神經-骨偶聯機制促進骨腫瘤發展的研究進展

張滋彬，萬千千，覃文聘，盧偉誠，韓瀟瀟，焦凱，牛麗娜

(軍事口腔醫學國家重點實驗室 口腔疾病國家臨床醫學研究中心 陜西省口腔疾病臨床醫學研究中心空軍軍醫大學口腔醫院 a.黏膜病科,b.修復科，西安 710032)

骨骼系統是一種動態變化的組織，發揮著支持和運動的功能，骨是一個礦物質和能量儲存的倉庫[1]。骨骼中存在各種各樣的細胞，其中包括主要成分骨細胞、骨改建相關的成骨細胞和破骨細胞以及與骨平衡相關的骨髓內皮細胞、脂肪細胞和免疫細胞等，當骨微環境受到外來或內源的生理性誘因刺激時，這些細胞產生交流，以維持骨的內穩定[2]。此外，骨是人類最常見的癌癥轉移部位，骨腫瘤會干擾阻斷正常的細胞間交流，微環境的改變(如缺氧)會引發一系列反應，進而為腫瘤細胞的激活、生存和生長等活動提供動力[2-3]。近年來，骨轉移率逐年升高，與腫瘤患者壽命延長相關，但仍提示骨轉移癌的問題尚未解決。有時骨轉移癌無明顯癥狀，一旦發生相關并發癥，后果嚴重[4]。目前尚無公認的有效干預或治療骨腫瘤的臨床方法。近年研究發現，神經和骨之間存在交流偶聯作用，且其在骨腫瘤的生長中發揮調控作用[5-7]。交感神經與早期骨腫瘤生長相關，副交感神經與晚期腫瘤轉移密切相關，且感覺神經的興奮以及腫瘤相關性骨痛的發生與骨腫瘤的惡性程度密切相關[5]。現就神經-骨偶聯機制對于多發性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)、骨肉瘤和骨轉移癌的作用相關研究進展予以綜述，以期為尋找針對骨腫瘤中神經和骨之間交互作用的治療靶點提供一定的幫助。

1 神經-骨偶聯機制促進MM的進展

骨骼系統相關的原發性腫瘤和繼發性腫瘤的發生發展與神經系統的活動之間的關系密切[6]，骨腫瘤細胞可通過釋放神經營養因子促進神經生長，而神經也可通過釋放神經遞質激活腫瘤細胞的生長及播散[7]。骨骼系統中存在的不同類型的神經和活性物質(如瘦素)可以與骨細胞相互作用并發揮功能[8]，進而影響骨骼發育、骨量積累、骨重塑以及癌癥轉移等過程。神經在腫瘤發生發展及腫瘤血管新生等活動中均發揮重要作用。MM是一種以漿細胞在骨髓腔中惡性增殖為主要特征，導致骨吸收增加、骨形成減少的骨破壞性疾病[9]。研究顯示，神經軸突導向因子4D(semaphorin 4D，Sema4D)又稱CD100/Plexin-B1信號通路參與了MM誘導的骨疾病。既往Plexin-B及其配體CD100被認為是軸突引導分子，參與了神經元的遷移和發展，還可以通過激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)等信號通路參與炎癥反應[10]。破骨細胞也表達Sema4D，并通過與受體Plexin-B1結合參與破骨細胞-成骨細胞的相互作用，可抑制成骨細胞骨形成的過程。為了進一步闡明Sema4D在MM中的作用，Terpos等[11]評價MM患者和健康人群的骨髓及血清中6種骨髓瘤細胞系表達Sema4D和Plexin-B1的情況，結果發現，只有一種骨髓瘤細胞系表達高水平的Sema4D，MM患者骨髓漿和循環血液中Sema4D和Plexin-B1水平均高于健康人群，且Sema4D與血清鈣水平的升高以及骨吸收的增加密切相關。由此可見，神經系統相關的活性物質(如Plexin-B和Sema4D)與MM等骨骼系統相關腫瘤相互聯系、相互支持。Olechnowicz等[12]對MM小鼠體內模型的研究發現，發生腫瘤組織的骨微環境基質中存在神經生長因子，且與骨源性疼痛相關的脊髓神經膠質細胞存在活化和運動減少等；且骨間質細胞(如成骨細胞)與MM細胞或相關因子(如腫瘤壞死因子-α)共培養時，神經生長因子的表達水平上調。脂聯素是一種來源于骨髓的抑制MM的活性因子，脂聯素受體激活劑和NF-κB信號通路阻滯劑BMS-345541可以抑制腫瘤壞死因子-α介導的神經生長因子產生，這為腫瘤性骨痛的治療提供了理論基礎和指導。

2 神經-骨偶聯機制促進骨肉瘤的進展

骨肉瘤是兒童和青年人群中最常見的骨腫瘤，近30年，骨肉瘤治療及患者生存率未見明顯改善[13]。近期研究發現，骨肉瘤的發生離不開神經的調控，這可能是未來新的治療靶點[14]。Bandala等[15]研究發現，骨肉瘤組織中的3,4-二羥基苯乙酸和去甲腎上腺素水平遠高于鄰近組織和正常組織；且腫瘤組織中的β腎上腺素受體、多巴胺能受體、多巴胺β-羥化酶、單胺氧化酶、ki67、Runx2以及血清素能受體基因表達水平亦明顯高于鄰近組織和正常組織，故認為兒茶酚胺類物質及其受體可作為骨肉瘤進展的潛在分子標志物。Antunes等[16]通過對骨肉瘤活檢樣本的免疫組化分析發現，原發性骨肉瘤患者體內的骨肉瘤細胞可以表達神經營養素和TrK受體，表明神經在骨肉瘤發生發展過程中發揮著重要作用，且骨肉瘤通過產生活性物質影響環境中的神經。Li等[14]發現，骨肉瘤發生時，神經調控分子p21活化激酶5的表達減少，且p21活化激酶5參與了腫瘤細胞增殖、凋亡、遷移和侵入等的調控。研究發現，抗神經生長因子抗體的應用可抑制骨肉瘤患者骨痛的發生[5]。由此可見，骨肉瘤中神經和骨之間存在相互交流，即神經-骨偶聯機制在骨肉瘤發生發展中發揮著重要作用。

3 神經-骨偶聯機制促進骨轉移癌的進展

骨組織是最常見的腫瘤轉移位點之一，腫瘤骨轉移過程依賴神經(包括自主神經和感覺神經)、腫瘤以及骨微環境之間的交流。研究表明，自主神經纖維是骨微環境中最主要的神經成分，在骨的生理性和病理性調控過程中發揮關鍵作用[5]。交感神經與腫瘤早期生長密切相關，副交感神經則參與晚期腫瘤轉移的調控。有研究發現，抑制骨中感覺神經的激活和神經的新生活動可以減少骨轉移癌的發生，且激活的感覺神經和腫瘤相關性骨痛可以調控腫瘤骨轉移的發生和進展[5]，提示未來可通過靶向調節參與骨-神經偶聯機制的感覺神經的效能和類型，治療腫瘤的骨轉移和腫瘤相關性骨痛。乳腺癌和前列腺癌是最常見的骨轉移癌類型[17]，且兩種癌癥的骨轉移與神經調控密切相關。

3.1神經-骨偶聯機制促進乳腺癌骨轉移癌的進展 乳腺癌是發生于乳腺上皮或乳腺導管上皮的惡性腫瘤，其發生可能與遺傳、內分泌以及環境等因素相關，但具體病因尚不清楚。骨轉移是晚期乳腺癌的并發癥之一，也是骨轉移瘤中最常見類型之一，主要通過淋巴引流途徑轉移。骨轉移過程受神經-骨偶聯機制的調控。Sihto等[18]收集統計1991—1992年芬蘭5個地區的乳腺癌記錄及醫院初發記錄，結果顯示，約11.5%的乳腺癌患者發生遠處轉移。采用免疫組織化學和顯色原位雜交等方法進行研究發現，高表達雌激素受體和作為上皮-間充質轉化誘導轉錄因子家族一員的鋅指蛋白SNAI受體1(又稱蝸牛同源配體1)的乳腺癌細胞會傾向于首先轉移到骨組織中[19]。研究證實，存在于神經元細胞質和內質網中Neuronatin(NNAT)是雌激素受體陽性乳腺癌的調控分子，提示神經參與了乳腺癌骨轉移的調控[20]。還有研究發現，乳腺癌中成骨細胞β2腎上腺素能受體活化可以激活血管內皮生長因子的依賴性新生血管化過程，從而增加骨血管密度，形成一個更適宜轉移性癌細胞定植的微環境[21]。Yoneda等[5]研究發現，慢性應激壓力會激活交感神經系統，從而增加乳腺癌溶骨性骨轉移，此過程依賴成骨細胞中NF-κB受體活化因子配體表達的上調；而β阻滯劑普萘洛爾和天然NF-κB受體活化因子配體阻滯劑骨保護素的應用則會降低腫瘤骨轉移的發生率。上述研究均提示，交感神經和成骨細胞上的β腎上腺素能受體可促進乳腺癌骨轉移的發生，還可促進腫瘤生存所需新生血管的發生。Kamiya等[22]對人乳腺癌種植動物模型、化學誘導乳腺癌動物模型、自發乳腺癌動物模型和臨床乳腺癌患者的交感神經和副交感神經支配情況的評價顯示，去除交感神經或激活副交感神經后，程序性細胞死亡受體1、程序性細胞死亡配體1和叉頭框蛋白P3等下調，進而抑制了抗腫瘤反應的免疫檢查點分子的表達，并抑制了腫瘤的生長發展和播散轉移；此外，免疫組織化學分析結果顯示，腫瘤復發與交感神經纖維密度的增加和副交感神經纖維密度的減少密切相關，提示神經調控可能是抑制腫瘤生長、骨轉移的潛在方法。

3.2神經-骨偶聯機制促進前列腺癌骨轉移癌的進展 骨骼是前列腺癌的主要遠處轉移部位，尤其是盆腔和椎體骨骼[23]。腎上腺素能神經可以激活前列腺癌中血管代謝的轉換活動，提示神經參與前列腺癌細胞的轉移[24]。研究證實，腫瘤的發生發展與腫瘤微環境中的自主神經浸潤密切相關，交感神經的腎上腺素神經信號通路對于早期腫瘤微環境中血管的形成以及腫瘤的發展有重要作用，副交感神經可以激活類膽堿能神經信號通路，進而造成腫瘤的播散和骨轉移[25]。Decker等[26]研究發現，腫瘤細胞會分泌神經生長因子的前體物質，而神經生長因子是啟動腫瘤神經支配的關鍵信號，運用神經以及神經信號可以預測腫瘤的侵襲性，故可通過去神經治療局部腫瘤并減少癌性骨痛發生。對小鼠模型的研究發現，使用抗神經生長因子抗體后，腫瘤相關性骨痛明顯減輕，且前列腺癌骨轉移位點可見神經出芽生長、感覺神經瘤及交感神經，提示前列腺癌等腫瘤的骨轉移及其發生發展均與交感神經和副交感神經密切相關[5]。Huang等[27]的研究證實，異丙腎上腺素等神經遞質的釋放不僅可以激活成骨細胞中的β2腎上腺素能受體-缺氧誘導因子-1α-CXC趨化因子配體12信號通路，增加CXC趨化因子配體12的分泌；并可通過激活β2腎上腺素能受體或下調成骨細胞分泌生長停滯特異性蛋白6直接或間接地重新激活骨髓腔中靜止的播散性前列腺癌細胞，使之再次進行增殖，上述過程均促進了前列腺癌細胞的遷移、侵襲和上皮-間充質轉化等。

3.3神經-骨偶聯機制促進其他骨轉移癌的進展 除乳腺癌骨轉移癌和前列腺癌骨轉移癌外，許多腫瘤可發生骨轉移，且同樣有神經系統及神經-骨偶聯機制作用的參與，如胰腺癌、頭頸部癌、神經內分泌腫瘤、食管癌、腎癌[5]。有學者指出，神經內分泌腫瘤骨轉移機制包括副交感神經節瘤受到CXC趨化因子受體4和CC趨化因子受體9分子的調控后，腫瘤細胞歸巢機制啟動，從而實現了骨轉移，進一步證實，神經-骨偶聯機制對于腫瘤骨轉移的發生發展過程發揮著不可替代的作用[28]。另有學者通過長期的臨床觀察及研究發現，胰腺癌和頭頸部癌等發生骨轉移時也受到神經-骨偶聯機制的調控，且神經在腫瘤進展中起至關重要的作用[29]。神經可浸潤腫瘤微環境并刺激癌細胞的生長和擴散，該機制直接將兒茶酚胺和乙酰膽堿等神經遞質釋放到癌癥的微環境中，以激活相應的膜受體，從而實現骨轉移。神經浸潤腫瘤微環境學說的提出，揭示了神經促進癌癥的生長和骨轉移的全新機制，也為腫瘤相關疼痛產生途徑的研究提供了新的方向。Wang等[30]提出，中樞和交感神經系統功能障礙以及心理壓力誘發的激素網絡異常可能通過多種機制影響癌癥的惡性進展。綜上，神經與癌細胞之間的相互作用為腫瘤及其骨轉移發生的細胞和分子基礎研究提供了新的見解。

4 神經-骨偶聯機制對外周神經功能的影響

在骨腫瘤的發生發展過程中，除神經調控骨組織的發生發展外，腫瘤環境中的異常骨組織也會對外周神經的功能產生一定影響。骨腫瘤微環境和骨組織中的炎癥反應對于神經纖維瘤的發生起重要的促進作用[31]。Elefteriou[8]的研究顯示，腫瘤細胞骨轉移可以促進感覺神經的新生，并通過產生病理性的酸性腫瘤微環境激活感覺神經的瞬時受體電位香草酸亞型1，從而提高腫瘤微環境中感覺神經的興奮性并加重腫瘤相關性骨痛。同時，興奮的交感神經通過釋放一種未知的腫瘤生長因子上調腫瘤的侵襲性并促進腫瘤的骨轉移。在異常的骨腫瘤環境下，骨-神經偶聯機制對外周神經發揮相應的調控作用。Wakabayashi等[32]通過將Lewis肺癌細胞注射到小鼠脛骨中培養發現，腫瘤微環境呈酸性，且骨中降鈣素基因相關肽陽性感覺神經數量增加，同時通過磷酸化的胞外信號調節激酶和磷酸化的cAMP應答元件結合蛋白免疫反應的增加提高背根神經節中感覺神經的興奮性，表明骨中的神經組織可隨骨組織的改變而發生相應變化。綜上所述，在腫瘤環境下，異常骨組織與神經之間存在著相互支持、相互交流。Pak等[33]指出，神經系統癥狀在MM中很常見，如MM患者存在雙側視覺喪失以及吞咽困難等神經系統癥狀，同時，MM發生的最初表現是誘發神經麻痹。以上均提示，骨對神經的一些作用使神經在骨腫瘤環境中發生改變，進而促進神經參與對骨腫瘤的調控行為。由此可見，神經-骨偶聯機制對骨腫瘤的進展具有協同調控作用，在骨腫瘤的發生發展過程中，神經與骨之間的交流活動是雙向交互、彼此促進的。

5 小 結

神經-骨偶聯機制是骨腫瘤發生發展機制中的重要組成部分之一，神經源性信號在骨腫瘤的發生發展中發揮關鍵作用，如促進早期腫瘤細胞增殖以及促進晚期腫瘤細胞侵襲等活動；同時，骨腫瘤及其所在骨的微環境也可以作用于神經的活動，如促進外周感覺神經的出芽和新生等。基于上述研究，已有學者提出可以針對神經和骨之間的相互交流來設計新的靶點，從而抑制骨腫瘤的進展以及腫瘤相關性骨痛的發生，例如使用辣椒素阻止瞬時受體電位香草酸亞型1的激活，從而減少腫瘤骨轉移和腫瘤性骨痛的發生[5]。但是，由于大多數研究尚處于動物實驗階段，所以還需要一段時間的深入研究和臨床試驗來明確靶向神經-骨偶聯精準治療骨腫瘤的思路是否具有優越的臨床應用前景。