應激通過腎上腺素能信號影響腫瘤發展進程*

李鑫月，連 帥，徐 彬，郎立敏，陳 妍，楊煥民

（黑龍江八一農墾大學，黑龍江，大慶163000）

越來越多的證據表明慢性心理應激會提高腫瘤的發生率，加劇腫瘤進展［1］。其它一些軀體應激源例如手術應激、冷應激也被證明會促進腫瘤生長［2-3］。無論是何種應激源，在機體都會引起一部分與刺激性質無關的非特異性反應，主要由下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）和交感神經系統（sympathetic nervous system，SNS）介導。SNS在應激時迅速提高機體的警覺性和應變能力，這對于機體應對應激至關重要［4］。但是慢性應激時SNS的持續激活卻會促進腫瘤生長和轉移，對機體產生不利影響［5］。腎上腺素能信號是介導在應激與腫瘤進程二者之間的關鍵因子，實驗中采用β-腎上腺能受體拮抗劑普萘洛爾可以逆轉慢性應激對腫瘤多種生物學行為的促進作用［6-9］。另外，雖然關于腎上腺能受體拮抗劑對于腫瘤患者是否有益目前仍存在一些爭議，但是有證據表明應用腎上腺素能受體拮抗劑可以減慢癌癥進展，降低患者死亡率［10-14］。因此應激與腫瘤之間的關系不可忽視，本文主要聚焦于二者之間的關鍵介質腎上腺素能信號，就應激通過腎上腺素能信號影響腫瘤進程的機制作一綜述。

1 腎上腺素能受體分類

腎上腺素受體（adrenergic receptor，AR）是G蛋白偶聯受體家族的成員，分為α1、α2、β1、β2和β3五類［15］。目前關于應激對腫瘤的影響，β2-AR的研究占比較多［5］。多種腫瘤細胞表達腎上腺素受體，并且存在β-AR過表達［5，16］。β1、β2和β3受體與Gs蛋白偶聯，在受到腎上腺素刺激時激活腺苷酸環化酶（adenylate cyclase，AC），產生第二信使環磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP），cAMP再激活其兩個主要下游靶分子：蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）或cAMP直接活化的交換蛋白（exchange protein directly activated by cAMP，Epac），影響下游物質產生生物學效應。而α2腎上腺素受體與Gi蛋白偶聯，抑制AC，使細胞內cAMP水平下降。α1腎上腺素受體則偶聯Gq蛋白，通過磷脂酶C（phospholipase C，PLC）/三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）/Ca2+通路以及二酰甘油（diacylglycerol，DAG）/蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）通路發揮作用［17］。

2 應激通過腎上腺素能信號影響腫瘤生物學行為

應激時，SNS激活，腎上腺髓質分泌的的腎上腺素和去甲腎上腺素通過血流可以分布到腫瘤所在部位。另一方面，腫瘤組織存在神經支配，進入腫瘤組織的交感神經末梢可以釋放去甲腎上腺素，直接與腫瘤細胞相互作用［18］?，F有證據看來，β-腎上腺素能信號的腫瘤驅動效應主要依賴于局部交感神經末梢來源的去甲腎上腺素［14］。一項乳腺癌的研究對上述二者進行了比較。暴露于束縛應激的小鼠腫瘤生長更快，腫瘤中神經支配增加，采用溴化六甲銨拮抗周圍神經系統中的煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptor，nAChR），完全消除了上述增長；但是切除腎上腺對束縛應激誘導的腫瘤生長和神經計數增加沒有顯著影響，這個結果肯定了局部神經纖維來源的去甲腎上腺素所占的主導作用［19］。該學者的研究提出了一個腫瘤神經支配的前饋回路：束縛應激下的腎上腺素能信號使乳腺癌細胞通過β3-AR/cAMP/Epac/c-Jun氨基末端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）通路上調腦源性神經營養因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的分泌，BDNF通過酪氨酸激酶受體B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）的作用，使腫瘤組織的神經支配增加。這種新生長的神經末梢又可以釋放去甲腎上腺素促進腫瘤生長，從而形成一個前饋回路［19］。

兒茶酚胺激活腫瘤細胞的β-AR，通過cAMP/PKA或者cAMP/Epac作用于下游的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）、磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，也稱AKT）、信號轉導與轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）、環磷腺苷效應元件結合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）等多種信號通路組分，調節腫瘤發展關鍵物質如白細胞介素6（interleukin-6，IL-6）、IL-8、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、基質金屬蛋白酶 2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）、MMP-9、環氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）等的表達，最終影響腫瘤微環境神經支配、腫瘤血管生成、腫瘤細胞增殖和凋亡、侵襲和轉移等腫瘤的生物學行為以及腫瘤干細胞樣特性等惡性腫瘤特征［13，16，18，20-24］。

2.1 促進腫瘤發生 慢性應激可以通過干擾細胞DNA修復的重要元件p53來使DNA損傷積累，促進腫瘤發生。Hara等［22］研究表明慢性應激下β2-AR激活，一方面Gs/PKA信號導致活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生，損傷DNA；另一方面發生細胞質β-arrestin-1依賴的PI3K/AKT通路對MDM2的磷酸化，核β-arrestin-1再促進鼠雙微體2（murine double minute 2，MDM2）對p53的泛素化降解，使染色體DNA缺少p53的“監控”以及損傷修復功能。上述兩種機制協同作用，造成了細胞DNA損傷的積累，對基因組完整性產生影響。當關鍵的原癌基因和抑癌基因突變累積到一定程度時即可能誘發腫瘤［25］。

2.2 促進腫瘤細胞增殖 β-AR對于腫瘤細胞的調節主要是通過PKA途徑［18］。β-AR激活后，可以通過Gs/AC/cAMP/PKA或cAMP/Epac/Ras相關蛋白1（Ras-related protein 1，Rap1）調節 Raf/MEK/細胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信號通路［14］。兒茶酚胺類應激激素可以在肺癌、肝癌、膠質母細胞瘤等多種腫瘤細胞中激活ERK1/2和p38，發揮促增殖作用［26-28］。NF-κB通路參與應激對腫瘤細胞凋亡的抑制作用，在實驗中抑制NF-κB信號會大幅度減弱腎上腺素的“促增殖和抗凋亡效應”［21］。在關于胰腺導管腺癌的研究中表明，去甲腎上腺素可通過激活Notch1途徑抑制胰腺導管腺癌細胞的凋亡，增強其侵襲能力［29］。此外，PI3K/AKT和Hedgehog信號通路也參與β-AR對腫瘤細胞增殖的調節［28，30］。

總之，在不同類型的腫瘤細胞中，β-AR可以調控多種腫瘤相關信號通路，影響腫瘤細胞的增殖和凋亡。

2.3 促進腫瘤血管生成、淋巴管生成 腫瘤血管生成是原發腫瘤生長的必備條件，同時又是腫瘤轉移的重要途徑［25］。VEGF是被廣泛研究的最為重要的血管生成因子［18］。兒茶酚胺可以通過β2-AR/cAMP/PKA途徑使腫瘤細胞VEGF表達增加［9］。一項胃癌研究報道，神經叢素A1（plexin-A1）通過與血管內皮生長因子受體2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）形成受體復合物從而在異丙腎上腺素的血管生成信號中發揮重要作用，抑制plexin-A1表達后，異丙腎上腺素處理就不能上調胃癌細胞VEGFR2的表達了［31］。此外，存在腫瘤細胞與血管內皮細胞之間的其它受體和配體組合參與應激對腫瘤血管生成的調節。兒茶酚胺可以通過β2-AR/PKA/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路使乳腺癌細胞Jagged-1表達增加，激活其周圍血管內皮細胞的Jagged-1受體——Notch，從而發揮促腫瘤血管生成效應［32］。除了VEGF，大量研究結果明兒茶酚胺類激素還會促進重要的炎性細胞因子IL-6和IL-8的表達從而促進腫瘤血管生成，這是早已被廣泛認可的［13，18，20，33］。

應激下的腎上腺素能信號除了對一系列血管生成因子有影響外，還可以調節血管生成抑制因子。在前列腺癌細胞中，慢性應激激活β-腎上腺素能受體，通過cAMP/PKA/CREB誘導組蛋白脫乙酰酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）的表達，HDAC2又通過調節血小板反應蛋白1（thrombospondin-1，TSP1）啟動子區附近組蛋白的乙?；揎梺硪种芓SP1的表達，而TSP1是重要的血管生成抑制因子，抑制其表達會對腫瘤部位血管生成有促進作用［23］。

腫瘤細胞轉移主要有血管和淋巴管兩種途徑［25］。應激下的腎上腺素能信號還可以促進腫瘤內淋巴管重構，為腫瘤細胞轉移提供淋巴管途徑。研究表明，慢性應激下的β-腎上腺素能信號促進腫瘤內巨噬細胞COX-2的合成和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）的分泌，這種來源于巨噬細胞的炎癥信號增加腫瘤細胞VEGF-C和基質細胞VEGFR表達，從而使腫瘤內淋巴管密度增加、淋巴管穩定擴張，促進腫瘤淋巴轉移［7］。

2.4 促進腫瘤侵襲和轉移 兒茶酚胺類應激激素可以通過多種機制增強腫瘤細胞遷移、侵襲的能力，例如促進腫瘤細胞的上皮-間充質轉化（epithelialmesenchymal transition，EMT）?；潞瓴ǎ?4］研究提出，慢性應激通過支配肝臟的交感神經作用于肝癌細胞表面的β2-AR，不影響細胞內β-連環蛋白（βcatenin）的總表達而促進β-catenin移位入細胞核，入核的β-catenin與淋巴樣增強因子1（lymphoid enhancer factor 1，LEF1）形成復合物，該復合物與波形蛋白（vimentin）的啟動子結合并促進vimentin轉錄，使間充質標志蛋白vimentin和神經鈣黏素（N-cadherin）以及F-肌動蛋白（F-actin）表達量增加，上皮鈣黏素（E-cadherin）的表達量下降，這是EMT發生的標志；這些蛋白的改變會使腫瘤細胞發生“骨架重塑、細胞間緊密連接減弱”等形態變化，使肝癌細胞“硬度”降低，最終侵襲和轉移能力增強。在胃癌研究中也有類似發現，異丙腎上腺素通過β2-AR/STAT3下調胃癌細胞的上皮標志蛋白和上調間充質標志蛋白［35］。近期一項關于舌鱗狀細胞癌的研究提出，IL-6/STAT3/Snail通路的激活參與了β2-AR介導的EMT［16］。此外，異丙腎上腺素可以通過 Gαs/AC/cAMP/PKA途徑抑制c-Raf/MEK/ERK級聯，上調HDAC6的表達，使肺癌細胞α-微管蛋白（α-tubulin）乙?；较陆?，增強肺癌細胞運動能力［24］。

從原發灶脫落的腫瘤細胞會繼續侵入周圍基質。腫瘤微環境中的腎上腺素水平上升可以促進MMPs的表達，為腫瘤細胞向細胞外基質（extracellular matrix，ECM）侵襲創造有利條件［18，20］。腫瘤細胞接下來進一步的遠端轉移需要借助血液和淋巴循環［25］。腫瘤細胞離開了ECM并進入循環系統卻得以存活，沒有全部凋亡，這涉及腫瘤細胞對“失巢凋亡”的抑制。慢性應激下，去甲腎上腺素可以通過ADRB2/Src信號軸激活局部粘著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK），進而抑制乳腺癌細胞的失巢凋亡［36］。

最終，存活下來的少部分循環腫瘤細胞（circulating tumor cells，CTCs）會黏附到遠端器官的血管內皮細胞上，逸出循環系統并轉移定位到特定的遠端器官［25］。應激對于腫瘤細胞與血管內皮細胞的黏附過程也有促進作用。異丙腎上腺素可以通過β-2AR/cAMP/Epac/Rap1途徑誘導整合素介導的細胞黏附［37］。一項關于乳腺癌的研究結果顯示，去甲腎上腺素可以誘導血管內皮釋放趨化因子GROa，促進β 1-整合素介導的乳腺癌細胞與血管內皮的黏附［38］。

腫瘤細胞最終所選擇定植的位置以及在遠離原發灶的器官中是否能存活受遠端器官的微環境影響［25］。慢性應激時機體神經內分泌反應發生的變化會在腫瘤預轉移期引起遠端器官的“預轉移微環境”改變，使其更利于腫瘤細胞生存。陳泓宇［39］采用慢性不可預見性應激反應小鼠模型研究表明，應激時激活的β-腎上腺素能信號可以促進單核細胞從骨髓遷移至外周血循環；β-腎上腺素能信號還通過PKA通路使肺組織血管內皮細胞趨化因子配體2（CC chemokine ligand，CCL2）和肺外單核/巨噬細胞的趨化因子受體2（CC chemokine receptor，CCR2）表達量增加，通過這樣的趨化因子受體/配體組合募集其它部位的單核/巨噬細胞進入肺部，在肺部形成一種“炎性微環境”，從而促進乳腺癌細胞在肺部定植。

2.5 誘導腫瘤干細胞樣特性 腫瘤干細胞理論認為腫瘤干細胞是導致腫瘤轉移、復發以及耐藥的關鍵誘因［25］。Cui等［8］研究表明，慢性應激下腎上腺素通過β2-AR促進乳腺癌細胞的葡萄糖代謝平衡向糖酵解傾斜，促進乳酸脫氫酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）表達，其產物乳酸會改變局部環境的pH值，形成弱酸性微環境，從而增強去泛素化酶USP28對MYC的去泛素化，使MYC的穩定性提高，MYC激活鋅指轉錄因子SLUG的啟動子，轉錄因子SLUG促進“自我更新”相關基因——CTNNB1（catenin beta 1）、POU5F1（POU domain class 5 transcription factor 1）和NANOG的表達，提高體外實驗中乳腺癌細胞微球及在體實驗中乳腺腫瘤的形成效率，即轉錄因子SLUG最終促進了乳腺癌干細胞樣特性。另一項體外實驗提出去甲腎上腺素通過激活PI3K/AKT通路，上調肝癌細胞的Y染色體性別決定區盒蛋白4（sexdertermining region Y box 4，Sox4）的表達水平，從而提高肝癌干細胞標志物CD133表達，增強肝癌細胞的干細胞樣特征［40］。

3 小結與展望

目前關于應激對腫瘤的影響，人們更多的關注在心理應激上，采用束縛應激模型或慢性不可預見性應激模型來研究其機制［39］。關于其它的軀體應激源，例如環境溫度變化通過免疫系統以外的方式影響腫瘤進展的機制鮮有研究［2］。應激下機體釋放的腎上腺素和去甲腎上腺素可以作用于細胞內多種不同的腫瘤相關信號通路，這些復雜的信號網絡交叉連接、共同作用，幾乎對腫瘤的所有生物學行為產生影響［18，41］，見圖1。

Figure 1.The adrenergic regulation of tumor progression.1：an IL-6/STAT3 feedforward loop［42］；2：a BDNF feedforward loop；3：the dashed line represents that it is not a direct reaction，and there are other molecules involved；4：the induction of multiple transcription factors up-regulates the expression of tumor-promoting factors such as IL-6，which together act on the blood vessels in the tumor site；5：PI3K/AKT-mediated MDM2 interacts with β-arrestin to ubiquitinate p53［22］；6：the β2-AR/PKA/mTOR/p70S6K pathway increased the expression of jagged-1，which can bind to the Notch on vascular endothelial cells，thus promoting angiogenesis［18，32］.圖1 腫瘤發展的腎上腺素信號調節

本文中提到的研究并不能排除應激下復雜的神經內分泌反應所涉及的其他激素對腫瘤生長的影響，然而必須肯定的是腎上腺素信號是應激發揮腫瘤驅動作用的關鍵效應介質。研究應激驅動腫瘤的分子機制具有重要意義，可以為治療和預防應激誘發的腫瘤提供理論依據和思路。