神經新生角度探討腫瘤增殖與轉移

宋夢瑤，宋 莉，周銀銀，賈 琦，李曉曼，2，陸 茵，2，3

(南京中醫藥大學 1.藥學院，江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室、2.江蘇省中醫藥防治腫瘤協同創新中心、3.江蘇省中醫藥與再生醫學研究國際合作聯合實驗室 江蘇 南京 210023)

越來越多的證據表明，正如健康組織需要神經調節、支配身體穩態一樣，腫瘤也需要神經程序來促進其生長和發展[1]。腫瘤自身增殖與轉移依賴于神經新生早已得到臨床證實。類似于腫瘤血管新生，腫瘤細胞釋放神經營養因子，通過腫瘤微環境(tumor microenvironment，TME)直接或間接地作用于腫瘤周圍的外周神經末梢，誘導軸突新生，促進神經生長。

腫瘤內神經新生過程產生了復雜的生物學結構改變。在神經發育和再生過程中，神經生長受神經支配靶器官釋放的神經營養因子調控。神經末梢突觸釋放的神經遞質和其他營養因子可以激活腫瘤細胞上相應的神經遞質受體，加速腫瘤組織內神經軸突的新生。反之，腫瘤細胞最終在神經周圍生長或侵入神經，這一過程稱為神經周圍侵襲或神經浸潤(peripheral nerve invasion，PNI)。神經生長不斷向外擴散各類神經遞質，一方面激活了腫瘤的生長與轉移，另一方面促進了神經浸潤腫瘤。神經的大量新生刺激了腫瘤的增殖與轉移，而神經最終也會被腫瘤細胞包圍、侵入。神經-腫瘤細胞的這種相互干擾最終達到神經新生與腫瘤發生發展二者相互促進的終效應。近幾年，基因工程與影像學的最新進展使人們對腫瘤神經調節的分子基礎與機制有了更加深入的了解。在臨床研究證據的推動下，以靶向神經和TME之間的相互作用治療癌癥為目標，新的轉化治療技術與方法正在開發。本文對神經新生在調控腫瘤增殖與轉移中的作用以及針對于神經新生在檢測技術與治療方法上所面臨的困難與策略進行綜述。

1 腫瘤神經新生改變腫瘤微環境

TME是一個包含有腫瘤細胞、間質細胞、免疫細胞、血管內皮細胞等各種物質的微生態環境。神經細胞在其中也發揮了重要的作用，因此，神經系統與TME之間的相互作用極大程度上影響了神經新生與腫瘤的增殖、轉移。神經-腫瘤微環境誘發的神經新生，為腫瘤細胞提供了良好的生長環境。

1.1 神經生長因子驅動神經新生加速腫瘤發展目前研究發現，受神經支配的靶器官釋放的神經營養因子包括神經生長因子(nerve growth factor，NGF)、腦源性神經營養因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)、神經營養蛋白3(neurotrophic protein 3，NT3)和神經營養蛋白4/5(neurotrophic protein 4/5，NT4/5)等。以上神經營養因子均已被證明可通過刺激神經末梢中的酪氨酸激酶受體驅動神經新生[2]。其中NGF是最早被發現在神經新生中發揮著主要驅動作用的重要神經營養因子。前期研究表明，NGF在前列腺癌、胃癌、胰腺癌[3-4]等癌癥的神經支配過程中發揮重要作用。除此之外，粒細胞集落刺激因子(granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF)、神經生長因子前體(nerve growth factor precursor，proNGF)對前列腺癌也表現出類似的驅動作用[5]。

NGF作為神經營養因子內最重要的組成部分，與腫瘤內神經新生有密切關系。三分之一的浸潤性導管乳腺癌內會檢測到神經，神經密度與腫瘤的侵襲性以及腫瘤細胞釋放的NGF有關[6]。Ayala等[7]發現前列腺腫瘤部位釋放的NGF會驅動神經軸突新生，高組織病理學分級的前列腺癌區域比低等級或良性前列腺增生的區域存在更多的神經。同時，前列腺癌細胞proNGF的產量增加與TME中的神經密度成正比，表明proNGF/NGF是前列腺癌腫瘤神經新生的分子介質。Rowe等[8]通過組織學檢測發現，與正常的甲狀腺組織相比，proNGF在甲狀腺腫瘤組織內有所增加，并且病理評分顯示其在淋巴結轉移中的染色強度明顯高于相應的原發性腫瘤。但是，proNGF在血清中的高表達卻與甲狀腺癌的發生與否無關[9]。

NGF還是疼痛的誘導因素。腫瘤對神經造成的壓迫導致了癌癥患者的痛苦，多項研究表明在腫瘤治療中靶向NGF是一種有效減緩患者疼痛的手段[10]。鑒于NGF在腫瘤神經支配中的作用，未來神經營養因子完全可以用作癌癥診斷和預后的生物標志物。

1.2 神經新生誘導腫瘤血管生成血管新生是腫瘤轉移的關鍵環節，軸突引導生長分子如神經肽和信號素可以調控血管生成。在腫瘤血管生成的治療過程中，已發現部分軸突引導分子能夠通過有效抑制腫瘤血管生成途徑抑制腫瘤增殖與轉移。Plexin-A4作為一種神經纖毛蛋白傳遞配體，通過與FGFR1和VEGFR-2酪氨酸激酶受體形成穩定的復合物，增強內皮細胞中VEGF誘導的VEGFR-2磷酸化以及bFGF誘導的細胞增殖[11]。來源于神經系統信號素能夠通過調節VEGF促進腫瘤相關的血管生成。Sema3B是一種分泌型信號素，研究表明Sema3B的過表達可以抑制肺癌、乳腺癌細胞的增殖。除了對腫瘤細胞的抑制作用外，Sema3B還可以通過Nrp1排斥內皮細胞，因此被認為可以作為血管生成抑制劑[12]，而Sema3E誘導Arf6激活可以誘導快速粘著斑分解和內皮細胞塌陷，進而抑制血管生成[13]。

1.3 神經新生觸發腫瘤免疫微環境改變三葉因子2(trefoil factor 2，TFF2)是一種脾臟產生的分泌肽，可與ChAT-EGFP共定位，標記CD4+T細胞。TFF2受到炎癥反射的調節，在急性狀態下，炎癥反射導致記憶性CD4+T細胞釋放乙酰膽堿，抑制巨噬細胞產生TNF-α，最終阻止了髓源性抑制細胞的增殖與發展[14]。內源性大麻素，被稱為是中樞神經系統內的神經調節劑，控制著免疫細胞的分泌特性。可以直接靶向白細胞，并通過抑制P物質(substancep，SP)和降鈣素基因相關肽(calcitonin-gene related peptide，CGRP)發揮其神經學作用[15]。在受損神經中，巨噬細胞衍生的IL-1β誘導非神經元細胞中NGF的合成。炎癥過程會誘導白細胞的積累和疼痛相關介質的釋放，促進神經元可塑性和外周神經支配[16]。當巨噬細胞、肥大細胞和其他白細胞釋放NGF時，可以促進腫瘤神經支配的軸突轉換，通過招募腦源性神經前體促進癌癥進展。M2型巨噬細胞在功能上被募集并有助于神經修復，而M1型巨噬細胞的功能是破壞受傷的神經[17]。巨噬細胞可以通過分泌VEGF再生受損的神經，而施萬細胞使用VEGF來遷移和引導神經生長。此外，mTOR-Sema6D-PPARγ軸在巨噬細胞極化中起關鍵作用。mTOR的抑制或Sema6D的缺失阻斷了抗炎巨噬細胞極化，伴隨著PPARγ表達、脂肪酸攝取和脂質代謝重編程的嚴重受損[18]。

1.4 其他交感神經與副交感神經元釋放能激活感覺神經元的分子，而感覺神經元的切除可顯著減緩瘤變損傷的發展[4]。Chen等[19]發現，應激誘導的神經內分泌激活會極大提高乳腺癌的遠端轉移率。轉移過程中，β-腎上腺素能信號參與了CD11b+F4/80+巨噬細胞向原發性乳腺癌部位的浸潤，進而發出促轉移基因的表達信號。

研究發現，背根神經節和胰腺癌細胞之間存在旁分泌NGF信號[20]。此外，其他腫瘤細胞的體外實驗同樣證實了腫瘤細胞產生外泌體可以誘導腫瘤神經支配[21]，這一發現為腫瘤的神經發生提供了不一樣的研究途徑，增加了神經元分泌的外泌體可能作為具有臨床重要性和實用性的新型癌癥生物標志物的可能。高級膠質瘤分泌的NLGN3在腦TME中發揮調節腫瘤生長的作用。國際癌癥基因組聯合會對甲狀腺癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌進行分析發現多種癌癥類型均發生NLGN3突變和拷貝數變異。此外，GRP78和BDNF同樣被鑒定為可促進膠質瘤的增殖[22]。SLIT/ROBO信號傳統上被描述為軸突引導的胚胎調節器基因。Bapat等[20]通過外顯子組測序及拷貝數分析確定出該信號是導致胰腺組織癌變的突變基因，并存在頻繁和多樣的體細胞異常。這一發現為軸突導向基因參與胰腺癌的發生提供了有力的支持性證據。

綜上所述，神經新生已成為判斷腫瘤發展的潛在標志，同時腫瘤細胞釋放的NGF似乎是TME中神經浸潤的主要驅動力。

2 腫瘤神經新生的標志物探討

目前，腫瘤微環境內軸突新生與神經新生介導腫瘤的發生發展檢測的方法學尚未有成熟的技術報道。受諸多因素阻礙，臨床前研究涉及到腫瘤的病理學與神經相關標志物檢測兩個方面。在臨床角度，常規腫瘤的組織結構中很難觀察到神經，通常只有大神經在病理檢查中可見。然而，TME中所存在的多數神經都是小神經纖維，這對于腫瘤神經浸潤的病理及實驗結果的分析帶來了一定的困難。

采用蛋白質組學與免疫組學相結合對腫瘤的生物標志物進行探索是目前腫瘤神經檢測的主要方式。研究多采用免疫組化方法檢測特定神經元生物標記物，如泛神經標記物PGP9.5就是一種廣泛用于所有神經類型的組化標記物。此外，還有許多特定類型的神經元生物標記物，如外周神經元表達Ⅲ型中間絲蛋白，以及微管蛋白β-3。囊泡乙酰膽堿轉運蛋白可區分出膽堿能神經；酪氨酸羥化酶可有效區分腎上腺素能神經[3]；Brundl等[23]使用神經膠質原纖維酸性蛋白或S100進行免疫染色，在TME中鑒定出外周神經膠質細胞；Dobrenis等在實驗中運用抗微管結構蛋白(microtubule associated protein 2，MAP2)和抗磷酸化神經絲-H(phosphorylated neurofilament-H，pNF-H)對神經元細胞進行染色評估神經突起情況[2]。此外，OLMF4多肽在神經系統的早期發育和功能組織中發揮作用，已被確定為在結直腸癌中上調的癌癥生物標志物[6]。蛋白質組學分析顯示OLMF4在胃癌、胰腺癌、頭頸癌和前列腺癌中也存在類似上調，同時在乳腺癌檢測中，它的表達還與腫瘤的病理分級呈現正相關[24]。LIF可作為胰腺導管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDA)的有效生物標志物，Bressy等[25]還發現對LIF誘導的PDA進行信號靶向治療可以限制PDA相關神經重構。此外，研究中還常將病理標本進行組織微陣列檢測和GS評分，并將結果與免疫組化或免疫熒光中的標記物檢測相結合來對樣本進行更加精確、特異性的分析。

3 針對神經軸突新生的治療策略

腫瘤軸突發生與癌癥診斷、預后和治療等潛在臨床應用有關。靶向神經營養生長因子、去神經支配、抑制外泌體分泌均是針對神經軸突新生的治療策略。臨床前研究可以采用動物模型研究這些治療策略，但是目前在臨床中具體實施尚存在一定的難度與挑戰性。

3.1 靶向神經營養因子通過靶向與腫瘤軸突新生有關的神經營養因子來抑制腫瘤支配是一種較為合適的治療策略。NGF具有神經營養作用，可以驅動腫瘤軸突新生，因此靶向NGF可以防止TME中神經的生長[26]。雖然NGF對于軸突新生必不可少，但在成年個體中一旦組織的神經支配被建立，NGF便失去活性，不再參與神經元的維持。有趣的是，它依然可以通過原肌球蛋白受體激酶(tropomyosin receptor kinase，TrkA)來介導疼痛[27]。因此腫瘤發展的早期階段靶向NGF具有同時解決腫瘤發生發展及腫瘤壓迫所引起的疼痛的獨特潛力。

3.2 去神經支配動物模型中應用去神經支配治療已經取得成功，但真正在臨床中實施還存在較大的爭議與挑戰。首先手術難度大；其次準確發現在腫瘤中起主要作用的神經纖維或調控部位是目前臨床前及臨床研究所未能解決的問題。基于此衍生出了一種治療方案：將神經毒性藥物注射到腫瘤，靶向抑制神經元。肉毒桿菌毒素作為一種膽堿能信號轉導的抑制劑，可以通過模擬自主神經廣泛用于肌肉痙攣等臨床問題。目前肉毒桿菌毒素對腫瘤去神經支配的作用已經在動物模型中進行測試，基于肉毒桿菌毒素的前列腺神經支配的第一階段臨床試驗結果已經可用[28]。這從側面反映出膽堿能信號確實參與腫瘤生長，并且去神經支配這一途徑可用于輔助癌癥的治療及預后。未來臨床中，腫瘤的去神經化治療將會逐漸走入人們視野。

3.3 腎上腺素受體阻滯劑近幾年腎上腺素受體阻滯劑在腫瘤領域嶄露頭角，例如，普萘洛爾(β-腎上腺素受體阻滯劑)對前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌等癌癥的增殖、轉移均展現出治療效果。對于慢性應激通過促進去甲腎上腺素(α-腎上腺素受體激動劑)釋放加速腫瘤增殖與轉移已有不少研究[29]。這提供了一種可能——阻斷腎上腺素釋放途徑可能會通過控制神經支配以抑制腫瘤細胞中腎上腺素受體的表達，進而阻止交感神經釋放去甲腎上腺素，起到抑制腫瘤發展的作用。然而，這其中真正發揮作用的機制目前還沒有明確闡述。這一治療方法未來應用于臨床可能為患者帶來普適性的治療效果。

最近一項研究顯示，在前列腺癌小鼠模型中，來自中樞神經系統腦室下區的神經干細胞隨著血液遷移到前列腺腫瘤部位。神經祖細胞表達了雙皮質醇(double cortisol，DCX)滲透到前列腺腫瘤中啟動了神經發生，并能產生新的腎上腺素能神經元[30]。這一現象揭示了中樞神經系統和前列腺腫瘤之間一種獨特的相互干擾模式，提示了腫瘤治療可能的一種新的神經靶向方案。

4 總結與展望

神經是腫瘤發生發展研究中的新型調節器。通過TME內各類神經營養因子與神經遞質的分泌，神經新生與腫瘤發生發展之間相互作用、相互促進。臨床研究也針對神經新生采取了靶向NGF、去神經支配等治療策略。在過去幾年，已經有大量開創性的科學研究分別從不同方面證實了神經在腫瘤發生發展過程中存在著的驅動作用。

腫瘤神經新生的檢測與癌癥診斷、臨床應用及預后均存在重要聯系。大量研究表明，神經密度在原發性腫瘤中增加，并且與轉移性或侵襲性疾病有關。量化神經密度有助于區分腫瘤的進展情況。此外，檢測和量化驅動腫瘤軸突新生的神經營養因子也具有極大的診斷和預后價值。目前，臨床仍有大量的癌癥診斷需要對神經浸潤程度進行檢測以確定癌癥的發展階段。因此，急需開發更加便捷、敏銳的檢測手段與方法應用于臨床。腫瘤神經生物學這一新興的領域會有更多的科研學者及臨床專家們給予關注。與此同時也為腫瘤的診斷、治療、預后帶來了新的突破與挑戰。