神经肿瘤微环境的精准干预策略

前言

神经元除了作为中枢神经系统（CNS）传递的作用外，还通过电信号和化学信号来指导组织生长、维护、功能和分化。这种基本的生物通讯调节发育过程中的许多生理过程和疾病过程，包括癌症。一个多世纪之前，人们就发现恶性肿瘤中存在外周神经。随后的研究表明，肿瘤新神经促进肿瘤进展，抑制肿瘤相关的促炎细胞因子，促进新生血管形成，促进转移，调节免疫耗竭和逃避。

因此，深入了解神经元、癌细胞和肿瘤微环境中其他元素之间的相互作用，探究外周神经系统对肿瘤的神经支配，有助于我们理解癌症的发生、进展和对治疗的反应，并利用神经系统为中心的药物来治疗癌症。

PNS及其功能

外周神经系统（PNS）的神经元可大致分为四个主要系统：颅神经和脊髓神经，以及体感神经和自主神经系统。自主神经系统进一步分为交感神经和副交感神经分支，分别以去甲肾上腺素和乙酰胆碱（ACh）作为其主要神经递质。在结构层面上，周围神经由多个轴突束或神经束组成。这些神经束的大小、数量和结构（如髓鞘形成状态和传导速度）在这些神经之间和整个神经中可能会有所不同。

PNS在中枢神经系统和身体其他部位之间传输信号。它具有多种功能，如控制运动、调节血压以及感知触觉和疼痛。然而，PNS在组织发育、再生和病理过程中也起着的关键作用。在胚胎的早期发育阶段，PNS具有调节多能细胞命运和干性的能力；在伤口愈合过程中，神经元信号刺激细胞向受伤部位的募集和分化，诱导细胞增殖并控制组织结构的组装。除了这些作用外，PNS还对炎性细胞起着重要的控制作用。外周神经感知免疫信号和损伤相关分子模式（DAMP），并通过释放免疫调节分子对这些刺激做出反应。

所有这些过程，包括对细胞分化、非神经细胞迁移和增殖的调节、细胞外基质重塑和免疫反应调节，都有助于癌症的进展。研究表明，癌细胞劫持PNS并促进癌症神经的生长，其过程类似于血管生成。这些相互作用使癌症的神经调节成为癌症治疗的潜在靶标。

神经作为肿瘤标志物

癌细胞改变了正常神经元，而神经作为癌症潜在生物标志物的作用也得到了广泛的研究。目前，临床上使用的唯一的神经元标志物是神经侵犯（PNI）。PNI在多种肿瘤中是一个不良的特征，在多种癌症的分期系统中作为一个二分变量（存在或不存在）。最近的一项研究表明，PNI的存在是口腔癌的一个重要预后因素；此外，即使在没有PNI的患者中，神经和肿瘤之间的距离也是一个重要的预后因素；事实上，肿瘤到神经的距离越短，总体生存率越差。

除了PNI，肿瘤微环境（TME）中的肿瘤神经密度，就像TME中的免疫细胞水平一样，与肿瘤特征和结果有关。研究发现，该标志物与前列腺癌无复发生存率低和肿瘤增殖增加、HNSCC中TP53突变状态、乳腺癌淋巴结转移、胃癌肿瘤浸润较深以及结直肠癌的疾病特异性生存率较低相关。即使在没有PNI的患者中，正常化神经密度的增加也与较差的预后有关。这些数据支持将TME中的神经纤维密度作为预后因素。

此外，还研究了特定神经表型的密度作为潜在的生物标志物。自主神经系统神经纤维密度增加是前列腺复发的临床预测因素，也与HNSCC的总体生存率和无复发生存率有关。在乳腺癌中，交感神经密度增加与无复发生存率较差相关，而副交感神经密度升高与无复发存活率提高相关。

TME中的神经作用机制

TME中的外周神经参与持续的串扰，在神经、癌细胞和其他TME元件之间产生功能性微循环。这些生理机制，包括PNS对多能细胞（如皮肤基底层中的细胞）命运、成纤维细胞活性和免疫细胞浸润的调节，在TME稳态中起着至关重要的作用，并可能被癌症劫持。

肿瘤神经支配

与癌细胞释放血管生长因子促进肿瘤新生血管发生类似，肿瘤可以通过支持神经生长来调节其与神经的相互作用。可诱导肿瘤相关轴突发生和TME内神经密度增加的关键可溶性因子包括NGF、脑源性神经营养因子（BDNF）、胶质细胞源性神经生长因子（GDNF）、信号素、网蛋白、轴突引导分子（如ROBO和Slit蛋白）以及其他细胞分化调节因子，如microRNA。

这些因子的表达与癌症的临床病理特征有关。例如，前列腺癌细胞表达NGF与肿瘤轴突发生和晚期肿瘤分级有关。在胃癌中，迷走神经切断术阻断ACh可抑制下游Hippo信号通路并阻碍肿瘤进展。在HNSCC中，TP53-缺陷型癌细胞分泌的外泌体携带的microRNA可控制瘤内神经的命运，触发神经重编程为肾上腺素能表型。肾上腺素能信号传导阻断导致肿瘤生长抑制。

神经侵犯

癌细胞可以侵入TME中的神经，这一过程称为神经侵犯。与血源性、淋巴性和局部侵袭途径类似，PNI是肿瘤扩散的途径。PNI的过程涉及神经与癌细胞、免疫细胞和施旺细胞之间复杂的信号传导。

与侵犯血液和淋巴管不同，当肿瘤侵犯缺乏神经的管腔时，由此产生的神经损伤会激活施旺细胞和神经本身的再生和修复程序。激活的施旺细胞表现为修复表型，创造了癌细胞沿着神经纤维移动的途径。同时，髓鞘降解（也称为脱髓鞘）导致神经损伤反应，释放细胞因子包括IL-1、IL-6、IL-10和TGF-β。激活的下游免疫反应包括募集生长因子释放巨噬细胞，如产生GDNF的巨噬细胞，增强癌细胞沿神经的迁移，并重塑细胞外基质，使其更有利于PNI。随后，这种侵入肿瘤相关神经的独特状态导致神经生态位中的独特免疫反应，对整体肿瘤免疫微环境产生负面影响，促进调节和免疫抑制反应。

靶向肿瘤中的PNS

肿瘤TME中的神经具有不同的功能，通过调节已知的癌症相关途径，影响癌细胞和TME中的细胞。与直接靶向TME中的细胞内信号传导过程相比，靶向上游神经元信号可以提供一种更安全的方法来同时调节多种关键的癌症途径。这种上游抑制不仅可能更安全，而且有助于克服对靶向治疗的耐药性。

靶向肾上腺素能神经元

肾上腺素能神经元通过释放去甲肾上腺素来介导肾上腺素能信号传导，肾上腺素能受体是在癌细胞和TME内大量表达的GPCR。许多临床前研究表明，癌细胞中肾上腺素受体的表达对癌症的治疗具有重要意义。在体内，肾上腺素能激动剂促进癌细胞中的促肿瘤信号传导，而拮抗剂抑制凋亡逃避、细胞增殖、存活和侵袭。肾上腺素能信号传导还影响TME中的其他细胞成分，如内皮细胞和免疫细胞，影响血管生成、转移和免疫逃避的机制。

部分证据表明，在癌症患者中，使用β-受体阻断剂靶向肾上腺素能信号具有治疗益处。对黑色素瘤、乳腺癌或前列腺癌患者的回顾性流行病学研究发现，服用非选择性β受体阻滞剂治疗其他疾病的患者存活率更高。尽管在癌症诊断前服用这些药物的患者中观察到了益处，但在诊断后使用β-阻断剂并没有影响癌症患者的生存率。关于β-受体阻断剂在癌症治疗中益处的确切答案有待正在进行的与其他肿瘤治疗相结合的多项临床试验（NCT03384836、NCT06145074、NCT04848519等）。

靶向胆碱能神经元

胆碱能（副交感神经）神经元释放ACh作为主要的神经递质。ACh结合两类受体，nAChRs和mAChRs，这两类受体在各种肿瘤中广泛表达，在新血管生成、细胞增殖、迁移和细胞存活中发挥作用。

癌细胞中通过M1、M3和M5mAChRs的毒蕈碱信号传导导致癌细胞活力和运动性增加。这些作用可以通过服用阿托品（一种已知的毒蕈碱拮抗剂）来逆转。在高危前列腺腺癌中，CHRM1表达水平升高，在动物试验中阻断该受体，抑制了胆碱能信号诱导的肿瘤侵袭和转移。此外，还在癌症预防环境中研究了胆碱能信号传导。体外研究结果表明，具有抗胆碱能特性的麻醉剂可以抑制乳腺癌肿瘤发生，并减少NETosis和基质金属蛋白酶3（MMP3），这两种都会导致癌症复发。

靶向GABA能信号

GABA是中枢神经系统的主要抑制性神经递质，通过离子型GABAA受体（GABRA1）、GABAA‐ρ受体和代谢型GABAB受体（GABBR）起作用。GABA的影响超出了中枢神经系统，并显著调节癌细胞的生长、转移和颅外肿瘤的抗肿瘤免疫反应。几种类型的癌细胞，包括前列腺、乳腺和胰腺癌，表现出上调的GABAA受体。GABAA阳性的肿瘤通常更具攻击性，该受体的激活刺激癌症细胞增殖。相反，GABAB受体在肝癌和胰腺癌细胞中下调，GABAB受体的激活可阻止癌细胞生长。

巴氯芬是一种GABAB受体激动剂，通常用于肌肉痉挛，可以减少HCC的增殖。参与GABA代谢的两种关键酶是与GABA合成相关的GAD67和与GABA降解相关的GABA转氨酶。GAD67的表达升高与各种实体瘤的晚期状态和不良预后有关。相反，在乳腺癌、肝癌和肾癌细胞中，GABA转氨酶水平降低。

靶向体感信号

疼痛是几种类型癌症的主要特征，可归因于感觉神经元，这些神经元分布在许多实体瘤中，并与较差的临床预后有关。癌症或免疫衍生的信号，如生长因子、细胞因子（IL-1β、IL-6、IL-10、MIP、TNF）和免疫球蛋白，会使伤害感受器神经增敏。这种癌症诱导的激活会引发高激发状态以及各种神经肽的释放，如P物质和CGRP，它们支持癌细胞增殖，抑制肿瘤相关促炎细胞因子，诱导新生血管，促进转移，调节淋巴管中的抗原流动以及驱动免疫逃逸和耗竭。

在黑色素瘤中，TME中的感觉神经元可以促进肿瘤生长，同时抑制有效的抗肿瘤免疫反应。肿瘤相关神经元释放的CGRP导致细胞毒性T细胞的耗竭加剧，限制了它们杀伤黑色素瘤细胞的能力。药物干预，通过阻断肿瘤相关伤害感受器的神经肽释放或使用拮抗剂阻断CGRP受体RAMP1，减轻了肿瘤浸润CD8+T细胞的耗竭。这些策略减少了肿瘤生长，使小鼠存活率几乎增加了两倍。

小结

目前，人们对神经和免疫系统与癌症之间复杂相互作用的理解正在不断深入，我们已经认识到癌细胞劫持神经元信号和抑制免疫系统的强大能力。现在迫切需要进一步揭示各种肿瘤类型与神经和免疫系统之间的具体相互作用，以及神经系统的不同分支在癌生物学和各种肿瘤类型中发挥的重要作用。这将使我们能够发现开发癌症治疗的新途径，将我们对癌症-神经相互作用的理解转化为真正的患者利益。

参考文献：

1. Targeting the peripheral neural-tumour microenvironment for cancer therapy. Nat Rev Drug Discov.2024 Sep 6