慢性应激-肿瘤微环境对肿瘤影响的研究进展

程 蝶, 赵翰铮, 鲁艳杰, 李玉红

(1.承德医学院, 河 北 承 德 067000 2.哈尔滨医科大学附属第二医院, 黑龙江 哈尔滨 150000)

应激是机体内环境稳态被破坏,或者面临破坏威胁时产生的适应性反应；根据应激源的持续时间分为急性应激和慢性应激。急性应激是指机体面对紧急危险情况下产生的非特异性适应性改变,通常有积极的影响,比如可以提高记忆力,暂时改善大脑的功能。慢性应激则是机体长期处于失稳状态,如生活、社会、职场压力和逆境等持续产生的负面影响,不仅会产生抑郁、不安和焦虑等负面情绪,还会影响睡眠质量和食欲、胃肠道功能,更有极端者会对自己的躯体造成伤害籍此缓解应激情绪、逃避应激源；此外慢性应激还会增加动脉粥样硬化、心血管疾病、精神障碍和肿瘤的发病风险。

TME的概念可以追溯到1863年VIR-CHOW提出炎症与肿瘤之间的联系,以及1889年PAGETS提出“种子与土壤”理论[1]。TME是肿瘤在发生发展过程中,肿瘤细胞、肿瘤干细胞与血管周围的基质细胞及基质成分相互作用形成的复杂微环境。TME的特点包括：酸性环境、低氧、活性氧(ROS)及还原性物质含量高、免疫抑制性等。其中,弱酸性环境有利于肿瘤细胞的转移；低氧有利于肿瘤耐药性的出现；ROS及还原性物质含量高有利于肿瘤的治疗；免疫抑制性有利于肿瘤细胞免疫逃逸的发生。

1 慢性应激-神经内分泌系统与肿瘤微环境

1.1HPA轴与糖皮质激素:神经内分泌系统中的HPA轴和SNS是首先被发现与应激有密切关系的两个通路分支。HPA轴主要介导GC的分泌。慢性应激刺激下丘脑释放促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)激活垂体释放促肾上腺皮质激素(ACTH),进而刺激肾上腺皮质促进GC的产生和释放[2]。TME可以通过其内丰富的细胞因子和生长因子来调控GC及GC受体从而影响肿瘤的发展,如通过GC/ROR1可以促进乳腺癌的恶化和转移以及诱导卵巢癌的恶化和化疗耐药[3]；通过GC/PD-L1/PD1/NK信号通路促进抑郁患者肝细胞癌的进展；在晚期的肿瘤患者中,GC与机体多系统功能障碍有关,会缩短患者的生存周期；GC水平的增高还可以诱导SGK1降低肿瘤抑制蛋白P53,从而激活MDM2的水平和功能。P53可以启动DNA修复,尤其是可以诱导细胞凋亡,与机体抑制肿瘤形成和各种抗肿瘤治疗密切相关,因此GC抑制P53肿瘤抑制蛋白的功能,这在很大程度上会促进肿瘤形成。在慢性应激小鼠体内发现,GC表达水平的增加可以诱导肌皮细胞的凋亡促进乳腺癌导管内原位瘤向浸润性导管癌转变[4]。

1.2SNS系统与儿茶酚胺:慢性应激也可以通过SNS系统分泌产生重要的神经递质如儿茶酚胺,儿茶酚胺包括去甲肾上腺素(NE)、肾上腺素(E)和多巴胺(DA),其中NE和E主要是通过β-ARs促进肿瘤的生长。TME中的儿茶酚胺升高通常与肿瘤相关,6-OHDA可以减少肿瘤组织内儿茶酚胺的释放,抑制M2型巨噬细胞的激活,抑制肿瘤生长。NE和GC可以通过与TME中的相应受体结合,刺激细胞因子分泌,抑制免疫应答,促进肿瘤血管的生成及侵袭。慢性应激诱导E激活增强LDHA产生的乳酸代谢活动及usp28,从而稳定MYC蛋白,激活SLUG启动子,促进乳腺癌干细胞样性状的发育[5],而维生素C可逆转这一现象。NE可以通过激活Notch1通路增强胰腺导管腺癌的恶性生物学行为；还可以通过AMPK/ULK1通路激活细胞自噬,加速胃癌的进展,为肿瘤的生长提供养分[6]。β-ARs拮抗剂可以预防慢性应激处理的小鼠诱发的焦虑行为；还可以显著降低CyclinD1含量,抑制CyclinD1/CDK4/6复合物的形成,诱导细胞G1/S期阻滞,抑制肿瘤细胞生长。DA可以阻断慢性应激对肿瘤血管的影响,为肿瘤的生长提供了一个宽松的微环境。研究表明,DA可以与五个G蛋白耦联受体结合发挥作用,其中D1R过表达与晚期乳腺癌及预后不佳有关。

2 慢性应激与炎症反应、免疫反应及肠道菌群失调

2.1慢性应激-炎症反应与肿瘤微环境:炎症被认为是肿瘤发展过程中重要的组成部分。慢性应激可以激活炎症反应,释放的炎症因子与肿瘤细胞会相互作用,进一步影响TME从而促进肿瘤形成,而机体炎症反应产生的一些炎症信号随后还会影响大脑,导致与情绪焦虑相关障碍的行为症状的发生,这是一个恶性循环。慢性应激和应激相关激素可以在白细胞循环中上调应激相关促炎症基因的表达,由此增加促炎症细胞和细胞因子的释放,激活持续性炎症反应,导致肿瘤的生成和转移。与肿瘤及应激相关的炎症主要有两种信号通路,即NF-кB和STAT3。在CMS诱导的小鼠模型中发现,ROS激活的ABL1可以通过NF-кB1和STAT3来调节炎症微环境,促进胃癌及胃癌相关抑郁症的发展。血管生成是肿瘤发展和转移的重要部分。VEGF是著名的血管刺激因子,VEGF介导的致病效应主要是由于它对血管渗透性和血管新生的影响。作为HPA轴的关键激素,CRH可以通过NF-кB/VEGF信号通路促进肿瘤血管生成。有研究发现在构建的慢性应激模型的动物体内,肿瘤血管生成是显著增多的,这个机制可能是通过βARs/Camp/PKA/IL-6信号通路和STAT3信号通路的激活。激活的STAT3可以特异性的结合细胞核上的DNA位点,刺激VEGF、MMP2和MMP9的转录,通过应激作用募集到肿瘤部位,进一步促进肿瘤血管的形成。

2.2慢性应激-免疫反应与肿瘤微环境:慢性应激会妨碍免疫系统做出正确的反应,无法有效地抗肿瘤。TME中的免疫细胞包括肿瘤相关巨噬细胞(TAM)、树突状细胞(DC)、骨髓来源的抑制细胞(MDSC)、细胞毒性T细胞(CLT)、自然杀伤(NK)细胞和肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)。正常生理状态下,免疫系统会通过CLT细胞分泌细胞因子、NK细胞的细胞毒性以及巨噬细胞的吞噬作用等识别肿瘤相关抗原,实现对肿瘤细胞的免疫监视,达到消除肿瘤细胞的目的。慢性应激刺激SNS和HPA轴并使其长期激活,导致免疫系统持续暴露于高水平的应激相关激素水平,抑制免疫细胞介导的相关免疫功能。免疫细胞在一定的范围内维持促肿瘤炎症和抗肿瘤免疫的稳态,而慢性应激通过长期持续的炎症反应打破了这种稳态,促进肿瘤发展过程中的各个环节。

应激相关激素的血浆浓度与免疫细胞的功能成负相关,应激相关激素的产生会降低免疫细胞的活性和功能。慢性应激可以选择性地抑制Th1细胞和CTL细胞诱导的细胞免疫反应和IFN-γ的产生,降低免疫监视功能,使肿瘤细胞逃避免疫攻击,增加肿瘤生成和转移的风险,降低抗肿瘤治疗的有效性。

TAM是最丰富的免疫细胞,可以通过多途径影响TME从而影响肿瘤细胞,慢性应激可促使MDSC动员增加,导致TAM肿瘤内浸润。NE作用于β2-AR/PKA轴,该轴增加了MCP1的表达水平,MCP1的高表达和CD14+、CD68+细胞的浸润,会提高外周血单核细胞和TAM的水平,促进TAM在肿瘤中的浸润,并且通过GC诱导TAM从M1转变为M2表型,促进肿瘤的进展。DC是特异性抗原提呈细胞(APC),将外来的抗原呈递给未分化的T细胞,通过细胞免疫和体液免疫产生免疫应答的能力,但在社会挫败的慢性应激小鼠体内诱导Tsc22d3转录调控因子的上调,可以阻断DC的功能,从而破坏抗肿瘤的免疫监视功能[7]。T淋巴细胞作为重要的免疫细胞,可以与特异性抗原结合造成直接的细胞破坏,或者诱导细胞因子消除或释放发挥抗感染和抗肿瘤的免疫功能。Th细胞根据细胞因子的功能不同,可分为Th0、Th1、Th2细胞,从Th1转变为Th2的TIL反应可以导致动物结肠癌模型和卵巢肿瘤患者的肿瘤进展加速,慢性心理应激介导的TIL失调在一定程度上有助于肿瘤转移[8]。

2.3慢性应激-肠道菌群与肿瘤微环境:肠道菌群在调节肠道微环境和维持肠道内环境稳态中扮演着十分重要的角色,在肿瘤的发生发展过程中发挥着重要的作用。肠道菌群失调可通过脑肠轴、细菌移位、物质代谢与免疫调节这三条途径导致体内产生具有缺氧、酸性、炎性等特性的TME。人体肠道菌群正常生理状态下以益生菌为主,维持机体相对平衡的微环境稳态。肠道菌群是高度多样化的微生物群落,提供代谢、免疫和保护功能,肠道菌群的组成结构与情绪密切相关[9]。慢性应激可以通过改变肠道菌群组成及其代谢活性物质影响机体代谢,调节免疫系统,促进并诱发结肠炎,进而促进肿瘤发生发展。肠道菌群可能通过诱导氧化应激、慢性炎症来降低机体免疫功能促进肿瘤的发展。

在慢性应激动物模型中已证实,应激可以诱发粪便微生物群和肠道屏障的改变,使其有利于细菌侵入结肠粘膜,加剧结肠内的炎症反弹；母系分离后导致的应激刺激改变了幼鼠体内肠道微生物群,幼鼠粪便颗粒的数量显著增加。肠道菌群的失调通常是短暂的,但是长期持续的肠道菌群失调会造成肠道微生物体系产生持久的改变,并导致机体炎症反应、免疫能力和肠道屏障功能的变化,尤其有情绪障碍病史的患者由于慢性炎症则更容易发生肠道菌群失调[10]。慢性应激状态下,动物肠道微生物中的乳酸杆菌丰度降低,多样性减少,并且会减少短链脂肪酸的产生,由此导致小神经胶质细胞形态和功能发育障碍,产生的免疫反应和炎症反应易于肿瘤发展。另外,慢性应激可以增加幽门螺旋杆菌的活性,影响肠道菌群的发育,使肠道通透性增加。菌群失调可以刺激巨噬细胞向M2表型极化,以及增加肠道内毒素的释放,促进肿瘤细胞增殖、侵袭和转移。菌群还可以将胆汁酸作为信使控制NKT细胞调节肝脏肿瘤的免疫监视功能。此外,还有一些肠道微生物群,会增加机体对抗肿瘤化疗药物的耐药性。

改善肠道菌群微环境可以预防慢性应激的发生,通过脑肠轴调控改善肠道菌群微环境,进而影响神经内分泌系统减少抑郁相关因子的产生,降低慢性应激激素水平。其中,双歧杆菌可能对情绪障碍有治疗作用；乳酸杆菌在改变焦虑和抑郁行为等方面发挥着重要作用；瑞士乳杆菌NS8可以改善慢性应激引起行为和认知功能障碍；日常生活饮食中的生物活性化合物和益生菌可以通过多种机制改善抑郁、焦虑及阿尔兹海默症等精神状态；从食物中获得的益生元与肠道的益生菌之间存在协同关系,特定的益生元和益生菌可以共同对抗感染,降低包括精神障碍在内的一般疾病风险[11]。

3 讨论与展望

慢性应激在日常生活中是不可避免的,同辈压力、社会职场、人际交往等诸多压力因素的持续存在,常导致我们处于一定程度的慢性应激状态。慢性应激通过影响TME促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移以及血管生成,从而促进肿瘤的恶性进展,因此正确积极地疏解负面的心理情绪或求助专业的医生进行心理干预治疗对肿瘤患者的康复及预后十分重要。由此针对慢性应激的一些心理干预治疗、精神活动疏解及药物治疗等,可能会成为抗肿瘤治疗的新的辅助方式。