神經(jīng)新生角度探討腫瘤增殖與轉(zhuǎn)移

宋夢瑤，宋 莉，周銀銀，賈 琦，李曉曼，2，陸 茵，2，3

(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(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、2.江蘇省中醫(yī)藥防治腫瘤協(xié)同創(chuàng)新中心、3.江蘇省中醫(yī)藥與再生醫(yī)學(xué)研究國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 江蘇 南京 210023)

越來越多的證據(jù)表明，正如健康組織需要神經(jīng)調(diào)節(jié)、支配身體穩(wěn)態(tài)一樣，腫瘤也需要神經(jīng)程序來促進(jìn)其生長和發(fā)展[1]。腫瘤自身增殖與轉(zhuǎn)移依賴于神經(jīng)新生早已得到臨床證實(shí)。類似于腫瘤血管新生，腫瘤細(xì)胞釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子，通過腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment，TME)直接或間接地作用于腫瘤周圍的外周神經(jīng)末梢，誘導(dǎo)軸突新生，促進(jìn)神經(jīng)生長。

腫瘤內(nèi)神經(jīng)新生過程產(chǎn)生了復(fù)雜的生物學(xué)結(jié)構(gòu)改變。在神經(jīng)發(fā)育和再生過程中，神經(jīng)生長受神經(jīng)支配靶器官釋放的神經(jīng)營養(yǎng)因子調(diào)控。神經(jīng)末梢突觸釋放的神經(jīng)遞質(zhì)和其他營養(yǎng)因子可以激活腫瘤細(xì)胞上相應(yīng)的神經(jīng)遞質(zhì)受體，加速腫瘤組織內(nèi)神經(jīng)軸突的新生。反之，腫瘤細(xì)胞最終在神經(jīng)周圍生長或侵入神經(jīng)，這一過程稱為神經(jīng)周圍侵襲或神經(jīng)浸潤(peripheral nerve invasion，PNI)。神經(jīng)生長不斷向外擴(kuò)散各類神經(jīng)遞質(zhì)，一方面激活了腫瘤的生長與轉(zhuǎn)移，另一方面促進(jìn)了神經(jīng)浸潤腫瘤。神經(jīng)的大量新生刺激了腫瘤的增殖與轉(zhuǎn)移，而神經(jīng)最終也會(huì)被腫瘤細(xì)胞包圍、侵入。神經(jīng)-腫瘤細(xì)胞的這種相互干擾最終達(dá)到神經(jīng)新生與腫瘤發(fā)生發(fā)展二者相互促進(jìn)的終效應(yīng)。近幾年，基因工程與影像學(xué)的最新進(jìn)展使人們對(duì)腫瘤神經(jīng)調(diào)節(jié)的分子基礎(chǔ)與機(jī)制有了更加深入的了解。在臨床研究證據(jù)的推動(dòng)下，以靶向神經(jīng)和TME之間的相互作用治療癌癥為目標(biāo)，新的轉(zhuǎn)化治療技術(shù)與方法正在開發(fā)。本文對(duì)神經(jīng)新生在調(diào)控腫瘤增殖與轉(zhuǎn)移中的作用以及針對(duì)于神經(jīng)新生在檢測技術(shù)與治療方法上所面臨的困難與策略進(jìn)行綜述。

1 腫瘤神經(jīng)新生改變腫瘤微環(huán)境

TME是一個(gè)包含有腫瘤細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等各種物質(zhì)的微生態(tài)環(huán)境。神經(jīng)細(xì)胞在其中也發(fā)揮了重要的作用，因此，神經(jīng)系統(tǒng)與TME之間的相互作用極大程度上影響了神經(jīng)新生與腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移。神經(jīng)-腫瘤微環(huán)境誘發(fā)的神經(jīng)新生，為腫瘤細(xì)胞提供了良好的生長環(huán)境。

1.1 神經(jīng)生長因子驅(qū)動(dòng)神經(jīng)新生加速腫瘤發(fā)展目前研究發(fā)現(xiàn)，受神經(jīng)支配的靶器官釋放的神經(jīng)營養(yǎng)因子包括神經(jīng)生長因子(nerve growth factor，NGF)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)、神經(jīng)營養(yǎng)蛋白3(neurotrophic protein 3，NT3)和神經(jīng)營養(yǎng)蛋白4/5(neurotrophic protein 4/5，NT4/5)等。以上神經(jīng)營養(yǎng)因子均已被證明可通過刺激神經(jīng)末梢中的酪氨酸激酶受體驅(qū)動(dòng)神經(jīng)新生[2]。其中NGF是最早被發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)新生中發(fā)揮著主要驅(qū)動(dòng)作用的重要神經(jīng)營養(yǎng)因子。前期研究表明，NGF在前列腺癌、胃癌、胰腺癌[3-4]等癌癥的神經(jīng)支配過程中發(fā)揮重要作用。除此之外，粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF)、神經(jīng)生長因子前體(nerve growth factor precursor，proNGF)對(duì)前列腺癌也表現(xiàn)出類似的驅(qū)動(dòng)作用[5]。

NGF作為神經(jīng)營養(yǎng)因子內(nèi)最重要的組成部分，與腫瘤內(nèi)神經(jīng)新生有密切關(guān)系。三分之一的浸潤性導(dǎo)管乳腺癌內(nèi)會(huì)檢測到神經(jīng)，神經(jīng)密度與腫瘤的侵襲性以及腫瘤細(xì)胞釋放的NGF有關(guān)[6]。Ayala等[7]發(fā)現(xiàn)前列腺腫瘤部位釋放的NGF會(huì)驅(qū)動(dòng)神經(jīng)軸突新生，高組織病理學(xué)分級(jí)的前列腺癌區(qū)域比低等級(jí)或良性前列腺增生的區(qū)域存在更多的神經(jīng)。同時(shí)，前列腺癌細(xì)胞proNGF的產(chǎn)量增加與TME中的神經(jīng)密度成正比，表明proNGF/NGF是前列腺癌腫瘤神經(jīng)新生的分子介質(zhì)。Rowe等[8]通過組織學(xué)檢測發(fā)現(xiàn)，與正常的甲狀腺組織相比，proNGF在甲狀腺腫瘤組織內(nèi)有所增加，并且病理評(píng)分顯示其在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中的染色強(qiáng)度明顯高于相應(yīng)的原發(fā)性腫瘤。但是，proNGF在血清中的高表達(dá)卻與甲狀腺癌的發(fā)生與否無關(guān)[9]。

NGF還是疼痛的誘導(dǎo)因素。腫瘤對(duì)神經(jīng)造成的壓迫導(dǎo)致了癌癥患者的痛苦，多項(xiàng)研究表明在腫瘤治療中靶向NGF是一種有效減緩患者疼痛的手段[10]。鑒于NGF在腫瘤神經(jīng)支配中的作用，未來神經(jīng)營養(yǎng)因子完全可以用作癌癥診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物。

1.2 神經(jīng)新生誘導(dǎo)腫瘤血管生成血管新生是腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，軸突引導(dǎo)生長分子如神經(jīng)肽和信號(hào)素可以調(diào)控血管生成。在腫瘤血管生成的治療過程中，已發(fā)現(xiàn)部分軸突引導(dǎo)分子能夠通過有效抑制腫瘤血管生成途徑抑制腫瘤增殖與轉(zhuǎn)移。Plexin-A4作為一種神經(jīng)纖毛蛋白傳遞配體，通過與FGFR1和VEGFR-2酪氨酸激酶受體形成穩(wěn)定的復(fù)合物，增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞中VEGF誘導(dǎo)的VEGFR-2磷酸化以及bFGF誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖[11]。來源于神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)素能夠通過調(diào)節(jié)VEGF促進(jìn)腫瘤相關(guān)的血管生成。Sema3B是一種分泌型信號(hào)素，研究表明Sema3B的過表達(dá)可以抑制肺癌、乳腺癌細(xì)胞的增殖。除了對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制作用外，Sema3B還可以通過Nrp1排斥內(nèi)皮細(xì)胞，因此被認(rèn)為可以作為血管生成抑制劑[12]，而Sema3E誘導(dǎo)Arf6激活可以誘導(dǎo)快速粘著斑分解和內(nèi)皮細(xì)胞塌陷，進(jìn)而抑制血管生成[13]。

1.3 神經(jīng)新生觸發(fā)腫瘤免疫微環(huán)境改變?nèi)~因子2(trefoil factor 2，TFF2)是一種脾臟產(chǎn)生的分泌肽，可與ChAT-EGFP共定位，標(biāo)記CD4+T細(xì)胞。TFF2受到炎癥反射的調(diào)節(jié)，在急性狀態(tài)下，炎癥反射導(dǎo)致記憶性CD4+T細(xì)胞釋放乙酰膽堿，抑制巨噬細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α，最終阻止了髓源性抑制細(xì)胞的增殖與發(fā)展[14]。內(nèi)源性大麻素，被稱為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)調(diào)節(jié)劑，控制著免疫細(xì)胞的分泌特性?？梢灾苯影邢虬准?xì)胞，并通過抑制P物質(zhì)(substancep，SP)和降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin-gene related peptide，CGRP)發(fā)揮其神經(jīng)學(xué)作用[15]。在受損神經(jīng)中，巨噬細(xì)胞衍生的IL-1β誘導(dǎo)非神經(jīng)元細(xì)胞中NGF的合成。炎癥過程會(huì)誘導(dǎo)白細(xì)胞的積累和疼痛相關(guān)介質(zhì)的釋放，促進(jìn)神經(jīng)元可塑性和外周神經(jīng)支配[16]。當(dāng)巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和其他白細(xì)胞釋放NGF時(shí)，可以促進(jìn)腫瘤神經(jīng)支配的軸突轉(zhuǎn)換，通過招募腦源性神經(jīng)前體促進(jìn)癌癥進(jìn)展。M2型巨噬細(xì)胞在功能上被募集并有助于神經(jīng)修復(fù)，而M1型巨噬細(xì)胞的功能是破壞受傷的神經(jīng)[17]。巨噬細(xì)胞可以通過分泌VEGF再生受損的神經(jīng)，而施萬細(xì)胞使用VEGF來遷移和引導(dǎo)神經(jīng)生長。此外，mTOR-Sema6D-PPARγ軸在巨噬細(xì)胞極化中起關(guān)鍵作用。mTOR的抑制或Sema6D的缺失阻斷了抗炎巨噬細(xì)胞極化，伴隨著PPARγ表達(dá)、脂肪酸攝取和脂質(zhì)代謝重編程的嚴(yán)重受損[18]。

1.4 其他交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)元釋放能激活感覺神經(jīng)元的分子，而感覺神經(jīng)元的切除可顯著減緩瘤變損傷的發(fā)展[4]。Chen等[19]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)內(nèi)分泌激活會(huì)極大提高乳腺癌的遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移率。轉(zhuǎn)移過程中，β-腎上腺素能信號(hào)參與了CD11b+F4/80+巨噬細(xì)胞向原發(fā)性乳腺癌部位的浸潤，進(jìn)而發(fā)出促轉(zhuǎn)移基因的表達(dá)信號(hào)。

研究發(fā)現(xiàn)，背根神經(jīng)節(jié)和胰腺癌細(xì)胞之間存在旁分泌NGF信號(hào)[20]。此外，其他腫瘤細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)同樣證實(shí)了腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生外泌體可以誘導(dǎo)腫瘤神經(jīng)支配[21]，這一發(fā)現(xiàn)為腫瘤的神經(jīng)發(fā)生提供了不一樣的研究途徑，增加了神經(jīng)元分泌的外泌體可能作為具有臨床重要性和實(shí)用性的新型癌癥生物標(biāo)志物的可能。高級(jí)膠質(zhì)瘤分泌的NLGN3在腦TME中發(fā)揮調(diào)節(jié)腫瘤生長的作用。國際癌癥基因組聯(lián)合會(huì)對(duì)甲狀腺癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)多種癌癥類型均發(fā)生NLGN3突變和拷貝數(shù)變異。此外，GRP78和BDNF同樣被鑒定為可促進(jìn)膠質(zhì)瘤的增殖[22]。SLIT/ROBO信號(hào)傳統(tǒng)上被描述為軸突引導(dǎo)的胚胎調(diào)節(jié)器基因。Bapat等[20]通過外顯子組測序及拷貝數(shù)分析確定出該信號(hào)是導(dǎo)致胰腺組織癌變的突變基因，并存在頻繁和多樣的體細(xì)胞異常。這一發(fā)現(xiàn)為軸突導(dǎo)向基因參與胰腺癌的發(fā)生提供了有力的支持性證據(jù)。

綜上所述，神經(jīng)新生已成為判斷腫瘤發(fā)展的潛在標(biāo)志，同時(shí)腫瘤細(xì)胞釋放的NGF似乎是TME中神經(jīng)浸潤的主要驅(qū)動(dòng)力。

2 腫瘤神經(jīng)新生的標(biāo)志物探討

目前，腫瘤微環(huán)境內(nèi)軸突新生與神經(jīng)新生介導(dǎo)腫瘤的發(fā)生發(fā)展檢測的方法學(xué)尚未有成熟的技術(shù)報(bào)道。受諸多因素阻礙，臨床前研究涉及到腫瘤的病理學(xué)與神經(jīng)相關(guān)標(biāo)志物檢測兩個(gè)方面。在臨床角度，常規(guī)腫瘤的組織結(jié)構(gòu)中很難觀察到神經(jīng)，通常只有大神經(jīng)在病理檢查中可見。然而，TME中所存在的多數(shù)神經(jīng)都是小神經(jīng)纖維，這對(duì)于腫瘤神經(jīng)浸潤的病理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析帶來了一定的困難。

采用蛋白質(zhì)組學(xué)與免疫組學(xué)相結(jié)合對(duì)腫瘤的生物標(biāo)志物進(jìn)行探索是目前腫瘤神經(jīng)檢測的主要方式。研究多采用免疫組化方法檢測特定神經(jīng)元生物標(biāo)記物，如泛神經(jīng)標(biāo)記物PGP9.5就是一種廣泛用于所有神經(jīng)類型的組化標(biāo)記物。此外，還有許多特定類型的神經(jīng)元生物標(biāo)記物，如外周神經(jīng)元表達(dá)Ⅲ型中間絲蛋白，以及微管蛋白β-3。囊泡乙酰膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可區(qū)分出膽堿能神經(jīng)；酪氨酸羥化酶可有效區(qū)分腎上腺素能神經(jīng)[3]；Brundl等[23]使用神經(jīng)膠質(zhì)原纖維酸性蛋白或S100進(jìn)行免疫染色，在TME中鑒定出外周神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞；Dobrenis等在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用抗微管結(jié)構(gòu)蛋白(microtubule associated protein 2，MAP2)和抗磷酸化神經(jīng)絲-H(phosphorylated neurofilament-H，pNF-H)對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞進(jìn)行染色評(píng)估神經(jīng)突起情況[2]。此外，OLMF4多肽在神經(jīng)系統(tǒng)的早期發(fā)育和功能組織中發(fā)揮作用，已被確定為在結(jié)直腸癌中上調(diào)的癌癥生物標(biāo)志物[6]。蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示OLMF4在胃癌、胰腺癌、頭頸癌和前列腺癌中也存在類似上調(diào)，同時(shí)在乳腺癌檢測中，它的表達(dá)還與腫瘤的病理分級(jí)呈現(xiàn)正相關(guān)[24]。LIF可作為胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDA)的有效生物標(biāo)志物，Bressy等[25]還發(fā)現(xiàn)對(duì)LIF誘導(dǎo)的PDA進(jìn)行信號(hào)靶向治療可以限制PDA相關(guān)神經(jīng)重構(gòu)。此外，研究中還常將病理標(biāo)本進(jìn)行組織微陣列檢測和GS評(píng)分，并將結(jié)果與免疫組化或免疫熒光中的標(biāo)記物檢測相結(jié)合來對(duì)樣本進(jìn)行更加精確、特異性的分析。

3 針對(duì)神經(jīng)軸突新生的治療策略

腫瘤軸突發(fā)生與癌癥診斷、預(yù)后和治療等潛在臨床應(yīng)用有關(guān)。靶向神經(jīng)營養(yǎng)生長因子、去神經(jīng)支配、抑制外泌體分泌均是針對(duì)神經(jīng)軸突新生的治療策略。臨床前研究可以采用動(dòng)物模型研究這些治療策略，但是目前在臨床中具體實(shí)施尚存在一定的難度與挑戰(zhàn)性。

3.1 靶向神經(jīng)營養(yǎng)因子通過靶向與腫瘤軸突新生有關(guān)的神經(jīng)營養(yǎng)因子來抑制腫瘤支配是一種較為合適的治療策略。NGF具有神經(jīng)營養(yǎng)作用，可以驅(qū)動(dòng)腫瘤軸突新生，因此靶向NGF可以防止TME中神經(jīng)的生長[26]。雖然NGF對(duì)于軸突新生必不可少，但在成年個(gè)體中一旦組織的神經(jīng)支配被建立，NGF便失去活性，不再參與神經(jīng)元的維持。有趣的是，它依然可以通過原肌球蛋白受體激酶(tropomyosin receptor kinase，TrkA)來介導(dǎo)疼痛[27]。因此腫瘤發(fā)展的早期階段靶向NGF具有同時(shí)解決腫瘤發(fā)生發(fā)展及腫瘤壓迫所引起的疼痛的獨(dú)特潛力。

3.2 去神經(jīng)支配動(dòng)物模型中應(yīng)用去神經(jīng)支配治療已經(jīng)取得成功，但真正在臨床中實(shí)施還存在較大的爭議與挑戰(zhàn)。首先手術(shù)難度大；其次準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)在腫瘤中起主要作用的神經(jīng)纖維或調(diào)控部位是目前臨床前及臨床研究所未能解決的問題。基于此衍生出了一種治療方案：將神經(jīng)毒性藥物注射到腫瘤，靶向抑制神經(jīng)元。肉毒桿菌毒素作為一種膽堿能信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制劑，可以通過模擬自主神經(jīng)廣泛用于肌肉痙攣等臨床問題。目前肉毒桿菌毒素對(duì)腫瘤去神經(jīng)支配的作用已經(jīng)在動(dòng)物模型中進(jìn)行測試，基于肉毒桿菌毒素的前列腺神經(jīng)支配的第一階段臨床試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)可用[28]。這從側(cè)面反映出膽堿能信號(hào)確實(shí)參與腫瘤生長，并且去神經(jīng)支配這一途徑可用于輔助癌癥的治療及預(yù)后。未來臨床中，腫瘤的去神經(jīng)化治療將會(huì)逐漸走入人們視野。

3.3 腎上腺素受體阻滯劑近幾年腎上腺素受體阻滯劑在腫瘤領(lǐng)域嶄露頭角，例如，普萘洛爾(β-腎上腺素受體阻滯劑)對(duì)前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌等癌癥的增殖、轉(zhuǎn)移均展現(xiàn)出治療效果。對(duì)于慢性應(yīng)激通過促進(jìn)去甲腎上腺素(α-腎上腺素受體激動(dòng)劑)釋放加速腫瘤增殖與轉(zhuǎn)移已有不少研究[29]。這提供了一種可能——阻斷腎上腺素釋放途徑可能會(huì)通過控制神經(jīng)支配以抑制腫瘤細(xì)胞中腎上腺素受體的表達(dá)，進(jìn)而阻止交感神經(jīng)釋放去甲腎上腺素，起到抑制腫瘤發(fā)展的作用。然而，這其中真正發(fā)揮作用的機(jī)制目前還沒有明確闡述。這一治療方法未來應(yīng)用于臨床可能為患者帶來普適性的治療效果。

最近一項(xiàng)研究顯示，在前列腺癌小鼠模型中，來自中樞神經(jīng)系統(tǒng)腦室下區(qū)的神經(jīng)干細(xì)胞隨著血液遷移到前列腺腫瘤部位。神經(jīng)祖細(xì)胞表達(dá)了雙皮質(zhì)醇(double cortisol，DCX)滲透到前列腺腫瘤中啟動(dòng)了神經(jīng)發(fā)生，并能產(chǎn)生新的腎上腺素能神經(jīng)元[30]。這一現(xiàn)象揭示了中樞神經(jīng)系統(tǒng)和前列腺腫瘤之間一種獨(dú)特的相互干擾模式，提示了腫瘤治療可能的一種新的神經(jīng)靶向方案。

4 總結(jié)與展望

神經(jīng)是腫瘤發(fā)生發(fā)展研究中的新型調(diào)節(jié)器。通過TME內(nèi)各類神經(jīng)營養(yǎng)因子與神經(jīng)遞質(zhì)的分泌，神經(jīng)新生與腫瘤發(fā)生發(fā)展之間相互作用、相互促進(jìn)。臨床研究也針對(duì)神經(jīng)新生采取了靶向NGF、去神經(jīng)支配等治療策略。在過去幾年，已經(jīng)有大量開創(chuàng)性的科學(xué)研究分別從不同方面證實(shí)了神經(jīng)在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中存在著的驅(qū)動(dòng)作用。

腫瘤神經(jīng)新生的檢測與癌癥診斷、臨床應(yīng)用及預(yù)后均存在重要聯(lián)系。大量研究表明，神經(jīng)密度在原發(fā)性腫瘤中增加，并且與轉(zhuǎn)移性或侵襲性疾病有關(guān)。量化神經(jīng)密度有助于區(qū)分腫瘤的進(jìn)展情況。此外，檢測和量化驅(qū)動(dòng)腫瘤軸突新生的神經(jīng)營養(yǎng)因子也具有極大的診斷和預(yù)后價(jià)值。目前，臨床仍有大量的癌癥診斷需要對(duì)神經(jīng)浸潤程度進(jìn)行檢測以確定癌癥的發(fā)展階段。因此，急需開發(fā)更加便捷、敏銳的檢測手段與方法應(yīng)用于臨床。腫瘤神經(jīng)生物學(xué)這一新興的領(lǐng)域會(huì)有更多的科研學(xué)者及臨床專家們給予關(guān)注。與此同時(shí)也為腫瘤的診斷、治療、預(yù)后帶來了新的突破與挑戰(zhàn)。