應(yīng)激通過腎上腺素能信號(hào)影響腫瘤發(fā)展進(jìn)程*

李鑫月，連 帥，徐 彬，郎立敏，陳 妍，楊煥民

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江，大慶163000）

越來越多的證據(jù)表明慢性心理應(yīng)激會(huì)提高腫瘤的發(fā)生率，加劇腫瘤進(jìn)展［1］。其它一些軀體應(yīng)激源例如手術(shù)應(yīng)激、冷應(yīng)激也被證明會(huì)促進(jìn)腫瘤生長［2-3］。無論是何種應(yīng)激源，在機(jī)體都會(huì)引起一部分與刺激性質(zhì)無關(guān)的非特異性反應(yīng)，主要由下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）和交感神經(jīng)系統(tǒng)（sympathetic nervous system，SNS）介導(dǎo)。SNS在應(yīng)激時(shí)迅速提高機(jī)體的警覺性和應(yīng)變能力，這對(duì)于機(jī)體應(yīng)對(duì)應(yīng)激至關(guān)重要［4］。但是慢性應(yīng)激時(shí)SNS的持續(xù)激活卻會(huì)促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不利影響［5］。腎上腺素能信號(hào)是介導(dǎo)在應(yīng)激與腫瘤進(jìn)程二者之間的關(guān)鍵因子，實(shí)驗(yàn)中采用β-腎上腺能受體拮抗劑普萘洛爾可以逆轉(zhuǎn)慢性應(yīng)激對(duì)腫瘤多種生物學(xué)行為的促進(jìn)作用［6-9］。另外，雖然關(guān)于腎上腺能受體拮抗劑對(duì)于腫瘤患者是否有益目前仍存在一些爭(zhēng)議，但是有證據(jù)表明應(yīng)用腎上腺素能受體拮抗劑可以減慢癌癥進(jìn)展，降低患者死亡率［10-14］。因此應(yīng)激與腫瘤之間的關(guān)系不可忽視，本文主要聚焦于二者之間的關(guān)鍵介質(zhì)腎上腺素能信號(hào)，就應(yīng)激通過腎上腺素能信號(hào)影響腫瘤進(jìn)程的機(jī)制作一綜述。

1 腎上腺素能受體分類

腎上腺素受體（adrenergic receptor，AR）是G蛋白偶聯(lián)受體家族的成員，分為α1、α2、β1、β2和β3五類［15］。目前關(guān)于應(yīng)激對(duì)腫瘤的影響，β2-AR的研究占比較多［5］。多種腫瘤細(xì)胞表達(dá)腎上腺素受體，并且存在β-AR過表達(dá)［5，16］。β1、β2和β3受體與Gs蛋白偶聯(lián)，在受到腎上腺素刺激時(shí)激活腺苷酸環(huán)化酶（adenylate cyclase，AC），產(chǎn)生第二信使環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP），cAMP再激活其兩個(gè)主要下游靶分子：蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）或cAMP直接活化的交換蛋白（exchange protein directly activated by cAMP，Epac），影響下游物質(zhì)產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。而α2腎上腺素受體與Gi蛋白偶聯(lián)，抑制AC，使細(xì)胞內(nèi)cAMP水平下降。α1腎上腺素受體則偶聯(lián)Gq蛋白，通過磷脂酶C（phospholipase C，PLC）/三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）/Ca2+通路以及二酰甘油（diacylglycerol，DAG）/蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）通路發(fā)揮作用［17］。

2 應(yīng)激通過腎上腺素能信號(hào)影響腫瘤生物學(xué)行為

應(yīng)激時(shí)，SNS激活，腎上腺髓質(zhì)分泌的的腎上腺素和去甲腎上腺素通過血流可以分布到腫瘤所在部位。另一方面，腫瘤組織存在神經(jīng)支配，進(jìn)入腫瘤組織的交感神經(jīng)末梢可以釋放去甲腎上腺素，直接與腫瘤細(xì)胞相互作用［18］?，F(xiàn)有證據(jù)看來，β-腎上腺素能信號(hào)的腫瘤驅(qū)動(dòng)效應(yīng)主要依賴于局部交感神經(jīng)末梢來源的去甲腎上腺素［14］。一項(xiàng)乳腺癌的研究對(duì)上述二者進(jìn)行了比較。暴露于束縛應(yīng)激的小鼠腫瘤生長更快，腫瘤中神經(jīng)支配增加，采用溴化六甲銨拮抗周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptor，nAChR），完全消除了上述增長；但是切除腎上腺對(duì)束縛應(yīng)激誘導(dǎo)的腫瘤生長和神經(jīng)計(jì)數(shù)增加沒有顯著影響，這個(gè)結(jié)果肯定了局部神經(jīng)纖維來源的去甲腎上腺素所占的主導(dǎo)作用［19］。該學(xué)者的研究提出了一個(gè)腫瘤神經(jīng)支配的前饋回路：束縛應(yīng)激下的腎上腺素能信號(hào)使乳腺癌細(xì)胞通過β3-AR/cAMP/Epac/c-Jun氨基末端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）通路上調(diào)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的分泌，BDNF通過酪氨酸激酶受體B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）的作用，使腫瘤組織的神經(jīng)支配增加。這種新生長的神經(jīng)末梢又可以釋放去甲腎上腺素促進(jìn)腫瘤生長，從而形成一個(gè)前饋回路［19］。

兒茶酚胺激活腫瘤細(xì)胞的β-AR，通過cAMP/PKA或者cAMP/Epac作用于下游的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）、磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，也稱AKT）、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）、環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）等多種信號(hào)通路組分，調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)展關(guān)鍵物質(zhì)如白細(xì)胞介素6（interleukin-6，IL-6）、IL-8、血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、基質(zhì)金屬蛋白酶 2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）、MMP-9、環(huán)氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）等的表達(dá)，最終影響腫瘤微環(huán)境神經(jīng)支配、腫瘤血管生成、腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移等腫瘤的生物學(xué)行為以及腫瘤干細(xì)胞樣特性等惡性腫瘤特征［13，16，18，20-24］。

2.1 促進(jìn)腫瘤發(fā)生 慢性應(yīng)激可以通過干擾細(xì)胞DNA修復(fù)的重要元件p53來使DNA損傷積累，促進(jìn)腫瘤發(fā)生。Hara等［22］研究表明慢性應(yīng)激下β2-AR激活，一方面Gs/PKA信號(hào)導(dǎo)致活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生，損傷DNA；另一方面發(fā)生細(xì)胞質(zhì)β-arrestin-1依賴的PI3K/AKT通路對(duì)MDM2的磷酸化，核β-arrestin-1再促進(jìn)鼠雙微體2（murine double minute 2，MDM2）對(duì)p53的泛素化降解，使染色體DNA缺少p53的“監(jiān)控”以及損傷修復(fù)功能。上述兩種機(jī)制協(xié)同作用，造成了細(xì)胞DNA損傷的積累，對(duì)基因組完整性產(chǎn)生影響。當(dāng)關(guān)鍵的原癌基因和抑癌基因突變累積到一定程度時(shí)即可能誘發(fā)腫瘤［25］。

2.2 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖 β-AR對(duì)于腫瘤細(xì)胞的調(diào)節(jié)主要是通過PKA途徑［18］。β-AR激活后，可以通過Gs/AC/cAMP/PKA或cAMP/Epac/Ras相關(guān)蛋白1（Ras-related protein 1，Rap1）調(diào)節(jié) Raf/MEK/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信號(hào)通路［14］。兒茶酚胺類應(yīng)激激素可以在肺癌、肝癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤等多種腫瘤細(xì)胞中激活ERK1/2和p38，發(fā)揮促增殖作用［26-28］。NF-κB通路參與應(yīng)激對(duì)腫瘤細(xì)胞凋亡的抑制作用，在實(shí)驗(yàn)中抑制NF-κB信號(hào)會(huì)大幅度減弱腎上腺素的“促增殖和抗凋亡效應(yīng)”［21］。在關(guān)于胰腺導(dǎo)管腺癌的研究中表明，去甲腎上腺素可通過激活Notch1途徑抑制胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞的凋亡，增強(qiáng)其侵襲能力［29］。此外，PI3K/AKT和Hedgehog信號(hào)通路也參與β-AR對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)［28，30］。

總之，在不同類型的腫瘤細(xì)胞中，β-AR可以調(diào)控多種腫瘤相關(guān)信號(hào)通路，影響腫瘤細(xì)胞的增殖和凋亡。

2.3 促進(jìn)腫瘤血管生成、淋巴管生成 腫瘤血管生成是原發(fā)腫瘤生長的必備條件，同時(shí)又是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要途徑［25］。VEGF是被廣泛研究的最為重要的血管生成因子［18］。兒茶酚胺可以通過β2-AR/cAMP/PKA途徑使腫瘤細(xì)胞VEGF表達(dá)增加［9］。一項(xiàng)胃癌研究報(bào)道，神經(jīng)叢素A1（plexin-A1）通過與血管內(nèi)皮生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）形成受體復(fù)合物從而在異丙腎上腺素的血管生成信號(hào)中發(fā)揮重要作用，抑制plexin-A1表達(dá)后，異丙腎上腺素處理就不能上調(diào)胃癌細(xì)胞VEGFR2的表達(dá)了［31］。此外，存在腫瘤細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的其它受體和配體組合參與應(yīng)激對(duì)腫瘤血管生成的調(diào)節(jié)。兒茶酚胺可以通過β2-AR/PKA/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路使乳腺癌細(xì)胞Jagged-1表達(dá)增加，激活其周圍血管內(nèi)皮細(xì)胞的Jagged-1受體——Notch，從而發(fā)揮促腫瘤血管生成效應(yīng)［32］。除了VEGF，大量研究結(jié)果明兒茶酚胺類激素還會(huì)促進(jìn)重要的炎性細(xì)胞因子IL-6和IL-8的表達(dá)從而促進(jìn)腫瘤血管生成，這是早已被廣泛認(rèn)可的［13，18，20，33］。

應(yīng)激下的腎上腺素能信號(hào)除了對(duì)一系列血管生成因子有影響外，還可以調(diào)節(jié)血管生成抑制因子。在前列腺癌細(xì)胞中，慢性應(yīng)激激活β-腎上腺素能受體，通過cAMP/PKA/CREB誘導(dǎo)組蛋白脫乙酰酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）的表達(dá)，HDAC2又通過調(diào)節(jié)血小板反應(yīng)蛋白1（thrombospondin-1，TSP1）啟動(dòng)子區(qū)附近組蛋白的乙?；揎梺硪种芓SP1的表達(dá)，而TSP1是重要的血管生成抑制因子，抑制其表達(dá)會(huì)對(duì)腫瘤部位血管生成有促進(jìn)作用［23］。

腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移主要有血管和淋巴管兩種途徑［25］。應(yīng)激下的腎上腺素能信號(hào)還可以促進(jìn)腫瘤內(nèi)淋巴管重構(gòu)，為腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移提供淋巴管途徑。研究表明，慢性應(yīng)激下的β-腎上腺素能信號(hào)促進(jìn)腫瘤內(nèi)巨噬細(xì)胞COX-2的合成和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）的分泌，這種來源于巨噬細(xì)胞的炎癥信號(hào)增加腫瘤細(xì)胞VEGF-C和基質(zhì)細(xì)胞VEGFR表達(dá)，從而使腫瘤內(nèi)淋巴管密度增加、淋巴管穩(wěn)定擴(kuò)張，促進(jìn)腫瘤淋巴轉(zhuǎn)移［7］。

2.4 促進(jìn)腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移 兒茶酚胺類應(yīng)激激素可以通過多種機(jī)制增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞遷移、侵襲的能力，例如促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition，EMT）?；潞瓴ǎ?4］研究提出，慢性應(yīng)激通過支配肝臟的交感神經(jīng)作用于肝癌細(xì)胞表面的β2-AR，不影響細(xì)胞內(nèi)β-連環(huán)蛋白（βcatenin）的總表達(dá)而促進(jìn)β-catenin移位入細(xì)胞核，入核的β-catenin與淋巴樣增強(qiáng)因子1（lymphoid enhancer factor 1，LEF1）形成復(fù)合物，該復(fù)合物與波形蛋白（vimentin）的啟動(dòng)子結(jié)合并促進(jìn)vimentin轉(zhuǎn)錄，使間充質(zhì)標(biāo)志蛋白vimentin和神經(jīng)鈣黏素（N-cadherin）以及F-肌動(dòng)蛋白（F-actin）表達(dá)量增加，上皮鈣黏素（E-cadherin）的表達(dá)量下降，這是EMT發(fā)生的標(biāo)志；這些蛋白的改變會(huì)使腫瘤細(xì)胞發(fā)生“骨架重塑、細(xì)胞間緊密連接減弱”等形態(tài)變化，使肝癌細(xì)胞“硬度”降低，最終侵襲和轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)。在胃癌研究中也有類似發(fā)現(xiàn)，異丙腎上腺素通過β2-AR/STAT3下調(diào)胃癌細(xì)胞的上皮標(biāo)志蛋白和上調(diào)間充質(zhì)標(biāo)志蛋白［35］。近期一項(xiàng)關(guān)于舌鱗狀細(xì)胞癌的研究提出，IL-6/STAT3/Snail通路的激活參與了β2-AR介導(dǎo)的EMT［16］。此外，異丙腎上腺素可以通過 Gαs/AC/cAMP/PKA途徑抑制c-Raf/MEK/ERK級(jí)聯(lián)，上調(diào)HDAC6的表達(dá)，使肺癌細(xì)胞α-微管蛋白（α-tubulin）乙?；较陆担鰪?qiáng)肺癌細(xì)胞運(yùn)動(dòng)能力［24］。

從原發(fā)灶脫落的腫瘤細(xì)胞會(huì)繼續(xù)侵入周圍基質(zhì)。腫瘤微環(huán)境中的腎上腺素水平上升可以促進(jìn)MMPs的表達(dá)，為腫瘤細(xì)胞向細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）侵襲創(chuàng)造有利條件［18，20］。腫瘤細(xì)胞接下來進(jìn)一步的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移需要借助血液和淋巴循環(huán)［25］。腫瘤細(xì)胞離開了ECM并進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)卻得以存活，沒有全部凋亡，這涉及腫瘤細(xì)胞對(duì)“失巢凋亡”的抑制。慢性應(yīng)激下，去甲腎上腺素可以通過ADRB2/Src信號(hào)軸激活局部粘著斑激酶（focal adhesion kinase，F(xiàn)AK），進(jìn)而抑制乳腺癌細(xì)胞的失巢凋亡［36］。

最終，存活下來的少部分循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumor cells，CTCs）會(huì)黏附到遠(yuǎn)端器官的血管內(nèi)皮細(xì)胞上，逸出循環(huán)系統(tǒng)并轉(zhuǎn)移定位到特定的遠(yuǎn)端器官［25］。應(yīng)激對(duì)于腫瘤細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附過程也有促進(jìn)作用。異丙腎上腺素可以通過β-2AR/cAMP/Epac/Rap1途徑誘導(dǎo)整合素介導(dǎo)的細(xì)胞黏附［37］。一項(xiàng)關(guān)于乳腺癌的研究結(jié)果顯示，去甲腎上腺素可以誘導(dǎo)血管內(nèi)皮釋放趨化因子GROa，促進(jìn)β 1-整合素介導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞與血管內(nèi)皮的黏附［38］。

腫瘤細(xì)胞最終所選擇定植的位置以及在遠(yuǎn)離原發(fā)灶的器官中是否能存活受遠(yuǎn)端器官的微環(huán)境影響［25］。慢性應(yīng)激時(shí)機(jī)體神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng)發(fā)生的變化會(huì)在腫瘤預(yù)轉(zhuǎn)移期引起遠(yuǎn)端器官的“預(yù)轉(zhuǎn)移微環(huán)境”改變，使其更利于腫瘤細(xì)胞生存。陳泓宇［39］采用慢性不可預(yù)見性應(yīng)激反應(yīng)小鼠模型研究表明，應(yīng)激時(shí)激活的β-腎上腺素能信號(hào)可以促進(jìn)單核細(xì)胞從骨髓遷移至外周血循環(huán)；β-腎上腺素能信號(hào)還通過PKA通路使肺組織血管內(nèi)皮細(xì)胞趨化因子配體2（CC chemokine ligand，CCL2）和肺外單核/巨噬細(xì)胞的趨化因子受體2（CC chemokine receptor，CCR2）表達(dá)量增加，通過這樣的趨化因子受體/配體組合募集其它部位的單核/巨噬細(xì)胞進(jìn)入肺部，在肺部形成一種“炎性微環(huán)境”，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞在肺部定植。

2.5 誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞樣特性 腫瘤干細(xì)胞理論認(rèn)為腫瘤干細(xì)胞是導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)以及耐藥的關(guān)鍵誘因［25］。Cui等［8］研究表明，慢性應(yīng)激下腎上腺素通過β2-AR促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的葡萄糖代謝平衡向糖酵解傾斜，促進(jìn)乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）表達(dá)，其產(chǎn)物乳酸會(huì)改變局部環(huán)境的pH值，形成弱酸性微環(huán)境，從而增強(qiáng)去泛素化酶USP28對(duì)MYC的去泛素化，使MYC的穩(wěn)定性提高，MYC激活鋅指轉(zhuǎn)錄因子SLUG的啟動(dòng)子，轉(zhuǎn)錄因子SLUG促進(jìn)“自我更新”相關(guān)基因——CTNNB1（catenin beta 1）、POU5F1（POU domain class 5 transcription factor 1）和NANOG的表達(dá)，提高體外實(shí)驗(yàn)中乳腺癌細(xì)胞微球及在體實(shí)驗(yàn)中乳腺腫瘤的形成效率，即轉(zhuǎn)錄因子SLUG最終促進(jìn)了乳腺癌干細(xì)胞樣特性。另一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)提出去甲腎上腺素通過激活PI3K/AKT通路，上調(diào)肝癌細(xì)胞的Y染色體性別決定區(qū)盒蛋白4（sexdertermining region Y box 4，Sox4）的表達(dá)水平，從而提高肝癌干細(xì)胞標(biāo)志物CD133表達(dá)，增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的干細(xì)胞樣特征［40］。

3 小結(jié)與展望

目前關(guān)于應(yīng)激對(duì)腫瘤的影響，人們更多的關(guān)注在心理應(yīng)激上，采用束縛應(yīng)激模型或慢性不可預(yù)見性應(yīng)激模型來研究其機(jī)制［39］。關(guān)于其它的軀體應(yīng)激源，例如環(huán)境溫度變化通過免疫系統(tǒng)以外的方式影響腫瘤進(jìn)展的機(jī)制鮮有研究［2］。應(yīng)激下機(jī)體釋放的腎上腺素和去甲腎上腺素可以作用于細(xì)胞內(nèi)多種不同的腫瘤相關(guān)信號(hào)通路，這些復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)交叉連接、共同作用，幾乎對(duì)腫瘤的所有生物學(xué)行為產(chǎn)生影響［18，41］，見圖1。

Figure 1.The adrenergic regulation of tumor progression.1：an IL-6/STAT3 feedforward loop［42］；2：a BDNF feedforward loop；3：the dashed line represents that it is not a direct reaction，and there are other molecules involved；4：the induction of multiple transcription factors up-regulates the expression of tumor-promoting factors such as IL-6，which together act on the blood vessels in the tumor site；5：PI3K/AKT-mediated MDM2 interacts with β-arrestin to ubiquitinate p53［22］；6：the β2-AR/PKA/mTOR/p70S6K pathway increased the expression of jagged-1，which can bind to the Notch on vascular endothelial cells，thus promoting angiogenesis［18，32］.圖1 腫瘤發(fā)展的腎上腺素信號(hào)調(diào)節(jié)

本文中提到的研究并不能排除應(yīng)激下復(fù)雜的神經(jīng)內(nèi)分泌反應(yīng)所涉及的其他激素對(duì)腫瘤生長的影響，然而必須肯定的是腎上腺素信號(hào)是應(yīng)激發(fā)揮腫瘤驅(qū)動(dòng)作用的關(guān)鍵效應(yīng)介質(zhì)。研究應(yīng)激驅(qū)動(dòng)腫瘤的分子機(jī)制具有重要意義，可以為治療和預(yù)防應(yīng)激誘發(fā)的腫瘤提供理論依據(jù)和思路。