β-腎上腺素能受體在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用

宋 莉，戴小斌，賈 琦，周銀銀，李曉曼，吳媛媛，陳文星,2，王愛云,2，陸 茵,2

(南京中醫(yī)藥大學(xué)1．藥學(xué)院，江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室、2.江蘇省中醫(yī)藥防治腫瘤協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023)

乳腺癌發(fā)病率位居女性惡性腫瘤的首位，嚴(yán)重威脅女性身心健康[1]。目前，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)手段下，乳腺癌患者的生存和預(yù)后都得到了極大改善，但仍有20%-30%的患者存在轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)的情況，其中心理因素是導(dǎo)致不良預(yù)后的一個重要原因。乳腺癌的發(fā)生發(fā)展與體內(nèi)激素水平密切相關(guān)，與正常人相比，乳腺癌患者更容易出現(xiàn)焦慮、抑郁等不良情緒，導(dǎo)致兒茶酚胺等激素分泌紊亂，對患者的預(yù)后產(chǎn)生不利影響[2]。臨床前研究表明，這些激素可作用于β-ARs促進(jìn)乳腺癌的生長和轉(zhuǎn)移，此外流行病學(xué)研究表明使用抑制劑阻斷β受體可降低乳腺癌復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的風(fēng)險，顯著提高無復(fù)發(fā)生存率，改善乳腺癌患者的預(yù)后[3]，提示β-ARs與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。本文就β-ARs在乳腺癌發(fā)展中的作用作一綜述。

1 β-ARs概述及其在腫瘤細(xì)胞生物學(xué)中的作用

人β-ARs基因位于5號染色體的長臂上，編碼約1 200個堿基對的無內(nèi)含子基因產(chǎn)物。該受體分為β1、β2、β3三種亞型，具有7個跨膜結(jié)構(gòu)域，是G蛋白偶聯(lián)受體超家族中的一員[4]，廣泛存在于支氣管、心臟及血管平滑肌等多種組織，在心臟功能、平滑肌松弛、血管擴張和能量代謝等生理功能的調(diào)節(jié)中具有重要作用。在肝、腎、肺、腦、腎上腺、乳腺、淋巴組織及脈管系統(tǒng)等腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的眾多部位，β-ARs均有分布。β-ARs信號傳導(dǎo)還可調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞、周細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞等幾種癌細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞類型的生物活性，尤其是淋巴和免疫細(xì)胞。

β-ARs主要由兒茶酚胺類激素激活，進(jìn)而介導(dǎo)下游生物學(xué)效應(yīng)。在被稱作“戰(zhàn)斗或逃避(Fight-or-Flight)”的應(yīng)激反應(yīng)下，交感神經(jīng)系統(tǒng)(sympathetic nervous system，SNS)興奮，從局部交感神經(jīng)纖維釋放腎上腺素(epinephrine，EPI)和去甲腎上腺素(norepinephrine，NE)，并通過循環(huán)血液將其遞送到腫瘤微環(huán)境中。這兩種兒茶酚胺與β-ARs結(jié)合后，可活化G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的腺苷酸環(huán)化酶，再將三磷酸腺苷轉(zhuǎn)化為環(huán)狀3′-5′腺苷單磷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)[5]。cAMP的大量生成主要通過兩個下游效應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)多種生物學(xué)過程：(1)蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)被激活，隨后磷酸化多種靶蛋白，包括β-腎上腺素能受體激酶(β-adrenergic receptor kinase，BARK)和cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白/激活轉(zhuǎn)錄因子(cAMP responsive element binding protein/activated transcription factor，CREB/ATF)家族的轉(zhuǎn)錄因子。BARK募集β-arrestin抑制β-ARs信號傳導(dǎo)并激活Src激酶，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子(如STAT3)和黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)等下游激酶活化。FAK激活可通過細(xì)胞骨架動力學(xué)以及細(xì)胞對凋亡的抗性來調(diào)節(jié)細(xì)胞的遷移和運動。Bcl-2家族成員BAD的PKA依賴性激活還可以使癌細(xì)胞對化療誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡具有抗性。而PKA介導(dǎo)的CREB/ATF磷酸化可調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，其誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄改變可促進(jìn)細(xì)胞由增殖轉(zhuǎn)向分化，并協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)錄組對應(yīng)激的反應(yīng)。(2)cAMP激活EPAC,與PKA/CREB共同通過RhoA調(diào)節(jié)ROCK活性來誘導(dǎo)細(xì)胞骨架重排和細(xì)胞遷移[6]。

上調(diào)轉(zhuǎn)移相關(guān)基因(包括與血管生成、上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化及炎癥相關(guān)的基因)的表達(dá)以及下調(diào)抗腫瘤免疫反應(yīng)的基因的表達(dá)是β-ARs信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的一般模式。除了直接影響帶有β-ARs的腫瘤細(xì)胞外，SNS激活還通過調(diào)節(jié)骨髓的生成、單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄激活，以及血管內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞的生長和分化來調(diào)節(jié)腫瘤生物學(xué)。β-ARs對腫瘤微環(huán)境中基質(zhì)細(xì)胞的作用通常與對腫瘤細(xì)胞的直接作用相協(xié)同，共同促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移。

目前常用的β-ARs激動劑包括異丙腎上腺素(isoprenaline，ISO)、EPI和NE，β-ARs阻滯劑(β-adrenergic receptor blockers，BBS)則包括選擇性拮抗β2-AR的ICI-118551和非選擇性的普洛奈爾(propranolol，PROP)等。

2 乳腺癌中β-ARs的表達(dá)

正常乳腺細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞中均表達(dá)β-ARs。Vandewalle等[7]分別在人乳腺癌細(xì)胞系VHB-1、T47-D、MDA-MB-231、BT-20和MCF-7中發(fā)現(xiàn)了β-ARs的異常高表達(dá)，其中惡性程度最高的三陰性乳腺癌細(xì)胞系MDA-MB-231中β-ARs的表達(dá)最高。后來陸續(xù)有研究發(fā)現(xiàn)β-ARs在其他乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)，且相對于正常的乳房上皮部位，β-ARs在乳腺腫瘤中存在過表達(dá)現(xiàn)象。Montoya等[8]對乳腺癌患者的腫瘤組織和正常乳腺組織進(jìn)行免疫組化分析，發(fā)現(xiàn)β-ARs在乳腺癌中顯著高表達(dá)。從免疫組化的染色結(jié)果來看，β-ARs分布于整個乳腺腫瘤組織，而腫瘤基質(zhì)中β-ARs的密度則顯著降低。此外，流行病學(xué)研究表明，乳腺癌患者的不良預(yù)后與腫瘤中β-ARs的高表達(dá)有關(guān)[9]。

脂肪細(xì)胞是乳房微環(huán)境的主要組成部分之一，研究表明其可誘導(dǎo)促腫瘤信號的產(chǎn)生，促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生及腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲[10]。而兒茶酚胺不僅可直接作用于腫瘤細(xì)胞上的β-ARs，還可通過β-ARs途徑促進(jìn)脂肪代謝，參與乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展。Avril等[11]使用EPI浸潤脂肪組織的條件培養(yǎng)基體外處理MCF-7細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其可顯著提高M(jìn)CF-7的增殖速率。

3 β-ARs對乳腺癌發(fā)生、發(fā)展的影響及機制

乳腺癌的發(fā)病大多由遺傳因素引起，但其與內(nèi)源性和外源性因子的水平也有關(guān)。例如，長時間暴露于雌激素、無意識地暴露于日常的社會/心理壓力源和化學(xué)致癌物質(zhì)等均會增加罹患乳腺癌的風(fēng)險[12]。臨床前實驗表明，β-ARs信號可誘導(dǎo)DNA損傷進(jìn)而增加患乳腺癌的風(fēng)險，并影響乳腺癌發(fā)展過程中的多個環(huán)節(jié)，尤其以β2-AR信號通路為主，主要通過腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、血管生成及轉(zhuǎn)移過程影響乳腺癌的進(jìn)展[13]。

3.1 誘導(dǎo)DNA損傷各種誘導(dǎo)物對DNA的破壞通常被認(rèn)為是導(dǎo)致癌癥(包括乳腺癌)的重要因素。研究表明，慢性應(yīng)激可誘導(dǎo)DNA損傷，促進(jìn)衰老、腫瘤發(fā)生以及精神類疾病等，然而其誘導(dǎo)DNA損傷的機制尚不明確[14]。Hara等[15]證實，在乳腺癌動物模型中，兒茶酚胺類激素激活β2-AR，刺激Gs-PKA和β-arrestin，觸發(fā)DNA損傷并抑制抑癌基因p53水平，從而協(xié)同作用導(dǎo)致DNA損傷的積累。Yamazaki等[16]使用NE處理人乳腺上皮細(xì)胞MCF-10A，發(fā)現(xiàn)其顯著促進(jìn)了組蛋白H2AX的磷酸化，這是DNA損傷的早期標(biāo)志之一。

3.2 促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的生長、代謝腫瘤的生長與增殖需要大量營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的供給，因此需要攝取大量的葡萄糖，代謝顯著增強。Cui等[17]使用NOD/SCID免疫缺陷小鼠構(gòu)建壓力模型，發(fā)現(xiàn)壓力導(dǎo)致的β2-AR的激活可調(diào)節(jié)腫瘤的糖酵解過程、增加其代謝產(chǎn)物乳酸脫氫酶A的表達(dá)，并通過USP28-MYC-SLUG途徑增強乳腺癌細(xì)胞的干細(xì)胞樣特性，最終促進(jìn)腫瘤的生長增殖。Kang等[18]利用4T1細(xì)胞構(gòu)建小鼠乳腺癌模型，發(fā)現(xiàn)β2-AR被ISO激活后，通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控影響癌細(xì)胞中己糖激酶-2的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤的葡萄糖代謝；而PROP可抑制4T1乳腺癌腫瘤的糖代謝和葡萄糖攝取。另外有研究發(fā)現(xiàn)，PROP通過抑制β-ARs信號，可降低乳腺癌細(xì)胞的Ki-67增殖指數(shù)，降低多種細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)并增強其細(xì)胞中抑癌基因p53蛋白的表達(dá)，誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞的凋亡，顯著抑制晚期乳腺癌患者的腫瘤生長[19]。

3.3 促進(jìn)乳腺癌的侵襲、遷移腫瘤細(xì)胞滲透基底膜、侵犯血管及淋巴管是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要步驟。細(xì)胞偽足促進(jìn)腫瘤細(xì)胞向前移行的機制在于偽足附近細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的水解，而以MMP-2和MMP-9為主的基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)在此過程中發(fā)揮主要作用，可降解ECM，維持其動態(tài)平衡。正常情況下，上皮細(xì)胞呈緊密連接狀態(tài)，但在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)過程中，其轉(zhuǎn)化為松散的間質(zhì)細(xì)胞，使得細(xì)胞間連接結(jié)構(gòu)下調(diào)、相互作用減弱，細(xì)胞移動能力增強，具有轉(zhuǎn)移和侵襲的能力。以上兩種MMPs的過表達(dá)也在該過程中起到關(guān)鍵作用。Yamazaki等[20]將乳腺癌細(xì)胞MDA-MB-231用NE處理，發(fā)現(xiàn)NE可誘導(dǎo)活性氧產(chǎn)生，并促進(jìn)血紅素氧合酶-1、MMP-2和MMP-9基因的表達(dá)，提高乳腺癌細(xì)胞的侵襲性。Le等[21]發(fā)現(xiàn)慢性壓力可通過炎癥細(xì)胞的β-ARs信號傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)與腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞相關(guān)的COX2-PEG2炎癥通路，升高血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達(dá)，增加乳腺癌原發(fā)腫瘤內(nèi)淋巴管的密度，并誘導(dǎo)引流原發(fā)腫瘤的淋巴管穩(wěn)定擴張，增加淋巴液流量，從而增強腫瘤細(xì)胞通過淋巴管遷移擴散的能力。

3.4 誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移前微環(huán)境形成在特定位點形成有利于腫瘤轉(zhuǎn)移的微環(huán)境，即腫瘤轉(zhuǎn)移前微環(huán)境(pre-metastatic niche, PMN)是促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的另一個重要因素。PMN的形成和轉(zhuǎn)移性細(xì)胞的存活與巨噬細(xì)胞在PMN中的募集密切相關(guān)。Chen等[22]發(fā)現(xiàn)，β-ARs信號可在腫瘤轉(zhuǎn)移前階段促進(jìn)單核細(xì)胞的增殖，同時上調(diào)肺部CCL2和單核/巨噬細(xì)胞表面CCR2的表達(dá)，使肺部的巨噬細(xì)胞大量積累，最終導(dǎo)致乳腺癌模型小鼠循環(huán)腫瘤細(xì)胞在肺部的轉(zhuǎn)移定植顯著增加。Sloan等[23]使用束縛的方式構(gòu)建了小鼠的應(yīng)激模型，發(fā)現(xiàn)慢性應(yīng)激可增強乳腺癌細(xì)胞向遠(yuǎn)端組織(包括肺和淋巴結(jié))的轉(zhuǎn)移，但對原發(fā)腫瘤的生長影響很小。這種應(yīng)激增強的轉(zhuǎn)移是通過促進(jìn)巨噬細(xì)胞的浸潤介導(dǎo)的，應(yīng)激同時誘導(dǎo)了轉(zhuǎn)移前基因如Tgfb、Arg1和Csf1在原發(fā)腫瘤微環(huán)境中的表達(dá)。而PORP能夠在很大程度上抑制巨噬細(xì)胞在腫瘤實質(zhì)中的浸潤，這表明β-ARs信號在應(yīng)激介導(dǎo)的腫瘤轉(zhuǎn)移中起著重要作用。

3.5 促進(jìn)腫瘤血管生成腫瘤快速生長的過程伴隨著大量血管的新生，新生血管是腫瘤擴散轉(zhuǎn)移的媒介，并可為腫瘤細(xì)胞提供足夠的能量。Chen等[24]發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細(xì)胞中VEGF的表達(dá)可被NE上調(diào)，經(jīng)NE干預(yù)的乳腺癌細(xì)胞的培養(yǎng)上清液促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞毛細(xì)血管樣網(wǎng)絡(luò)的形成。此外，將內(nèi)皮細(xì)胞與乳腺癌細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)NE可激活內(nèi)皮細(xì)胞的Notch通路，并顯著上調(diào)乳腺癌細(xì)胞上Notch配體Jagged 1的mRNA和蛋白質(zhì)水平。Notch通路是一種細(xì)胞接觸依賴性的細(xì)胞間信號通路，與腫瘤細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞相互作用及血管生成密切相關(guān)。而NE引起的Jagged 1上調(diào)可被β2-AR、PKA和mTOR抑制劑逆轉(zhuǎn)，表明β2-AR-PKA-mTOR途徑參與了這一過程。

3.6 抑制腫瘤免疫腫瘤抗原可誘導(dǎo)機體T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生免疫應(yīng)答反應(yīng)，但腫瘤細(xì)胞和抗原呈遞細(xì)胞上的PD-L1可與T細(xì)胞表面的PD-1結(jié)合，降低抗腫瘤免疫反應(yīng)。研究表明β-ARs信號可抑制機體對腫瘤的這種免疫反應(yīng)。Kokolus等[25]分別在小鼠黑色素瘤、結(jié)腸癌、胰腺癌和乳腺癌模型中發(fā)現(xiàn)，相較于熱中性溫度(30-31) ℃，在標(biāo)準(zhǔn)溫度下(20-26) ℃飼養(yǎng)的小鼠腫瘤形成、生長速率和轉(zhuǎn)移顯著增強。這是因為輕度的慢性冷應(yīng)激可刺激β2-AR信號，使腫瘤微環(huán)境中抗原特異性CD8+T細(xì)胞、效應(yīng)T細(xì)胞及其分泌的IFN-γ數(shù)量顯著降低，而具有免疫抑制作用的骨髓來源的抑制性細(xì)胞和Treg細(xì)胞數(shù)量顯著升高，從而抑制腫瘤免疫反應(yīng)。

3.7 提高抗癌藥物的耐藥性使用化療藥物治療乳腺癌的初期往往能取得不錯的療效，然而獲得性耐藥的產(chǎn)生卻使藥物失去了作用，是臨床乳腺癌治療面臨的一大難題。如靶向人表皮生長因子受體-2(HER2)的曲妥珠單抗目前被用作HER2陽性(HER2+)轉(zhuǎn)移性乳腺癌的一線治療藥物，以曲妥珠單抗為基礎(chǔ)的治療可提高乳腺癌患者的生存率，但有50%的患者在1-2年內(nèi)會產(chǎn)生耐藥性，這是目前治療HER2+乳腺癌的主要臨床問題[26]。Liu等[27]發(fā)現(xiàn)兒茶酚胺在體外和體內(nèi)均可有效拮抗曲妥珠單抗的抗乳腺癌細(xì)胞增殖的作用，HER2+乳腺癌患者的曲妥珠單抗反應(yīng)與其誘導(dǎo)的β2-AR的表達(dá)與呈負(fù)相關(guān)。深入探究曲妥珠單抗獲得性耐藥的分子機制，發(fā)現(xiàn)兒茶酚胺作用于β2-AR后，可激活HER2和STAT3來上調(diào)miR-21和MUC-1的表達(dá)，再通過PI3K/Akt/mTOR途徑誘導(dǎo)曲妥珠單抗耐藥。而BBS PROP不僅增強了曲妥珠單抗的抗腫瘤活性，還可恢復(fù)耐藥細(xì)胞對曲妥珠單抗的敏感性。

4 BBS的使用對乳腺癌預(yù)后的影響

以上證據(jù)提示β-ARs可能是臨床上治療乳腺癌的一個新靶標(biāo)。研究表明，使用該受體的阻滯劑可顯著降低乳腺腫瘤的增殖[28]，或可提高乳腺癌患者的生存率、改善患者的預(yù)后。臨床上，BBS廣泛應(yīng)用于心血管疾病的治療，其作為治療高血壓的一線藥物，已經(jīng)用于患高血壓的癌癥患者的輔助治療，且取得不錯的效果。PROP、拉貝洛爾、美托洛爾、比索洛爾和阿替洛爾是目前臨床上常用的BBS。Wang等[29]使用數(shù)據(jù)庫檢索文獻(xiàn)，通過Meta分析評估了BBS與乳腺癌預(yù)后的關(guān)系。該研究納入了10篇符合標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)，共19 999名患者，研究規(guī)模從466到9 817人不等，使用的BBS類型既有非選擇性也有選擇性受體阻滯劑，平均隨訪時間為1.3年至10.5年。有6例研究提示接受BBS可降低乳腺癌特異性死亡率，其中3例有統(tǒng)計學(xué)意義(HR=0.42;95%可信區(qū)間=0.18 -0.97;P=0.042)。兩項研究報告顯示復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的風(fēng)險均顯著降低。另外一項研究表明，BBS可顯著提高無復(fù)發(fā)生存率(HR=0.30;95%可信區(qū)間=0.10-0.87;P=0.027)。以上結(jié)果提示BBS的使用可能與乳腺癌患者改善預(yù)后有關(guān)，但大多數(shù)研究規(guī)模較小、隨訪時間相對較短，所以需要更大規(guī)模的研究來進(jìn)一步探索BBS與乳腺癌預(yù)后之間的關(guān)系。

5 總結(jié)與展望

β-ARs的激活與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，在乳腺癌的生長代謝、侵襲轉(zhuǎn)移、血管生成、免疫抑制等方面起著重要的作用，還可損害抗癌藥物的治療效果，對乳腺癌患者的預(yù)后有不利影響，有望成為乳腺癌診斷、監(jiān)測治療效果、判斷預(yù)后的生物標(biāo)志物之一。近年來乳腺癌的治療水平雖然有了較大進(jìn)展，但患者仍面臨著復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的問題。且化療藥物和放射療法會對患者產(chǎn)生心臟毒性，而BBS作為治療心血管疾病的一線藥物，常被用于腫瘤患者并發(fā)心臟疾病的治療，使用BBS阻斷β-ARs信號可改善乳腺癌患者的預(yù)后。這表明β-ARs或可作為治療乳腺癌的新靶點，成為將來防治乳腺癌的有效方法之一，為乳腺癌患者帶來福音。

目前針對乳腺癌的新的治療靶點正在研究當(dāng)中，但乳腺癌的異質(zhì)性和單一靶點治療產(chǎn)生的耐藥性是藥物開發(fā)過程中的關(guān)鍵問題。非選擇性BBS PROP耐受良好、安全性高，臨床上已被用于治療嬰兒血管瘤，而測試其對乳腺癌治療效果Ⅱ期臨床試驗正在進(jìn)行當(dāng)中。PROP或許可與化療藥物聯(lián)合使用，預(yù)防蒽環(huán)類藥物引起的心臟毒性，并抑制術(shù)后應(yīng)激造成SNS激活誘導(dǎo)的乳腺癌轉(zhuǎn)移[30]。BBS是否可以作為乳腺癌輔助治療的藥物，尚需進(jìn)行深入的探索與研究。另外，乳腺癌患者長期處于壓力狀態(tài)也會激活β-ARs，促進(jìn)癌癥的發(fā)展，這提示癌癥患者應(yīng)及時調(diào)整心態(tài)，保持良好的心情。