周圍神經(jīng)與胰腺癌細胞之間的代謝交流機制

田庚洲，鄒 雷

昆明醫(yī)科大學，昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院肝膽外科，昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院科研實驗中心，國家衛(wèi)健委毒品依賴和戒治重點實驗室，昆明 650032

胰腺癌惡性程度很高，5年總生存率僅約9%［1］。而且，胰腺癌極易導致神經(jīng)浸潤（perineural invasion，PNI），最高甚至可達100%［2］。這也是其術后復發(fā)率較高的原因之一。因此，尋找新的胰腺癌治療靶點對于提高胰腺癌患者生存率至關重要。胰腺癌腫瘤微環(huán)境代謝可塑性較強，可通過調節(jié)代謝來適應惡劣的腫瘤外環(huán)境。近年研究表明，不同的癌癥代謝是限制治療效果的重要因素［3］。代謝改變可以調節(jié)促進胰腺腫瘤的發(fā)生和轉移。但目前對神經(jīng)與胰腺癌細胞之間代謝交流的相關研究還比較缺乏，因此對其進行深入的機制研究至關重要。

1 腫瘤微環(huán)境中神經(jīng)代謝對胰腺癌進展的調節(jié)作用

胰腺腫瘤內(nèi)有一個復雜而惡劣的微環(huán)境。致密的間質導致固體應力和間質流體壓力升高，從而壓縮血管系統(tǒng)，導致低灌注［4］，這會導致腫瘤微環(huán)境中缺乏營養(yǎng)和氧氣來源。然而，癌細胞在相對低氧和營養(yǎng)不良的微環(huán)境中，仍能表現(xiàn)出非凡的生長優(yōu)勢。因為癌細胞可以通過對細胞內(nèi)營養(yǎng)物質的能量代謝重新編程和通過自噬和再循環(huán)，還有和微環(huán)境中其他組分的代謝交流［5］，從而增加獲取營養(yǎng)和氧氣的渠道。目前，越來越多的研究［6－7］發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細胞是腫瘤生長和擴散的主要調節(jié)器。正如前文所述，胰腺癌極易導致PNI，早期的研究主要集中在PNI的發(fā)現(xiàn)，以及癌癥對神經(jīng)干的侵襲。最近的報道［8－12］指出，神經(jīng)細胞通過代謝可以直接或間接調節(jié)腫瘤生長。胰腺癌腫瘤細胞和神經(jīng)之間存在明顯的代謝交流，這導致胰腺癌腫瘤微環(huán)境以更有利于腫瘤生長的方式重塑。

2 腫瘤微環(huán)境中神經(jīng)代謝促進胰腺癌進展的作用機制

2.1 背根神經(jīng)元通過釋放絲氨酸促進胰腺癌細胞生長 胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）是胰腺癌最常見的類型。PDAC具有結締組織增生和高度神經(jīng)支配的微環(huán)境，結締組織增生會產(chǎn)生大量的間質壓力，從而導致血管塌陷，引起胰腺癌腫瘤微環(huán)境缺氧和營養(yǎng)缺乏［4］。PDAC腫瘤微環(huán)境中有較多神經(jīng)細胞，有利于促進結締組織增生反應。絲氨酸作為一碳代謝甲基的關鍵供體，是癌細胞中一種重要的非必須氨基酸。其不僅參與嘌呤生物合成，線粒體蛋白翻譯，脂質生物合成，還可以作為糖酵解的變構調節(jié)劑。事實上，人類PDAC腫瘤中的絲氨酸濃度已被證明比良性鄰近組織中的濃度低60%［13］。在癌細胞中，絲氨酸的缺乏觸發(fā)絲氨酸合成途徑的激活，并抑制有氧糖酵解，導致進入三羧酸循環(huán)的流量增加［14］。如前所述，胰腺癌腫瘤微環(huán)境是一個低氧環(huán)境，而在低氧條件下和線粒體功能障礙狀態(tài)下，細胞內(nèi)絲氨酸合成途徑上調和SHMT2基因表達增加可支持胰腺癌細胞在缺氧環(huán)境中的抗氧化能力［15－16］。此前已有研究［17］發(fā)現(xiàn)絲氨酸合成增加為發(fā)生在絲氨酸水平受限的組織中的腫瘤提供了優(yōu)勢。Banh等［18］首次在研究外周軸突代謝作用對胰腺癌的影響時發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細胞可以通過釋放絲氨酸幫助胰腺癌細胞在缺乏營養(yǎng)的腫瘤微環(huán)境中生長，而且缺乏絲氨酸會降低絲氨酸密碼子（TCC和TCT）的mRNA翻譯效率，導致葡萄糖生成的檸檬酸量減少且NADH/NAD＋比例增高，通過影響mRNA的翻譯降低線粒體的活性，并允許PDAC細胞選擇性地翻譯和分泌神經(jīng)生長因子（nerve growth factor，NGF）以促進腫瘤的神經(jīng)支配，體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)NGF/TRK抑制劑LOXO－101可通過抑制TRK，進而減少神經(jīng)支配，降低PDAC腫瘤負擔。眾所周知，線粒體可以通過氧化磷酸化為機體提供能量，因而被稱作“能量工廠”。這說明神經(jīng)系統(tǒng)與胰腺癌腫瘤微環(huán)境之間的代謝交流可能是腫瘤細胞適應低營養(yǎng)環(huán)境的關鍵成因之一。

2.2 軸突生長誘向因子G1（NetrinG1）蛋白介導的谷氨酸/谷氨酰胺代謝促進胰腺癌細胞生長 NetrinG1是一種谷氨酸能突觸前蛋白，以參與軸突通訊而被關注。NetrinG1存在于突觸前神經(jīng)元上，NetrinG1的配體是NGL－1，這是一種富含亮氨酸重復序列（leucine－rich repeat，LRR）和免疫球蛋白結構域的跨膜蛋白，通過其LRR區(qū)域與NetrinG1特異性地相互作用。目前已知NetrinG1通過與突觸后細胞上唯一已知的受體NGL－1相互作用來促進興奮性突觸的發(fā)育［19］。NetrinG1是PDAC腫瘤發(fā)生的啟動子。研究［20］發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺剝奪可能會導致胰腺癌細胞中谷氨酸和檸檬酸鹽的減少，從而導致脂肪酸饑餓。而脂肪酸是參與細胞存活、增殖和代謝的最重要物質之一。因此，谷氨酸/谷氨酰胺代謝對于胰腺癌的生長至關重要。Francescone等［12］利用來自患者組織、體外三維共培養(yǎng)實驗和原位小鼠模型的多重數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)NetrinG1＋腫瘤相關成纖維細胞（cancerassociated fibroblast，CAF）通過NetrinG1介導的谷氨酸/谷氨酰胺代謝作用支持PDAC在營養(yǎng)缺乏的環(huán)境中存活，而且NetrinG1＋CAF具有固有的免疫抑制作用，可抑制NK細胞介導的對腫瘤細胞的殺傷作用。這些促腫瘤功能由NetrinG1下游的信號通路控制，該通路由Akt/4E－BP1、p38/FRA1、囊泡谷氨酸轉運體1和谷氨酰胺合成酶組成。最后，用抗NetrinG1中和單克隆抗體阻斷NetrinG1可抑制體內(nèi)腫瘤的發(fā)生。這些都提示NetrinG1是PDAC的潛在靶點。

2.3 神經(jīng)通過釋放膽堿能信號調節(jié)胰腺癌進展 胰腺是由交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)共同支配的。在胰腺中，自主神經(jīng)系統(tǒng)調節(jié)外分泌和內(nèi)分泌功能，并影響正常的胰腺發(fā)育。雖然臨床研究［21］表明迷走神經(jīng)信號實際上可能減緩胰腺腫瘤的進展，但具體的作用機制尚未闡明。Renz等［22］研究表明膽堿能神經(jīng)可以抑制癌癥發(fā)生，由于膽堿能神經(jīng)釋放乙酰膽堿，其激活胰腺癌干細胞中的毒蕈堿受體CHRM1，而CHRM1信號抑制胰腺癌細胞中下游MAPK/EGFR和PI3K/AKT通路，所以膽堿能神經(jīng)信號能抑制胰腺癌的生長，尤其是在轉移方面，去神經(jīng)支配刺激導致胰腺癌進展。總之，加強膽堿能信號傳導能夠導致癌癥干細胞（cancer stem cell，CSC）區(qū)室、CD11b＋骨髓細胞、TNFα水平和肝轉移的抑制。有趣的是，Yang等［9］在研究神經(jīng)周圍侵襲對腫瘤微環(huán)境的影響以及其如何影響PDAC進展的過程中，通過比較不同神經(jīng)侵襲狀態(tài)下PDAC組織的轉錄組表達譜，并檢測瘤內(nèi)T淋巴細胞密度和神經(jīng)遞質水平，首次發(fā)現(xiàn)神經(jīng)侵襲觸發(fā)的膽堿能信號可以通過煙堿型受體促進以CD8＋T淋巴細胞浸潤受損和Th1/Th2比值降低為特征的免疫抑制微環(huán)境，有利于胰腺癌的生長。這為胰腺癌的治療提供了理論依據(jù)和潛在的治療方法。

2.4 神經(jīng)通過分泌兒茶酚胺促進胰腺癌侵襲 交感神經(jīng)系統(tǒng)是由神經(jīng)、腎上腺髓質及其各自的神經(jīng)遞質和受體組成的解剖和功能網(wǎng)絡，可以分泌兒茶酚胺，包括腎上腺素和去甲腎上腺素，通過腎上腺素能受體作用于效應組織，該受體在正常組織和腫瘤組織中均廣泛表達，包括在胰腺癌細胞中［23］。Kim－Fuchs等［24］發(fā)現(xiàn)神經(jīng)β－腎上腺素能信號可促進胰腺癌生長以及向正常組織擴散。Zahalka等［25］在研究新形成的神經(jīng)纖維調節(jié)腫瘤微環(huán)境的確切功能時發(fā)現(xiàn)神經(jīng)源性去甲腎上腺素可通過調節(jié)腫瘤內(nèi)皮細胞的氧化代謝和促進腫瘤血管生成來調節(jié)腫瘤的發(fā)生，這可以增加腫瘤細胞獲取營養(yǎng)物質和氧氣的渠道，支持腫瘤在惡劣的微環(huán)境生長。同時，有研究［26］發(fā)現(xiàn)腎上腺素通過hUR－TGFβ調節(jié)軸促進胰腺癌細胞上皮間充質轉化。Xiao等［27］發(fā)現(xiàn)β2腎上腺素能受體調節(jié)人胰腺癌細胞醛酮還原酶1成員B1（Aldo－keto reductase family 1 member B1，AKR1B1）的表達并通過ERK1/2途徑促進其增殖。此外，Renz等［10］在研究交感神經(jīng)信號在PDAC中的作用時發(fā)現(xiàn)壓力引起的β－腎上腺素升高可以激活β2腎上腺素受體（β2 adrenergic receptor，ADRB2）依賴模式下的NGF－腦源性神經(jīng)生長因子/Trk通路，從而促進腺泡－導管化生，這被認為是第一步?？傊?，這些現(xiàn)象說明胰腺癌可能對神經(jīng)信號敏感，神經(jīng)可以通過分泌兒茶酚胺調節(jié)腫瘤細胞，阻斷神經(jīng)分泌兒茶酚胺是一個潛在的胰腺癌治療手段。

2.5 神經(jīng)通過分泌P物質（substance P，SP）促進胰腺癌神經(jīng)侵襲 SP是一種從初級感覺神經(jīng)纖維釋放的十一氨基酸多肽，在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達，在癌細胞轉移中發(fā)揮重要作用［28］。SP是神經(jīng)激肽－1（neurokinin－1，NK－1）受體親和力最高的天然配體，在研究的大多數(shù)腫瘤中，NK－1受體存在于瘤內(nèi)和瘤周血管中。這有利于NK－1受體參與血管生成，也與腫瘤細胞的生存能力有關［29］，這增加了腫瘤細胞獲取營養(yǎng)的途徑，有利于腫瘤細胞的生長。NK－1受體在胰腺癌細胞及瘤周組織中過度表達。在腫瘤細胞中，SP與NK－1受體結合后會刺激腫瘤細胞釋放白細胞介素、牛磺酸和谷氨酸誘導炎癥過程，增加SP水平，從而增加腫瘤細胞增殖［30］。癌細胞中最顯著的代謝改變之一是需氧糖酵解的增加，以及對三磷酸腺苷生成的糖酵解途徑的依賴性，稱為Warburg效應。此外，據(jù)報道［31］，在與NK－1受體結合后，SP會刺激糖原分解，從而促進腫瘤細胞的代謝。這種機制可以部分解釋Warburg效應。此前，有研究［32］發(fā)現(xiàn)SP可以促進神經(jīng)突的生長和胰腺癌細胞簇向背根神經(jīng)元的遷移，阻斷SP/NK－1R信號系統(tǒng)是治療胰腺癌的新策略。最近，Huang等［11］進一步采用共培養(yǎng)系統(tǒng)，還通過建立小鼠坐骨神經(jīng)損傷模型和磁共振成像和氧化鐵納米粒子標記等發(fā)現(xiàn)基質金屬蛋白酶－1激活AKT，誘導表達蛋白酶激活受體－1的背根神經(jīng)元釋放SP，進而激活表達NK1受體的PDAC細胞，并通過SP/NK1R/ERK增強細胞遷移、侵襲和PNI。

Mu?oz等［28］研究發(fā)現(xiàn)阿瑞匹坦對胰腺癌細胞有抗腫瘤作用，能以濃度依賴性的方式抑制100%的胰腺癌細胞。這些都為胰腺癌的治療提供了新的策略。

3 胰腺癌細胞代謝促進神經(jīng)支配和神經(jīng)重塑

胰腺癌在組織學上包括豐富的免疫細胞、CAF、神經(jīng)細胞、受壓的血管和大量的細胞外基質成分，如膠原、纖維連接蛋白和透明質酸［33］。如前所述，胰腺癌腫瘤微環(huán)境是一個缺氧和缺乏營養(yǎng)的環(huán)境，胰腺癌微環(huán)境中的各個組成成分之間的相互作用，如同神經(jīng)細胞可以為胰腺癌細胞提供營養(yǎng)一樣，類似地，胰腺癌細胞本身也可以為胰腺內(nèi)神經(jīng)提供豐富的營養(yǎng)物質，具有顯著的神經(jīng)可塑性，導致PNI和腫瘤擴散途徑的增多，從而增強局部神經(jīng)監(jiān)視、神經(jīng)敏化和神經(jīng)病理性疼痛［34］。

4 胰腺癌細胞代謝促進PNI的作用機制

4.1 胰腺癌細胞代謝促進神經(jīng)支配和侵襲 最近，信號素家族的軸突引導分子被認為與腫瘤的生長和轉移過程有關［35］。SEMA3D蛋白是在神經(jīng)細胞生長和發(fā)育時，引導神經(jīng)細胞軸突的一種蛋白。Foley等［36］通過敲除轉基因小鼠PDAC模型發(fā)現(xiàn)與SEMA3D蛋白豐度相對較低的腫瘤相比，具有豐富的SEMA3D蛋白的原發(fā)性PDAC腫瘤患者具有廣泛的轉移性和較低的生存率。這證明了富含SEMA3D蛋白的環(huán)境有利于腫瘤細胞的惡性活動，同時這也說明SEMA3D可能是轉移性胰腺癌新的治療靶點和預后標志物。Jurcak等［37］在研究軸突引導分子是否促進了PDAC細胞的PNI和轉移時，發(fā)現(xiàn)背根神經(jīng)元細胞通過胰腺細胞分泌SEMA3D蛋白激活背根神經(jīng)元細胞上的PLXND1，增加胰腺癌細胞的遷移和侵襲活性，SEMA3D蛋白的下調和神經(jīng)PLXND1的缺失會減少小鼠原位胰腺癌的神經(jīng)支配和轉移，這說明阻斷SEMA3D蛋白和PLXND1介導的軸突引導通路的策略可能被用來減緩胰腺癌的進展，這拓寬了胰腺癌的治療途徑。

4.2 胰腺癌細胞代謝促進神經(jīng)可塑性 神經(jīng)營養(yǎng)因子家族及其受體在PNI發(fā)生中的作用已得到廣泛關注［38］，膠質細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（Glial derived neurotrophic factor，GDNF）是神經(jīng)營養(yǎng)因子家族的一員，是胰腺癌細胞的化學引誘劑，與胰腺癌預后相關［39］。此前，Gil等［40］在使用體外基質膠背根神經(jīng)節(jié)和胰腺癌細胞共培養(yǎng)模型來評估神經(jīng)與癌細胞遷移之間的動態(tài)相互作用以及GDNF的作用時，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細胞可以分泌GDNF，通過與胰腺癌細胞表面RET結合，增強癌細胞侵襲遷移能力，趨化其向PNI生長。此外，Cavel等［41］發(fā)現(xiàn)在腫瘤微環(huán)境中，巨噬細胞也可分泌GDNF，通過激活胰腺癌細胞GFRα1/REST信號及下游的胞外信號調節(jié)激酶，增強癌細胞的侵襲能力，促進癌細胞與神經(jīng)交互浸潤生長發(fā)生PNI。近年來，Zhang等［42］在研究PDAC的PNI分子機制時，通過免疫組織化學染色來確定CD74的表達。然后通過體內(nèi)PNI模型、體外神經(jīng)可塑性實驗、細胞增殖實驗等來檢測CD74在胰腺癌細胞系中的功能，還采用芯片分析和熒光素酶報告分析用于闡明CD74誘導GDNF表達的機制，發(fā)現(xiàn)PDAC上CD74的上調增強了其遷移和侵襲能力，并增強了GDNF的分泌，從而促進神經(jīng)可塑性。從機制上講，CD74通過PDAC中的AKT/EGR－1/GDNF軸促進GDNF的產(chǎn)生。這一發(fā)現(xiàn)為癌細胞在PDAC微環(huán)境中促進神經(jīng)可塑性的理解提供了新的理論依據(jù)。

5 結論

綜上可知，神經(jīng)和胰腺癌細胞之間有著密切的代謝交流，影響著胰腺癌的生長和侵襲活動（圖1），靶向阻斷這些代謝通路是治療胰腺癌的潛在方法，尤其是在神經(jīng)和胰腺癌細胞之間的能量供應和克服缺氧環(huán)境方面，這也為胰腺癌患者的治療策略提供了新的思路。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻聲明：田庚洲、鄒雷參與起草論文，并修改文章關鍵內(nèi)容。