物学异质性，从中可在变化条件下出现并被选择出进化上有利的状态。维持这种适应性的分子系统显然并非癌症特有。相反，它们源于进化上保守的调控网络，这些网络通常维持组织稳态、再生及细胞对应激的反应。在肿瘤发生过程中，这些通路经常被共选和重新布线，使转化细胞能够利用生理性的灵活性与适应机制达到病理目的。因此，在人类癌症中反复观察到的许多遗传与表观遗传改变可被解读为增强恶性细胞适应潜力的事件。在参与这些过程的信号网络中，Notch信号占据尤为引人注目的位置。自其发现以来，Notch已被公认为细胞命运决定的主调控因子，协调胚胎发育及成体组织稳态中的谱系特化、干细胞维持、分化及组织构建。因此，Notch对癌症的贡献传统上通过其公认的多效性特性来解读，通过这些特性，Notch信号参与干性、分化及细胞命运决定。确实，异常的Notch激活与多种实体瘤和血液恶性肿瘤中的肿瘤起始、疾病进展、癌症干细胞维持、转移播散及治疗耐药相关。然而，尽管进行了广泛研究，Notch在癌症中的作用仍极其复杂且高度上下文依赖。根据细胞背景和疾病环境，Notch可表现出致癌或抑癌功能，在某些背景下促进增殖，在另一些背景下抑制恶性进展。这些明显的矛盾使定义解释Notch信号对癌症贡献的统一模型变得复杂。重要的是，这种功能多样性甚至可在同一肿瘤类型中出现。Sun等人表明，在携带失活NOTCH1突变的头颈鳞状细胞癌中，一部分肿瘤保留野生型NOTCH1并显示下游Notch效应子的激活，有证据表明Notch信号可支持肿瘤细胞生长。然而，这些多样化的活性可能反映了该通路更基本的特性，而非生物学悖论。越来越多的证据表明，Notch对癌症进展的贡献超越了发育程序与干细胞维持的调控。Notch信号反复出现在以适应应激和环境扰动为特征的生物学背景中，包括对DNA损伤、治疗暴露、代谢应激、炎症信号及微环境变化的反应。这些观察表明，Notch的生物学相关性可能不仅在于特定细胞程序的调控，更在于其支持肿瘤演化所需适应性灵活性的能力。与此观点一致，我们的研究表明Notch信号与调控细胞应激反应的分子通路相互作用。NOTCH1与PLK1在DNA损伤反应中的功能相互作用揭示了NOTCH1活性在基因毒性应激下被动态调控并促进DNA损伤后的细胞适应。同样，PIN1–NOTCH3轴在铂类耐药卵巢癌中的鉴定表明，NOTCH3信号可在治疗压力下被选择性利用以促进生存、转移播散及治疗耐药。类似地，在T细胞急性淋巴细胞白血病中，糖皮质激素受体激活抑制NOTCH1表达，而γ-分泌酶抑制可恢复耐药细胞的糖皮质激素敏感性，表明NOTCH1依赖性在不同细胞条件下并非一致。额外证据表明，PIN1、MAML1、ITCH及泛素依赖性机制等翻译后调控因子根据细胞背景持续重塑Notch信号，使该通路能够在变化条件下产生不同的生物学输出。最近的观察进一步扩展了Notch生物学的功能版图。超越其已确立的发育功能，Notch信号已涉及炎症反应、机械传导及与肿瘤微环境的适应性相互作用。总之，这些发现表明Notch整合了远超发育信号的极其多样的生物学输入。总体而言，这些观察支持对Notch在癌症中生物学解读的概念性转变。Notch可能代表肿瘤细胞维持适应性灵活性的分子系统之一，这种灵活性是持续调整其行为以响应环境、代谢、炎症、机械及治疗压力所必需的。在此框架内，干性本身可能仅代表更广泛适应性功能的一种表现。Notch在DNA损伤反应、治疗耐药、肿瘤异质性、转移能力及应激适应中的反复参与表明，其对癌症进展的主要贡献可能在于促进表型可塑性并维持恶性细胞的进化适应性。在本综述中，我们讨论Notch信号作为肿瘤适应性分子调控因子的概念。我们审视翻译后调控机制如何在应激条件下塑造Notch活性，并探讨Notch信号对DNA损伤反应及干性相关程序的贡献。我们讨论Notch信号参与不同分子通路与细胞程序的方式——这些方式并非总能以简单的二元开关模型描述——可被视为Notch信号所支持的肿瘤细胞适应性灵活性的表现。通过将这些观察整合到进化框架中，我们提出Notch信号代表癌细胞维持长期适应、进展与生存所需可塑性的分子机制的关键组成部分。

1. 2.
   NOTCH1信号、DNA损伤反应与细胞周期调控之间的串扰

Notch信号与DNA损伤反应之间的相互作用提供了一个例子，说明进化上保守的信号通路如何影响细胞对基因毒性应激的反应。将Notch信号与DNA损伤细胞反应联系起来的最早线索之一来自黑腹果蝇的全基因组RNAi筛选，其中Notch通路组分被鉴定为烷化诱导DNA损伤后生存所需的因子之一。这些发现表明，DNA损伤反应不能简单视为专用修复通路的激活，而是多个调控层协调作用的结果。在此框架内，进化上保守的信号系统可能被选择性参与以塑造上下文依赖的适应性反应，使受损细胞能够采用与其生存和功能需求最兼容的生物学程序。秀丽隐杆线虫的研究进一步支持了细胞对DNA损伤的反应受发育信号通路影响的观点。在该生物中，GLP-1/Notch通路在维持增殖性生殖系区室中发挥核心作用。有趣的是，照射后，增殖性生殖系细胞与更分化的减数分裂细胞相比表现出减弱的ATM依赖性反应。这些观察表明，DNA损伤反应通路的参与并非仅由DNA损伤程度决定，还可能取决于细胞状态和发育背景。因此，基因毒性应激的生物学后果似乎不仅受损伤性质影响，还受定义细胞身份和增殖潜力的分子程序影响。与此观点一致，Hoffman等人证明CEP-1（秀丽隐杆线虫p53直系同源物）不仅参与DNA损伤诱导的凋亡，还参与高效DNA修复。利用GLP-1/Notch驱动的生殖系肿瘤，作者表明CEP-1在基因毒性应激后保持转录活性并参与限制DNA损伤积累。保留功能性CEP-1的肿瘤在UVC暴露后表现出减少的损伤负担和缩小的肿瘤尺寸，而CEP-1缺失导致基因组不稳定性增加和肿瘤生长增强。重要的是，这些发现表明Notch驱动的增殖状态可与活跃的基因组监视机制共存。它们不支持Notch统一抑制DNA损伤反应的简单模型，而提示DNA损伤反应的不同组分可根据细胞背景和增殖状态被差异性参与。总体而言，这些研究表明Notch信号不仅影响DNA损伤反应的强度，还可能有助于定义基因毒性应激被解读的细胞背景。通过其调控增殖状态和细胞身份的能力，Notch信号可能塑造基因组维持、生存与适应之间的平衡，从而影响细胞如何响应基因组损伤。然而，在哺乳动物系统中，NOTCH1与DNA损伤反应信号之间的关系似乎并非如此线性。多项研究表明NOTCH1可减弱检查点激活从而在基因毒性应激条件下促进细胞生存。Vermezovic等人证明NOTCH1直接与ATM相互作用并以不依赖经典转录信号的方式负调控其活性，促进DNA损伤后Notch驱动的白血病细胞生存。类似地，皮肤癌相关成纤维细胞中NOTCH1的扩增抑制ATM–FOXO3a轴，阻止损伤诱导的生长停滞并有利于肿瘤支持性基质群体的扩增。同样，非小细胞肺癌中铂类诱导的DNA损伤通过ATM–MDM2依赖性机制稳定NICD，将基因毒性应激与NOTCH1信号增强及治疗耐药联系起来。相反，其他研究表明NOTCH1也可能参与与DNA损伤信号相关的适应性反应。在胶质瘤干细胞中，Notch信号通过AKT和MCL1依赖性生存通路促进放射耐药。在鳞状上皮中，NOTCH1激活诱导包含DNA损伤反应相关基因（如IER5）的分化相关程序，表明DNA损伤信号与分化可能汇聚于协调的生物学结果。此外，黑色素瘤脑转移中NOTCH1的抑制诱导复制应激和DNA损伤，产生对ATR–CHK1信号的依赖性，并揭示联合通路抑制的治疗脆弱性。类似地，在BRCA1缺陷型三阴性乳腺癌中，NOTCH1激活通过ATR–CHK1信号恢复S/G2和G2/M细胞周期检查点从而抑制有丝分裂灾难。综合来看，这些观察反对将NOTCH1线性解读为DNA损伤反应信号的正或负调控因子。相反，它们表明NOTCH1与DNA损伤反应之间的关系本身高度上下文依赖，不同细胞状态选择性利用NOTCH1以维持不同的适应性输出。在此框架中，NOTCH1激活的生物学后果似乎源于基因毒性应激与定义细胞身份、增殖状态及环境约束的更广泛分子回路的整合。NOTCH1与PLK1在细胞周期进程和基因毒性应激期间的相互作用是该调控灵活性的特别说明性例子。PLK1在细胞周期进程和基因毒性应激期间均作为NOTCH1的关键调控因子。已表明NOTCH1与DNA损伤反应信号之间的关系并非静态，而是根据细胞条件被动态重塑。在未受干扰的增殖期间，PLK1参与NOTCH1在G2/M进程中的调控。然而，DNA损伤后，PLK1的抑制阻止有丝分裂进入同时保留NOTCH1表达，从而将NOTCH1活性与增殖信号解耦。值得注意的是，亚砷酸盐诱导的基因毒性应激激活PLK1依赖性机制，能够拮抗NOTCH1参与检查点信号，揭示NOTCH1的功能输出本身可在DNA损伤的细胞反应中被主动重新布线。这些发现支持一个模型，即NOTCH1并不对基因毒性应激施加预定反应。相反，其活性似乎被细胞背景所施加的适应性需求持续重塑。从这个角度来看，NOTCH1可能作为一个高度灵活的信号平台，细胞通过该平台将DNA损伤信号与调控检查点调控、生存、分化及增殖恢复的更广泛程序整合。因此，NOTCH1对肿瘤演化的贡献可能不在于指导单一生物学结果，而在于为恶性细胞提供额外的调控层，通过该调控层可根据环境施加的选择压力持续调整适应性反应。

1. 3.
   Notch信号与应激诱导的细胞重编程

如果DNA损伤反应提供了NOTCH1活性如何根据细胞背景被差异性参与的范例性例子，那么同样重要的方面涉及其在塑造应激暴露后出现的生物学状态中的作用。细胞应激并不必然导致单一生物学结果。根据损伤的性质、强度和持续时间，细胞可经历凋亡、分化、衰老、静止、再生激活或长期生存。越来越多的证据表明NOTCH1反复参与这些适应性转变。然而，NOTCH1并非作为施加预定反应的二元调控因子，而是作为一个高度上下文依赖的信号节点，其活性可根据每种细胞状态所施加的适应性需求被选择性激活、减弱或重构。该概念最令人信服的例子之一来自细胞衰老研究。虽然衰老传统上被视为以不可逆增殖停滞为特征的稳定终点，但近期发现表明衰老细胞可呈现具有显著不同生物学特性的不同功能状态。Hoare等人证明致癌基因诱导的衰老伴随NOTCH1活性的动态波动，这些波动协调两种功能不同的分泌程序之间的切换。升高的NOTCH1活性促进富含TGF-β的分泌组同时抑制促炎细胞因子产生，而随后NOTCH1信号的降低允许经典炎症性衰老相关分泌表型的建立。这些发现表明NOTCH1不仅参与衰老的建立，还通过调控衰老细胞如何与其周围微环境相互作用来定义衰老细胞的功能身份。NOTCH1塑造不同衰老状态的概念进一步得到Teo等人工作的加强，他们证明继发性衰老代表一个分子上不同的终点，需要Notch信号而非仅旁分泌衰老相关分泌表型信号。重要的是，继发性衰老细胞表现出以减弱分泌表型和诱导纤维状胶原基因为特征的转录程序，表明NOTCH1依赖性衰老与细胞反应的 functional 多样化相关，而非统一衰老程序。这些观察支持NOTCH1可促进细胞应激后替代性适应状态的产生，从而扩大应激组织可用的生物学反应谱。在细胞应激条件下也观察到NOTCH1活性的类似动态调控。Antila等人证明多种应激相关刺激诱导NOTCH1胞内结构域的SUMO化，尽管核定位保留，但导致NOTCH1转录活性减弱。机制上，应激诱导的SUMO化促进HDAC4招募至NOTCH1转录复合物，从而抑制NOTCH1靶基因表达。这些发现尤为重要，因为它们表明应激并非以二元方式必然激活或抑制NOTCH1信号。相反，细胞应激可选择性地重编程NOTCH1的转录输出，允许根据背景需求从同一信号通路产生不同生物学反应。NOTCH1可主动支持应激适应的证据也来自氧化应激反应研究。Mo等人表明N1ICD直接抑制ASK1信号并抑制氧化损伤后下游p38 MAPK应激反应级联的激活。因此，NOTCH1激活保护细胞免受氧化应激诱导的细胞死亡，表明NOTCH1可用于在不利条件下维持细胞活力。慢性亚砷酸盐暴露下观察到NOTCH1的相关应激适应功能，该暴露恢复NOTCH1活性并通过抑制p21Waf1/Cip1及与c-MYC/NRF2依赖性氧化还原程序合作促进转化。重要的是，这些发现将NOTCH1的作用扩展到其经典谱系特化功能之外，并强调其直接参与决定细胞生存的应激反应网络的能力。类似的生存导向逻辑也延伸至其他Notch受体。例如，在T细胞急性淋巴细胞白血病中，NOTCH3在蛋白毒性应激下维持未折叠蛋白反应，从而保持白血病细胞适应性；相反，NOTCH3抑制破坏该保护程序并增加对内质网应激诱导凋亡的易感性。相反，在其他生物学背景下，NOTCH1似乎促进损伤后的组织恢复和再生反应。照射诱导骨髓损伤的研究表明，经典Notch信号的激活通过增强造血祖细胞群体内的增殖和减少凋亡促进造血恢复。在此背景下，Notch信号有助于基因毒性损伤后组织稳态的恢复，而非仅促进受损细胞生存。这些发现进一步强调NOTCH1激活的生物学后果由信号发生的生理背景决定。相反，NOTCH1似乎作为一个适应性模块，可根据环境需求被差异性地用于稳定或重塑不同细胞状态。根据生物学背景，Notch信号可促进生存、促进再生反应、抑制炎症程序、重塑分泌表型或支持替代性衰老状态的建立。这种功能多样性表明Notch信号对肿瘤演化的贡献可能超越其在干性和细胞命运决定中的既定作用。相反，Notch信号可能代表细胞在应激下动态调整其表型行为的分子系统之一，从而扩大癌症进展过程中可用的适应性策略库。

1. 4.
   Notch信号的翻译后与表观遗传调控：通过动态调节维持信号可塑性

与Notch信号相关的生物学输出的显著多样性提出了一个重要机制问题：一个建立在相对简单信号架构上的通路如何产生如此不同且常常对立的细胞反应？越来越多的证据表明，这种多功能性的很大一部分在于广泛的翻译后修饰和表观遗传机制网络，这些机制在多个水平上持续调控Notch信号活性。重要的是，这些调控过程不仅控制受体丰度。相反，它们影响受体运输、蛋白稳定性、转录活性、亚细胞定位、配体反应性及核转录复合物的组成，从而根据细胞背景塑造通路的定性输出。在已被广泛研究的机制中，泛素依赖性调控回路尤为突出。NOTCH受体和配体的泛素化控制通路激活的多个步骤，包括受体运输、内体分选、配体内化、转录能力及蛋白酶体降解。重要的是，泛素化并非总是导致通路沉默。根据所涉及的特定泛素连接酶及修饰发生的细胞区室，泛素化可减弱信号或通过控制细胞内运输和受体周转促进生产性受体激活。这些观察表明泛素依赖性机制主要作为信号幅度和持续时间的调节因子，而非简单的开关。近期证据进一步强调了Notch信号泛素介导调控的复杂性。已表明转录共激活因子MAML1可通过涉及E3泛素连接酶ITCH的非经典机制调控NOTCH1稳定性。机制上，MAML1与ITCH相互作用并促进其K63连接的自身泛素化，从而损害ITCH依赖性NOTCH1的泛素化和降解。因此，MAML1表达增加稳定NOTCH1并增强通路活性。连同先前将MAML1置于更广泛致癌和信号调控网络中的证据，这些发现说明传统上被视为转录调控因子的组分也可在翻译后水平影响Notch信号，进一步扩展了无需直接改变受体表达即可调节通路可用性的机制库。类似原则出现在研究NOTCH1磷酸化依赖性调控的研究中。磷酸化通过多种机制影响受体活性，包括调控蛋白-蛋白相互作用、核定位、转录能力及受体降解。磷酸化依赖性招募E3泛素连接酶FBXW7有助于N1ICD周转并限制过度通路激活。然而，这些机制并非消除信号，而是持续调整NOTCH1活性的强度和持续性，从而在防止失控激活的同时保持信号反应性。NOTCH1与PLK1之间的相互作用提供了额外的复杂性层。NOTCH1已被鉴定为PLK1的直接靶标，有趣的是，这些蛋白之间的功能关系在细胞周期进程和基因毒性应激期间动态变化。PLK1参与NOTCH1在G2/M进程中的调控，而DNA损伤诱导的PLK1抑制在限制有丝分裂进入的同时保留NOTCH1表达。此外，亚砷酸盐诱导的基因毒性应激触发PLK1依赖性信号反应，能够拮抗NOTCH1参与DNA损伤检查点调控。这些观察表明磷酸化依赖性机制不仅调控NOTCH1丰度，还可根据细胞需求主动重塑通路的生物学功能，允许同一信号模块支持不同且有时对立的适应性反应。支持该概念的额外证据来自PIN1，其通过识别磷酸化Ser/Thr-Pro基序并修饰其底物的构象状态而成为NOTCH1信号的重要调控因子。Rustighi等人证明PIN1以磷酸化依赖性方式直接结合NOTCH1的Ser/Thr-Pro富集区，增强γ-分泌酶依赖性NOTCH1切割并增加乳腺癌细胞中活化N1ICD的水平。重要的是，该相互作用被证明建立正调控回路，因为活化NOTCH1促进PIN1转录，从而加强NOTCH1通路激活并支持致癌生长。同一团队后续工作将该概念扩展至乳腺正常和癌症干细胞，表明PIN1通过保护NOTCH1和NOTCH4免受FBXW7α依赖性蛋白酶体降解来维持Notch信号。功能上，这种PIN1依赖性Notch活性稳定促进干细胞自我更新、肿瘤生长和转移潜力，表明PIN1可通过调节受体稳定性而非永久固定通路输出来维持NOTCH1依赖性适应状态。这些发现将PIN1–NOTCH1轴定位为磷酸化依赖性翻译后调控如何在癌症中扩增、稳定和功能重定向NOTCH1信号的核心例子。NOTCH3研究提供了补充证据，表明相同调控逻辑可在特定细胞背景下延伸至其他NOTCH受体。在T细胞急性淋巴细胞白血病中，PIN1被证明结合并稳定NOTCH3，增加N3ICD水平并促进NOTCH3依赖性侵袭特性，从而鉴定与白血病进展相关的NOTCH3–PIN1调控轴。一致地，在高级别浆液性卵巢癌中，PIN1结合保护NOTCH3免受GSK3β依赖性降解，导致铂类选择性压力下受体稳定性增强和信号活性持续。额外的NOTCH3聚焦研究也表明翻译后机制控制受体可用性和信号输出。p300对NOTCH3的乙酰化及HDAC1的去乙酰化调控受体稳定性并促进泛素/蛋白酶体依赖性降解，而c-CBL依赖性NOTCH3泛素化受亚细胞定位影响并参与白血病细胞中NOTCH3信号的控制。总之，这些观察强化了翻译后调控代表Notch信号跨受体旁系同源物和细胞背景被动态调谐的普遍机制的概念，并说明翻译后修饰如何在不需永久通路激活的情况下调控Notch信号的持续时间和可用性。适应性调节最具说明性的例子可能来自应激诱导的N1ICD SUMO化。Antila等人证明多种形式的细胞应激促进N1ICD在核内的SUMO缀合，导致经典Notch靶基因的转录激活减弱。值得注意的是，SUMO化并不阻止N1ICD核积累，也不破坏NOTCH转录复合物的组装。相反，SUMO化的N1ICD仍与转录机器相关，同时招募含HDAC4的抑制复合物以减弱转录输出。因此，应激诱导的SUMO化起到缓冲NOTCH活性的作用而非消除它。这种区分可能具有生物学意义，因为完全通路沉默将移除在环境条件变化时快速重新参与NOTCH依赖性适应程序的可能性。重要的是，Notch信号的适应性调控不限于直接靶向受体本身的修饰。越来越多的证据表明染色质重塑和表观遗传调控机制提供了额外调控层，能够在不必消除信号能力的情况下调节通路输出。虽然这些机制严格意义上不构成翻译后修饰，但它们深刻影响NOTCH响应位点的可及性以及细胞参与Notch依赖性转录程序的能力。在此背景下，染色质结构的调控可作为约束或促进Notch信号同时保留通路在响应变化环境条件时快速再激活可能性的机制。与此观点一致，Pillidge和Bray证明SWI/SNF依赖性染色质重塑对于维持Notch响应增强子的可及性并支持通路激活下游的生产性转录反应是必需的。他们的工作揭示Notch激活与响应位点核小体周转增加及组蛋白变体H3.3掺入增强相关，而Brahma SWI/SNF复合物的破坏显著损害增强子可及性和Notch转录机器的招募。这些发现表明染色质重塑可作为Notch信号能力本身的主动决定因素。互补调控水平通过RBPJ/CSL转录复合物运作。Giaimo等人提出RBPJ作为动态分子开关，能够根据信号状态招募激活或抑制性染色质修饰复合物。在缺乏NICD时，RBPJ与SHARP、NCoR/SMRT及含HDAC复合物相关，促进转录抑制。通路激活后，这些复合物被NICD依赖性共激活因子组装所取代，其中包含p300和KMT2D相关染色质修饰因子。重要的是，这种转变不一定代表活跃与非活跃染色质状态之间的二元切换。相反，转录响应性染色质构型似乎能够在限制转录输出的同时保留靶基因能力，从而允许根据细胞需求在抑制与激活之间快速转换。支持该模型的进一步证据来自将Notch信号与组蛋白修饰酶联系起来的研究。Tottone等人证明NOTCH1和NOTCH3信号均促进JMJD3和p300在NOTCH3位点的招募，从而维持许可性H3K27染色质状态并维持其在T细胞急性淋巴细胞白血病中的转录。JMJD3或p300的药理学抑制降低NOTCH受体本身及经典下游靶标的表达，表明染色质修饰不仅参与通路激活，还参与信号能力的维持。这些发现表明表观遗传调控参与维持对未来Notch依赖性反应许可的转录景观，而非仅控制给定时刻的通路激活。额外调控层进一步强化该概念。NOTCH受体的糖基化深刻影响配体识别、受体折叠、运输及信号强度，而不必改变受体丰度。同样，应激反应通路对CSL/RBPJ可用性的调控提供了额外机制，通过该机制NOTCH转录输出可在细胞应激条件下被选择性减弱。总体而言，这些观察表明细胞拥有多个调控节点，能够在不同水平微调Notch信号而不完全消除通路活性。综合来看，这些发现表明Notch信号的调控服务于比简单控制受体稳定性或通路激活更广泛的功能。相反，翻译后和表观遗传机制协同维持Notch信号处于动态可调状态，防止不可逆激活和完全抑制。从这个角度来看，NOTCH活性的减弱可能代表一种策略，用于暂时约束特定信号输出，同时保留在环境条件要求时快速再激活替代性适应程序的能力。这种调控架构在肿瘤可塑性背景下尤为重要，其中维持信号灵活性可能比强制固定细胞状态更有利。因此，这些调控机制可能构成癌细胞维持与Notch信号相关的适应潜力同时根据变化的选择压力持续重塑其生物学输出的分子框架的核心组成部分。

1. 5.
   Notch信号作为适应性细胞状态转换的驱动因子

肿瘤细胞持续适应变化环境条件的能力依赖于其保持采用不同细胞状态的能力。虽然癌症演化历史上通过层级模型解读，其中特定细胞群体占据固定功能位置，但越来越多的证据表明许多肿瘤相关表型是动态获得且可逆的。其中，干细胞样特性的获得是细胞可塑性最具特征性的表现之一。近期概念框架挑战了癌症干细胞作为稀有静态群体的传统观点，提出干性代表一种动态细胞状态，可根据环境和治疗压力出现、消失和重新出现。在此模型中，干细胞样与非干细胞样表型之间的转换构成肿瘤适应的基本组成部分，并促进肿瘤内异质性、治疗耐药及长期疾病进展。这种癌症干性观点的演变与正常干细胞生物学的最新进展密切平行。生理组织研究表明干性不能简化为刚性细胞身份，而是反映功能特性的集合，包括自我更新、可塑性、对微环境衍生信号的依赖性及维持长期再生潜力的能力。重要的是，这些特性并非不可改变，可被环境线索动态调控。类似原则似乎也适用于癌症，其中干细胞样表型日益被视为适应性细胞状态而非永久定义的群体。在此背景下，Notch信号可能占据尤为突出的位置。经典上，NOTCH调控多种发育系统中的干细胞维持、谱系特化和组织再生。然而，NOTCH活性与癌症干性之间的关联表明其作用超越发育层级维持。Notch信号似乎不仅维持干细胞身份，还参与使肿瘤细胞在干细胞样状态变得有利时获得并稳定该状态的分子回路。与此观点一致，异常NOTCH激活已涉及多种实体瘤和血液恶性肿瘤中癌症干细胞样群体的维持，其促进自我更新、肿瘤起始、细胞异质性和治疗耐药。重要的是，近期研究表明癌症干性本身可能代表对选择压力的适应性反应，而非预定细胞亚群的组成性特性。缺氧、代谢应激、炎症、治疗暴露及微环境重塑均已被证明通过广泛的转录、表观遗传和代谢重编程促进干细胞样表型的出现。在这些条件下，干细胞样特性的获得通过增加细胞适应性、促进不利条件下的生存及扩展肿瘤群体可用生物学反应库来提供选择优势。与此适应性作用一致，NOTCH3信号已涉及卵巢癌中癌症干细胞样特性的维持和化疗耐药。NOTCH依赖性治疗耐药也与癌症干细胞和上皮-间质转化相关表型、药物外排机制及肿瘤-微环境相互作用相关。总体而言，这些观察支持干性可能构成癌细胞在肿瘤进展期间保持进化灵活性的适应状态之一的观点。多项观察进一步支持该观点。癌症干细胞样细胞表现出对基因毒性应激的增强抵抗力、增加的代谢适应能力及对微环境约束的改善耐受性。这些特征与上述更广泛的适应程序（包括DNA损伤反应、应激适应和细胞重编程）密切重叠。值得注意的是，许多维持干细胞样状态的分子通路，包括NOTCH、WNT、Hedgehog、炎症信号及表观遗传重塑网络，同样参与细胞对环境应激的反应，表明干性可能作为更大适应性策略的一部分出现，而非孤立的生物学现象。支持干细胞样状态动态性质的进一步证据来自干细胞样与非干细胞样群体之间双向互转的研究。许多肿瘤并非代表终末分化层级，而是表现出持续的表型流动，其中分化细胞可在环境扰动或治疗挑战后重新获得干细胞特性。这种可塑性日益被认为是肿瘤进展和治疗失败的主要决定因素。在此框架内，Notch信号可能并非作为干性本身的专用调控因子。相反，Notch信号似乎在细胞重编程过程中被反复参与，其根据背景需求促进适应性表型状态的稳定。该概念的一个特别说明性例子来自造血干细胞生物学研究，其中Notch信号的不同构型已被证明调控干细胞状态转换。在胚胎造血中，NOTCH1–JAG1顺式相互作用通过限制分化程序保持未成熟造血干细胞表型，而在成体造血中，JAG2依赖性Notch信号的年龄相关改变促进髓系偏向干细胞群体的扩增并损害再生潜力。这些发现表明Notch信号的细微调节可影响替代干细胞状态之间的平衡，而不必消除干细胞身份本身。这些观察强化了Notch信号较少作为细胞命运二元决定因子、更多作为功能不同细胞状态之间转换调控因子的概念。总体而言，这些发现表明Notch信号与癌症干性之间的关系不应仅通过干细胞维持的经典范式来解读。相反，干细胞样表型可能代表更广泛适应能力的一种表现，该能力允许肿瘤细胞动态探索替代细胞状态。在此背景下，Notch信号的出现并非细胞可塑性本身的起源，而是肿瘤细胞反复利用以促进状态转换、保持表型灵活性及维持长期肿瘤演化所需适应潜力的分子系统之一。

1. 6.
   Notch信号作为癌症演化中的适应性平台

肿瘤可塑性可定义为癌细胞持续重构其表型状态以响应变化环境条件的能力。在此背景下，干性代表多种可能适应构型之一，其他包括分化、代谢适应、静止及应激反应程序。这些表型的采用受调控机制支配，这些机制允许肿瘤细胞在给定条件集合下选择性参与与生存和适应性最兼容的生物学状态。类似地，Notch信号在癌症中的生物学意义超越其在细胞命运决定、干细胞维持和谱系特化中的既定作用。虽然这些发育功能无疑有助于肿瘤生物学，但积累的证据表明它们不能完全解释Notch信号被参与的极其广泛的生物学背景。相反，从不同实验系统反复出现的主题是Notch活性与以环境扰动、细胞应激和适应性反应为特征的细胞状态的关联。该原则在DNA损伤反应背景下尤为明显。黑腹果蝇研究首先鉴定Notch通路组分是基因毒性应激后生存所需因子之一，而秀丽隐杆线虫研究证明Notch依赖性细胞状态在照射后表现出激活ATM介导反应的不同能力。在哺乳动物系统中，NOTCH1已被证明根据细胞背景对DNA损伤信号施加正或负效应，影响ATM活性、检查点反应、增殖恢复及基因毒性应激下的生存。总体而言，这些观察反对Notch在DNA损伤反应中的固定作用，而支持Notch信号根据细胞应激所施加的适应性需求被差异性利用的模型。类似原则出现在衰老和应激诱导细胞重编程研究中。Notch活性的动态波动已被证明调控不同衰老状态和分泌表型，影响应激细胞如何与其周围微环境通信和重塑。同样，SUMO化、氧化应激信号和炎症通路等应激反应机制可选择性地重塑Notch转录输出而不完全消除通路活性。这些发现表明即使在减弱其活性的条件下，Notch信号仍保持功能可用性，从而保留在环境条件变化时参与替代性适应程序的可能性。重要的是，调控Notch信号的分子机制似乎与该模型特别兼容。泛素化、磷酸化、SUMO化、染色质重塑及通过RBPJ/CSL复合物的转录调控并非简单地将通路打开或关闭。相反，它们可能持续调节信号强度、转录能力、受体稳定性及靶基因可及性。这种调控架构表明保持信号灵活性可能比强制完全通路激活或不可逆沉默更有利。从进化角度来看，将Notch信号维持在动态可调状态可能为肿瘤细胞提供更广泛的适应性反应库。在此框架内，Notch信号与癌症干性之间的关系也可被重新解读。传统上，Notch被视为干细胞维持的核心调控因子，大量研究证明其有助于多种恶性肿瘤中癌症干细胞样群体的建立和持续。然而，干性可被描述为动态可逆细胞状态而非固定细胞身份。从这个角度来看，Notch信号在干细胞样表型中的反复参与可能不一定表明干性构成其主要生物学功能。相反，干细胞样特性的获得可能代表肿瘤细胞通过上下文依赖性Notch信号参与可访问的多种适应状态之一。确实，通常归因于癌症干性的许多生物学特性——包括对DNA损伤的抵抗力、对氧化应激的耐受性、代谢灵活性、长期生存及对环境线索的增强反应性——与上述适应程序大量重叠。缺氧、治疗暴露、炎症信号或代谢应激后干细胞样表型的选择性出现表明干性本身可能代表上下文依赖性适应解决方案而非组成性细胞特征。在此情景下，Notch信号的主要功能并非产生干性，而是促进向在特定环境约束下最大化适应性的细胞状态转换。这种解读也可能有助于调和历史上表征Notch领域的明显功能矛盾。Notch信号在某些背景下促进增殖、在另一些背景下诱导分化、支持衰老相关程序、调控DNA损伤反应、维持干细胞样状态或促进治疗耐药的能力可能并非反映不相关的生物学功能。相反，这些多样化的结果可能代表共同适应原则的不同表现。取决于特定肿瘤生态系统中运作的选择压力，Notch信号可被差异性参与、减弱或重新布线，以支持与生存和进化成功最兼容的细胞状态。

1. 7.
   结论

肿瘤演化源于随机细胞变异，但肿瘤所遵循的轨迹由其生态系统施加的选择压力塑造。在此背景下，本文回顾的证据支持对NOTCH在癌症中生物学解读的概念性转变。Notch信号并非作为固定癌基因或抑癌基因发挥作用，而是作为动态平台，其输出由肿瘤所在的生态系统决定。即使在Notch信号看似发挥抑癌功能的背景下，维持其可调可塑性可能比不可逆丧失对肿瘤更有利，保留在选择性条件变化时重新参与该通路的能力。因此，我们提出，Notch信号并非由固定致癌或抑癌身份定义，而可能构成一个范式性适应平台，其对癌症进展的主要贡献不在于控制单一表型输出（如干性、治疗耐药或衰老），而在于保持使肿瘤细胞能够响应变化选择条件的表型灵活性。在此框架内，这些表型状态不应被视为Notch信号的独立输出，而应被视为肿瘤细胞根据环境、代谢、基因毒性、炎症及治疗需求利用Notch依赖性调控网络能力的上下文依赖性适应表现。因此，Notch信号对癌症进展的主要贡献可能不在于控制任何特定生物学程序，而在于其保持支撑肿瘤适应和演化的表型灵活性的能力。该观点提出了一种可能性，即确定上下文依赖性Notch信号对维持肿瘤细胞表型灵活性的贡献程度可能具有重要治疗意义。特别是，确定Notch依赖性调控机制是否使肿瘤细胞能够在治疗压力下访问替代性适应状态，可为旨在约束这种适应能力的策略提供依据。在分子定义的肿瘤背景下，此类策略可能补充靶向维持肿瘤适应性的致癌依赖性的方法，潜在地限制使肿瘤细胞逃脱治疗压力的适应性反应的出现。