神经系统影响非神经系统肿瘤发生发展的研究进展

余明珠，石海莲，吴晓俊

（上海市复方中药重点实验室，教育部中药标准化重点实验室，国家中医药管理局中药新资源与品质评价重点研究室，上海中药标准化研究中心，上海中医药大学中药研究所，上海 201203）

神经系统的分布非常广泛，几乎所有组织（除软骨和晶状体外）均受神经系统的精密支配[1]。传统观点认为，肿瘤组织缺乏神经支配，然而越来越多的研究发现神经系统与肿瘤之间存在双向相互作用关系，在肿瘤微环境中肿瘤细胞通过释放神经营养因子诱导神经生长[2-5]，反过来神经元释放神经递质，影响肿瘤生长和转移[6]。本文就神经系统和非神经系统肿瘤相互作用机制的研究进展进行综述，为肿瘤神经科学研究提供参考。

1 肿瘤组织中存在神经并影响肿瘤发展

组织中观察到大神经干是病理学检查中评估神经周围浸润（perineural invasion，PNI）的基础[7]，蛋白质基因产物9.5、外周蛋白和微管蛋白3等神经生物标志物的出现，证实了肿瘤微环境中存在小神经干。Seifert等[8]使用透射电子显微镜观察到肿瘤中央区域的神经纤维，与相应正常组织中原有的神经纤维不同，它们分布不规则，形态异常[9]。PNI与许多肿瘤的恶性程度相关，是预后不良的标志，也是总生存期以及生存率下降的预兆。胃癌PNI阳性患者中，未分化肿瘤、具有血管侵犯的肿瘤和淋巴结转移的比率显著高于PNI阴性患者，且PNI阳性患者的总生存率明显低于PNI阴性患者[10]。胃癌组织诱发大量的呈向心性分布的神经纤维，这些神经纤维可能调控胃癌细胞增殖[11]。胃癌组织内存在大量神经肽Y（neuropeptide Y，NPY）阳性末梢神经纤维，其分支在癌细胞之间走行，呈网状分布，且无髓鞘神经末稍纤维与癌细胞直接接触[12]，可能通过其分泌的NPY对肿瘤细胞的生长和分化进行调控。靠近正常组织的贲门腺癌组织中有大量弥散分布的神经纤维，神经纤维及其串珠状膨体与肿瘤细胞紧密接触，且PNI与其肿瘤恶性程度相关[13]。包括前列腺癌在内的多种癌症均表现出PNI[14]。胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）和胆管癌具有嗜神经性，在PDAC肿瘤组织切片中可见腹腔神经节和迷走神经[15-16]，且PNI患者的中位总生存期远低于无PNI患者[17]。头颈部鳞状细胞癌的肿瘤组织中存在迷走神经，PNI与头颈部鳞状细胞癌的复发和患者较差的存活率密切相关[18]。食管癌肿瘤组织中的PGP9.5和神经生长因子（nerve growth factor，NGF）表达阳性，且PNI与患者存活率负相关[18]。乳头状甲状腺癌的神经密度与甲状腺肿瘤PNI呈正相关[19]。乳腺癌中约1/3浸润性导管癌中检测到神经，PNI患者无病生存期低于无PNI患者[20]。副交感神经系统纤维渗入肺癌肿瘤组织，患者PNI与不良预后风险正相关[21]（表1）。

表1 不同肿瘤神经周围浸润（PNl）的相关神经或神经纤维类型及对患者生存的影响

格里森3级前列腺癌样本基因表达分析表明，涉及神经生成、轴突生成和突触生成的基因高表达，且在前列腺癌的肿瘤内部发现肾上腺素能和胆碱能神经，其神经密度随肿瘤侵袭能力增强而增加[22]。

2 轴突-突触促进肿瘤生长

神经元轴突末梢分枝末端膨大部分形成的突触小体可与多个神经元的细胞体或树突相接触而形成突触[23]。目前已知的突触有电突触和化学突触。电突触不需要依赖化学物质，而化学突触通过释放和接受神经递质来传递信息[24]。神经递质主要由中枢及外周神经系统合成，也可由肿瘤细胞和免疫细胞释放。

神经纤维释放的神经递质通过结合特定的神经递质受体激活肿瘤细胞[25]。在胰腺肿瘤中，多巴胺受体2（dopamine receptor 2，D2R）异常高表达，且D2R拮抗剂氟哌啶醇（haloperidol）能够阻止胰腺细胞增殖。γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）是中枢神经系统中的抑制性神经递质。GABA通过GABAA受体途径增强前列腺癌细胞增殖。γ-氨基丁酸A受体π亚基（gamma-aminobutyric acid type A receptor pi subunit，GABRP）是GABAA受体的一个亚基，在胰腺肿瘤细胞中异常高表达。GABA通过增加GABRP阳性胰腺肿瘤细胞内Ca2+水平并激活丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶（mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase，MAPK/ERK）级联反应，促进胰腺癌生长[26]。

神经肽类物质能通过G蛋白偶联受体广泛参与机体的生理过程[27]。神经肽的分类主要有P物质（substance P，SP）、血管活性肠肽（vasoactive intestinal peptide，VIP）和NPY等。VIP可促进肿瘤生长或激活抗凋亡信号通路，对肿瘤干细胞增殖和分化也有调控作用。多种肿瘤细胞表面均过量表达VIP受体[28-29]。SP/神经激肽1受体（neurokinin-1 receptor，NK-1R）系统也在乳腺癌[30]、胰腺癌[31]、甲状腺癌[32]、子宫内膜癌[33]、肺癌[34]和结直肠癌[35]等进展中发挥重要作用。SP是发现最早的脑肠肽，主要由神经元分泌，由非肾上腺能非胆碱能抑制性神经末梢释放，通过激活NK-1R触发多种促肿瘤信号通路。乳腺癌患者中SP和NK-1R均过度表达，SP/NK-1R系统通过影响细胞增殖、迁移、转移、血管生成和耐药性参与乳腺癌的发生[30]。

2.1 轴突-突触促进非神经肿瘤原位癌生长

胰腺癌细胞在缺乏能量时可分泌神经生长因子，促使神经元轴突延伸入肿瘤，而轴突可分泌丝氨酸，使胰腺癌细胞免于饥饿并恢复生长[36]。富丝氨酸饮食时，胰腺癌细胞依赖饮食中的丝氨酸维持正常生长；无丝氨酸饮食时，胰腺癌细胞分泌NGF，后者与神经元上的NGF受体结合后促使神经细胞轴突分泌丝氨酸，因此胰腺癌细胞生长速度降低50%；富丝氨酸饮食时，单用NGF受体抑制剂不影响胰腺癌细胞从饮食中获取丝氨酸，因此胰腺癌细胞生长不受限；无丝氨酸饮食与NGF受体抑制剂联用时，胰腺癌细胞分泌的NGF无法与其受体结合，神经细胞无法分泌丝氨酸给胰腺癌细胞，胰腺癌细胞的生长速度进一步降低50%，表明神经源性丝氨酸能够调控胰腺导管腺癌细胞的生长和存活。

2.2 轴突-突触促进非神经肿瘤转移癌生长

约5%乳腺癌患者会发生脑转移[37]。转移至脑的乳腺癌细胞会被大脑中的微环境诱导重编程，在发育过程中获得神经元谱系细胞的特征[38]。谷氨酸信号对胰腺神经内分泌瘤的生长和侵袭有促进作用[39]。N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartic acid receptor，NMDAR）在预后不良、转移复发风险高的原发性乳腺癌基底样癌中表达明显升高。几乎100%重度联合免疫缺陷小鼠人源性乳腺癌脑转移瘤中，均存在磷酸化的NMDAR2B，而原发瘤和肺转移瘤中却很少。NMDAR2B磷酸化可帮助NMDAR定位到细胞表面，接通下游信号通路，促进其对谷氨酸信号产生响应[40]。

NMDAR信号转导促进脑转移的发生。敲除乳腺癌细胞中的NMDAR，能大大下降其脑转移能力。谷氨酸是大脑中的一种兴奋性神经递质，在谷氨酸能神经突触中，突触前神经元释放的谷氨酸，在激活突触后神经元后，会迅速被突触后神经元和突触周围星形胶质细胞摄取清除[41]，一方面保证信号的时效性，另一方面也避免突触间隙中高浓度谷氨酸对神经细胞的毒害作用[42]。脑转移的乳腺癌细胞并未破坏突触前后神经元连接，而是占据谷氨酸能突触中星形胶质细胞的位置，与2个神经元形成了类似三边突触的结构[43]。乳腺癌细胞替代星形胶质细胞的功能，摄取突触中多余的谷氨酸并促进自身的生长。胶质瘤接受谷氨酸刺激的是α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸受体，而脑转移乳腺癌是NMDAR，提示特定类型的谷氨酸受体、突触后信号传递过程或突触形成过程，可能成为减缓不同肿瘤增殖的治疗靶点。寻找脑转移乳腺癌细胞中的特异基因，阻止乳腺癌脑转移的同时而不损伤相邻神经元细胞，是影响基础研究向临床实践转化的关键难点。

肿瘤细胞和神经细胞形成突触连接，成功应用了大脑中神经元交流的机制，表明肿瘤细胞可能成功驯化了神经系统并使其为其生长所用。肿瘤细胞可以通过伪装成神经细胞形成突触，使肿瘤细胞的侵袭性增加[43]。因此，针对脑转移肿瘤细胞，通过阻断肿瘤细胞和神经元之间的联系，在不损害大脑细胞正常连接的同时，阻止肿瘤生长可为治疗脑转移乳腺癌等癌症提供新的思路。

3 肿瘤微环境中神经系统对肿瘤细胞及非肿瘤细胞的作用及机制

肿瘤微环境组成复杂，包括成纤维细胞、免疫细胞、脂肪细胞、血管内皮细胞、细胞外基质和神经系统等[44]。

3.1 神经胶质细胞调控肿瘤发展

雪旺细胞是副交感神经系统中最丰富的神经胶质细胞，用于支持和形成髓鞘神经，同时通过复杂的神经-雪旺细胞相互作用调节轴突生长和再生。雪旺细胞对肿瘤细胞表现出很强的亲和力，在胰腺癌和结肠癌的癌前病变中存在雪旺细胞意味着肿瘤发展处于早期阶段[45]。雪旺细胞和口腔鳞状细胞癌（oral cavity squamous cell carcinoma，OCSCC）之间的相互作用通过增加腺苷和白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）的产生来促进OCSCC细胞增殖、迁移和侵袭[46]，表明雪旺细胞可能是癌症进展的重要促进剂。

3.2 神经系统促进肿瘤血管生成

慢性应激介导腹膜内转移瘤的血管形成，并通过增加血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）表达而增强卵巢癌异位移植瘤模型中的肿瘤血管生成[47]。压力激活交感神经系统（sympathetic nervous system，SNS），释放神经递质如去甲肾上腺素、多巴胺和缓激肽，诱导或抑制VEGF表达[48]。社交缺乏可能导致卵巢癌肿瘤内去甲肾上腺素升高，诱导VEGF表达并刺激血管生成，最终导致晚期肿瘤[49]。引导轴突生长的分子如神经纤维蛋白和信号素可以促进或抑制血管生成[50]。降钙素基因相关肽可以促进肿瘤相关血管生成，NPY还通过调节VEGF促进血管生成[51]。

前列腺癌肾上腺素能神经的浸润导致神经末梢释放去甲肾上腺素，刺激内皮细胞β2肾上腺素能受体（adrenergic receptor，AR）的表达，从而促进肿瘤血管生成[52]。

3.3 神经系统通过调控免疫细胞影响肿瘤发展

压力和抑郁等情绪障碍能够通过减少细胞毒性T细胞和自然杀伤细胞来抑制免疫系统[53]，从而增强肿瘤转移。白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）是一种促炎因子，可被由压力诱导的去甲肾上腺素和β2-AR调节，在癌症转移中起重要作用[54-55]。抑郁状态通过激活SNS，促进髓系细胞在肿瘤微环境中的浸润，增加IL-6水平，激活IL-6/信号转导和转录活化因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）信号通路，促进前列腺癌生长[56]。NF-κB的靶基因神经元导向因子netrin-1在炎症条件下表达上调[57]。

4 神经干预在肿瘤预防和治疗中的潜在价值

肿瘤的交感神经去神经支配和副交感神经刺激可能抑制乳腺癌进展[58]。敲除或抑制3型毒蕈碱型乙酰胆碱受体（cholinergic receptor muscarinic 3，CHRM3）基因表达可以抑制胃癌的发生发展，与迷走神经去神经支配作用类似[59]。直肠癌细胞与背根神经节共培养可刺激神经发生[60]。前列腺癌中神经信号转导的主要机制包括肾上腺素能和胆碱能信号转导[61]。肾上腺素能神经的去神经支配或敲除β2-AR和β3-AR可以抑制前列腺肿瘤早期癌细胞的增殖。胆碱能神经的去神经支配或敲除CHRM3能够抑制前列腺癌后期肿瘤细胞的扩散。普萘洛尔共轭超顺磁氧化铁神经肽纳米粒子可使前列腺癌的神经密度可视化，并可传递靶向神经药物至肿瘤，阻断神经功能并抑制前列腺癌进展[62]。

肾上腺素能神经的去神经支配可抑制胰腺肿瘤的进展，异丙肾上腺素是一种广泛的β-肾上腺素能激动剂，可增强胰腺肿瘤发生[63]。胆碱能神经和胆碱能信号可抑制胰腺癌的进展[8]，提高胰腺癌中更复杂的神经调节的可能性。个体所处的压力环境通过神经内分泌系统调控肿瘤发展[64]，丰富的生存环境（enriched environment，EE），即良性的心理应激在小鼠胰腺癌和肺癌模型中发挥显著的抗肿瘤作用[65]。在原位和非原位胰腺癌模型小鼠中，持续压力造成更大的肿瘤形成，而抗应激药物治疗可减缓胰腺癌的进展[66]。阻断β-肾上腺素能信号传导或化学交感神经切除术消除EE对自然杀伤细胞的影响，并减弱EE抗胰腺肿瘤的作用[65]。去神经支配或抑制感觉神经激发可减少骨痛和癌症进展并增加存活率[67]。

黑色素瘤细胞与痛觉感觉神经元协同显著促进黑色素瘤的生长，神经元分泌的神经肽促进细胞毒性T细胞的耗竭，减弱后者对黑色素瘤细胞的杀伤作用。瞬时受体电位香草酸受体1（transient receptor potential vanillic acid receptor 1，TRPV1）主要在伤害感受器的感觉神经元亚群中表达[68]。而TRPV1或Nav1.8谱系敲减或局部药物沉默或阻断肿瘤支配感觉神经元分泌的囊泡，可增加肿瘤浸润性白细胞数量，减缓肿瘤生长及白细胞耗竭，提高黑色素瘤小鼠的存活率[69]。

5 肿瘤细胞对神经系统功能的影响

肿瘤细胞可以通过释放神经营养因子，如NGF、脑源性神经营养因子、神经营养蛋白3和神经营养蛋白4/5刺激神经末梢中表达的酪氨酸激酶受体来驱动肿瘤神经轴突生成和神经浸润[17，63，70-71]。在OCSCC Balb/c小鼠模型中，如果P53蛋白缺乏，肿瘤细胞的囊泡会缺乏miR-34a，导致肿瘤相关感觉神经元发生重编程，成为肾上腺素能神经元[72]。此外，肿瘤细胞还表现出侵入神经纤维的倾向，从而导致这些周围神经的重塑和慢性疼痛综合征的发生。

6 结语

目前靶向神经系统调控肿瘤的药物和小分子化合物的相关研究非常少，提示这是一个新兴而具有广阔研发前景的研究领域。中药活性单体成分6-姜酚能够通过激活TRPV1抑制肺癌的进展[73]，提示从中药及其活性成分库中筛选靶向神经系统抑制肿瘤活性的先导化合物或候选化合物，模拟肿瘤组织的去神经支配，可能是一种新的抗肿瘤药物研发思路。肿瘤神经科学正在兴起，神经与肿瘤的相互作用及机制研究存在大量的研究空白，亟需生物信息学、电生理学、显微成像技术、光遗传学、肿瘤基因组学、免疫肿瘤学和神经科学等多学科展开深度合作，揭示神经系统在何种条件下被肿瘤细胞驯化为其服务；寻找神经系统倒戈肿瘤细胞的最后一根“稻草”，阐明神经系统参与肿瘤生长的分子机制与其参与机体正常生理活动的不同之处，将为抗肿瘤研究提供全新的治疗思路和理论依据。