β-肾上腺素能受体在肿瘤发生和发展中的研究进展

李晓燕 ，李亚星，贾漪涛

最新数据显示，2020年全球新发癌症病例为1 929万例，其中中国新发癌症为457万人，约占全球23.7%；癌症死亡病例996万例，其中中国癌症死亡人数为300万人，约占全球30.0%，恶性肿瘤已成为危害人类健康的主要原因。目前肿瘤的治疗手段包括手术、放疗、化疗及分子靶向治疗等，但部分治疗方法的疗效并不令人满意，因此寻找新的治疗策略十分必要。β-肾上腺素能受体（β-adrenergic receptor，β-AR）是G蛋 白偶联受体（G protein-coupled receptor，GPCR）超家族的成员，其广泛存在于多种恶性肿瘤细胞上。研究表明，β-AR信号途径参与了调节肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭及迁移等多个过程[1-3]。随着研究的深入，人们发现β-AR也广泛表达于免疫细胞上，并可通过调控免疫细胞的功能影响肿瘤免疫微环境进而影响肿瘤的发生和发展[4-5]。β-AR阻滞剂在体外和动物实验中也显示出了一定的抗肿瘤作用。因此，本文将就β-AR在肿瘤中的研究进展作一综述。

1 β-AR的结构、分布及功能

β-AR包括一个胞内区、一个胞外区和一个7次跨膜螺旋的结构域。这种结构特点决定了其可作为靶向药物治疗的靶点。β-AR分为3种亚型，分别是β1-AR、β2-AR和β3-AR。这3种亚型分别由不同的基因编码，编码β1-AR的基因位于10号染色体上，编码β2-AR与β3-AR的基因则均位于5号染色体上；它们主要通过介导交感神经系统发挥生理学作用。其中β1-AR主要分布于心血管系统，可使心率加快、心肌收缩力增强；β2-AR主要分布于呼吸系统，可松弛支气管平滑肌；β3-AR则主要分布于脂肪组织中，与脂肪的分解代谢密切相关[6-7]。

Fig.1 The kinetic activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK)-extracellular-regulated kinase(ERK)1/2 signaling pathway by β-adrenergic receptor (β-AR) .Norepinephrine (NE) binds to β-AR and activates adenylate ayclase (AC) bound to the cell membrane,which increases the level of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) in the cytoplasm;on the one hand,cAMP can induce protein kinase A (PKA),on the other hand,cAMP can bind to receptors on the guanine nucleotide exchange factor (GEF) and activate Ras-related protein1 (Rap1A),which in turn activates the MAPK/ERK1/2 signaling pathway.图1 β-AR对MAPK-ERK1/2信号通路的激化途径

研究发现，β-AR也表达于多种肿瘤细胞和免疫细胞上，影响肿瘤细胞的增殖、迁移、侵袭及肿瘤免疫微环境，其中以β2-AR为主。β-AR主要与Gs蛋白偶联，激活结合在细胞膜上的腺苷酸环化酶（adenylate ayclase，AC），使细胞质内的环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平升高。一方面，cAMP可诱导蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）的磷酸化，激活下游一系列信号通路，影响肿瘤血管的生成及肿瘤细胞侵袭。另一方面，cAMP可与鸟苷酸交换因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF）上的受体结合，激活Ras样鸟苷磷酸酶Rap1A，进而激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）/细胞外信号调节蛋白激酶1/2（extracellular-regulated kinase 1/2，ERK1/2）信号通路，影响肿瘤细胞的转移[8-9]。

2 β-AR在肿瘤细胞增殖、凋亡以及转移中的作用

2.1 β-AR促进肿瘤细胞的增殖

已有多项研究证实，β-AR与其配体结合后可促进肿瘤细胞增殖。β-AR激动剂主要通过激活cAMP/PKA通路，启动细胞内转录因子，引起肿瘤细胞的增殖[10]。ASKARI等[11]在胰腺癌HPDE6C7细胞中发现，β-AR激动剂能够诱导胰管上皮细胞表皮生长因子受体（epithelial growth factor receptor，EGFR）反式激活，并促进ERK的磷酸化，最终促进肿瘤细胞增殖。启动β-AR后还可激活K-ras基因依赖的MAPK通路，从而促进肿瘤细胞增殖[12]。ZHANG等[13]认为，去甲肾上腺素（norepinephrine，NE）可通过诱导ERK和cAMP反应元件结合蛋白（cAMP response binding protein，CREB）的磷酸化从而促进口腔鳞状细胞癌的增殖，抑制ERK和CREB途径则可阻滞NE的这种作用。在非小细胞肺癌中，高表达β3-AR的肺腺癌A549细胞增殖能力明显增强，而针对β3-AR的单克隆抗体可通过激活p53抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）途径进而抑制A549细胞的增殖[14]。另有研究表明，β2-AR活化后可激活AMP依赖的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）/哺乳动物自噬启动因子UNC-51样激酶1（UNC-51-like kinase 1，ULK1）信号通路进而诱导胃癌细胞的自噬。β2-AR驱动的自噬作用显著增强了儿茶酚胺介导的胃癌细胞的增殖[15]。

2.2 β-AR抑制肿瘤细胞的凋亡

早期研究显示，异丙肾上腺素与β2-AR相互作用可诱导cAMP依赖的蛋白激酶磷酸化，这种诱导作用降低了肿瘤细胞对凋亡的敏感性[16]。在乳腺癌中，β-AR的激活可显著降低乳腺癌细胞中p53蛋白的表达水平，从而抑制乳腺癌细胞的凋亡[17]。XIE等[18]发现，β-AR阻滞剂可通过下调ERK/环氧合酶2（cyclooxygenase-2，Cox-2）信号通路诱导乳腺癌细胞的凋亡。β3-AR还可以通过抗氧化作用抑制肿瘤细胞凋亡。研究显示活性氧（reactive oxygen species，ROS）可以触发细胞内的多种信号途径启动细胞凋亡程序。β3-AR特异性激活可直接抑制氮氧化合物（nitrogen oxides，NOX）来降低ROS的生成从而抑制了肿瘤细胞的凋亡。拮抗β3-AR则可显著提高ROS的水平最终诱导肿瘤细胞的凋亡[19]。

2.3 β-AR对肿瘤细胞转移的影响

肿瘤细胞的转移是个多阶段的过程，包括肿瘤细胞从原位脱落、随血液循环转运以及在远处器官定植等。β-AR信号通路几乎参与了肿瘤细胞转移的每个环节。

2.3.1 促进肿瘤细胞的侵袭和迁移

β-AR信号通路的激活可诱导肿瘤细胞发生上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），从而增强其侵袭和迁移能力。研究表明，NE与β-AR相互作用可促进人类端粒酶反转录酶的转录及蛋白表达，诱导卵巢癌细胞发生EMT[20]。NE还可激活β2-AR/缺氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）/Snail信号通路，诱导胃腺癌细胞发生EMT[21]。HUANG等[3]研究发现，异丙肾上腺素可激活成骨细胞的β2-AR/HIF-1α信号通路，促进C-X-C基序趋化因子配体12（C-X-C motif chemokine ligand 12，CXCL12）的分泌，诱导前列腺癌细胞发生EMT。

β-AR信号通路还可通过增加肿瘤细胞基质金 属蛋 白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的表达水平，诱导肿瘤细胞的迁移。体内及体外实验均证明，儿茶酚胺类激素可通过β-AR增加多种肿瘤细胞分泌MMP2及MMP9，进而诱导肿瘤细胞的迁移[22-24]。另外，GRUET等[25]在乳腺癌中发现，β2-AR信号通路还可通过上调转移相关分子LY6/PLAUR结构域蛋白-3（LY6/PLAUR domain-containing protein 3，LYPD3）的表达从而促进乳腺癌细胞的侵袭。

血管形成对肿瘤细胞的侵袭、迁移有不可或缺的作用。有研究指出，应激诱导的β2-AR活化可通过下调过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARγ）促进血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）/成纤维细胞生长因子2（fibroblast growth factor2，FGF2）介导的血管形成[26]。HONDERMARCK等[27]在前列腺癌小鼠模型中发现，NE刺激前列腺内皮细胞上的β-AR增强细胞色素C氧化酶因子6（cytochrome C oxidase 6，CoA6）的活性抑制氧化磷酸化，促进有氧糖酵解，并诱导肿瘤血管生成，促进肿瘤进展。

2.3.2 促进肿瘤细胞在远处器官的定植

早在1989年Stephen Paget就提出了“种子与土壤”的假说。该假说指出，肿瘤细胞到达远处器官以前，骨髓造血干细胞会被动员，并被招募到相应转移部位，在此创造有利于肿瘤转移、细胞生存和扩散的微环境[28]。β-AR在肺、肝、淋巴结和骨等众多器官组织中均有表达，而这些器官是肿瘤转移常见的部位。研究显示，儿茶酚胺与β-AR相互作用可刺激骨髓基质细胞，促进乳腺癌细胞MDA-231定植到骨组织中[29]。CHEN等[30]发现，激活β-AR信号通路可促进乳腺癌荷瘤小鼠肺组织中C-C基序趋化因子配体2（C-C motif chemokine ligand 2，CCL2）的表达，诱导巨噬细胞向肺部浸润，最终促进乳腺癌细胞在肺部的定植，而抑制β-AR信号通路可减少乳腺癌细胞在肺部的定植。

3 β-AR对肿瘤免疫微环境的影响

越来越多的证据表明，β-AR在肿瘤免疫微环境中起着重要作用。肿瘤免疫微环境中存在多种与肿瘤的发生和发展以及治疗密切相关的免疫细胞，包括树突状细胞（dendritic cells，DCs）和肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophage，TAM），细胞毒性T细胞（cytotoxic T cells，CTLs）、辅助性T细胞（helper T cell，Th）和自然杀伤（natural killer，NK）细胞，骨髓来源的抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）和调节性T淋巴细胞（regulatory T cells，Tregs）等。β-AR广泛存在于这些免疫细胞表面，对其功能有不同程度的调节作用。

儿茶酚胺与β-AR相互作用抑制了包括DCs在内的先天性免疫细胞的抗原提呈作用，但这种作用可被β-AR阻滞剂阻断[31]。MOHAMMADPOUR等[32]发现，阻断β-AR途径会导致mTOR活性增强，导致信号转导与转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化水平下调，最终增强DCs的抗原提呈作用。体外研究证明，儿茶酚胺作用于巨噬细胞表面的β-AR可使其向M2型极化，主要表现为VEGF的高表达。这一结果在肺癌移植瘤模型中得到了相同的结论，体内应用6-羟基多巴胺耗竭天然儿茶酚胺储备可减少肿瘤组织中儿茶酚胺的释放，儿茶酚胺分泌水平降低抑制了M2巨噬细胞功能，减少肿瘤血管新生，最终抑制肿瘤生长[33]。

肿瘤免疫微环境中CD8＋CTL细胞数量的增加与较好的预后相关，而β-AR可抑制CD8＋CTL细胞在肿瘤微环境中的浸润[32]。DAHER等[34]发现，β-AR的激活强烈地抑制了CD8＋T细胞活化，而普萘洛尔对这种抑制作用的逆转发生在CD8＋T细胞活化的初始启动阶段，但具体机制尚不清楚。在结直肠癌中，β-AR的激活可通过降低肿瘤微环境中的Th1/Th2比例促进结直肠癌的发生和发展[35]。儿茶酚胺与CD4＋Th细胞上的β-AR相互作用可使白细胞介素2（interleukin-2，IL-2）、γ-干扰素（interferon-γ，IFN-γ）和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等细胞因子的分泌减少，从而促进肿瘤的生长[36]。β-AR信号通路对NK细胞的活性也有一定的调节作用。体内研究显示，异丙肾上腺素以剂量依赖的方式抑制NK细胞的活性[37]。SUN等[38]研究发现，NE主要通过β2-AR/cAMP/PKA/磷酸化CAEB（phospho-CAEB）信号通路抑制NK细胞的细胞毒性，减少IFN-γ的分泌。

MDSCs可以通过多种途径抑制机体的获得性和先天抗肿瘤免疫，使肿瘤细胞逃避机体的免疫监视和攻击。越来越多的研究表明，β-AR的激活可增强MDSCs的免疫抑制功能。MOHAMMADPOUR等[32]发现，β2-AR的激活可显著增强MDSCs在肿瘤微环境中的浸润并可促进肿瘤血管形成，促进肿瘤生长。该团队的进一步研究表明，β2-AR信号通路可通过促进STAT3的磷酸化，显著提高了肿瘤微环境中的MDSCs的存活率并增强其免疫抑制功能，而这是促进肿瘤进展的关键。β2-AR阻断剂可减少MDSCs的聚集并降低其免疫抑制功能抑制肿瘤进展[39]。JEAN等[40]在对黑素瘤的研究中得到相同的结论，阻断β-AR信号通路可减少MDSCs在肿瘤微环境中的浸润，上调CTL所占的比例从而抑制黑素瘤的发展。还有研究发现，NE主要通过刺激肿瘤细胞表面的β2-AR触发前列腺肿瘤细胞释放神经肽Y，从而诱导MDSCs向肿瘤微环境募集。神经肽Y又可进一步激活MDSCs中IL-6/STAT3信号通路促进前列腺癌的生长[41]。

4 β-AR阻滞剂在临床中的应用

临床前研究显示，β-AR在多种肿瘤中高表达，参与肿瘤进程。越来越多的临床研究发现，β-AR的表达与肿瘤患者的预后密切相关，且β-AR阻滞剂可降低部分肿瘤患者的死亡率。有学者评估了147例经手术切除的结直肠癌患者β2-AR的表达情况以及其对经手术切除的结直肠癌患者预后的影响。结果发现β2-AR在52.3%患者的肿瘤中有表达，β2-AR表达阳性患者和β2-AR表达阴性患者的5年生存率分别为56%和97%。通过单因素及多因素分析发现，β2-AR的表达是手术切除结直肠癌患者无病生存期（disease-free survival，DFS）和总生存期（overall survival，OS）恶化的重要预后指标[42]。CHANG等[43]发现，在未接受过一线EGFR酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitors，TKIs）治疗的晚期肺腺癌患者中，先使用β受体阻滞剂可改善预后。一项针对乳腺癌的回顾性研究发现，与未使用β-AR阻滞剂卡维地洛的患者（3 878例）相比，使用卡维地洛患者（136例）的死亡率降低了（5年累计乳腺癌死亡发生率分别为5.7%和3.1%）[44]。UDUMYAN等[45]调查了2006—2014年在瑞典诊断为原发性肝细胞癌患者的生存情况，发现β-AR阻滞剂与癌症特异性死亡率存在相关性；且与不使用β-AR阻滞剂者相比，使用β-AR阻滞剂者（714例）与较低的肝癌死亡率相关。

放疗及化疗对于晚期肿瘤患者的预后及延长其生存期至关重要。PORCELLI等[46]研究发现，普萘洛尔可通过抑制核因子κB（nuclear factorkappa B，NF-κB）/Cox-2途径的激活，提高多西他赛的敏感性；同时也可通过逆转P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）的耐药性，增加细胞内多柔比星的浓度从而提高其抗肿瘤活性。在孤立性纤维瘤患者中，普萘洛尔和多西他赛联合治疗的疾病控制时间较单用多西他赛延长[46]。上述研究提示，β-AR抑制剂可降低化疗的耐药性。有研究发现，肾上腺素能通过应激诱导肿瘤抵抗辐射诱导的细胞杀伤作用以及抑制抗肿瘤免疫作用从而显著降低辐射的杀伤肿瘤作用，而β-AR阻滞剂是提高放射治疗疗效的一种有前途的策略[47]。

当前在肿瘤的治疗中，免疫检查点抑制剂的应用越来越广泛，延长了许多肿瘤患者生存期，但仍有相当一部分患者仍无法获得持久的临床效益。KOKOLUS等[48]在一项回顾性研究中提示，与单独接受免疫治疗的患者相比，同时接受非选择性β-AR阻滞剂和免疫治疗的转移性黑素瘤患者的OS时间有显著改善，差异有统计学意义。近期一项前瞻性临床试验表明，普萘洛尔与培布罗珠单抗联合使用是安全的，并且在治疗转移性黑素瘤方面具有初步的协同抗肿瘤活性[49]。

5 小结与展望

目前的研究显示，β-AR信号通路与肿瘤的发生和发展密切相关，其不仅参与了肿瘤的增殖、侵袭及转移等过程，还在调节肿瘤免疫方面具有重要作用。β-AR的激活能够通过降低DCs的抗原提呈能力，减弱CTLs及NK细胞活性，促进TAM的M2型极化及MDSCs向肿瘤微环境中的浸润等影响肿瘤的发生和发展。有研究显示，β-AR抑制剂能够抑制肿瘤细胞的生长并重塑肿瘤免疫微环境。临床研究发现，β-AR抑制剂既能降低部分肿瘤患者的死亡率，又具有降低化疗的耐药性、提高放疗敏感性、与免疫检查点抑制剂协同抗肿瘤作用，有望成为治疗肿瘤的一个新策略。但截至目前，β-AR抑制剂在恶性肿瘤的研究大多仍停留在体外及动物实验阶段。β-AR抑制剂在肿瘤治疗中的安全性与可靠性有待进一步的研究与探讨。