β-腎上腺素能受體在乳腺癌發生發展中的作用

宋 莉，戴小斌，賈 琦，周銀銀，李曉曼，吳媛媛，陳文星,2，王愛云,2，陸 茵,2

(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，江蘇 南京 210023)

乳腺癌發病率位居女性惡性腫瘤的首位，嚴重威脅女性身心健康[1]。目前，在現代醫學技術手段下，乳腺癌患者的生存和預后都得到了極大改善，但仍有20%-30%的患者存在轉移、復發的情況，其中心理因素是導致不良預后的一個重要原因。乳腺癌的發生發展與體內激素水平密切相關，與正常人相比，乳腺癌患者更容易出現焦慮、抑郁等不良情緒，導致兒茶酚胺等激素分泌紊亂，對患者的預后產生不利影響[2]。臨床前研究表明，這些激素可作用于β-ARs促進乳腺癌的生長和轉移，此外流行病學研究表明使用抑制劑阻斷β受體可降低乳腺癌復發和遠端轉移的風險，顯著提高無復發生存率，改善乳腺癌患者的預后[3]，提示β-ARs與乳腺癌的發生、發展密切相關。本文就β-ARs在乳腺癌發展中的作用作一綜述。

1 β-ARs概述及其在腫瘤細胞生物學中的作用

人β-ARs基因位于5號染色體的長臂上，編碼約1 200個堿基對的無內含子基因產物。該受體分為β1、β2、β3三種亞型，具有7個跨膜結構域，是G蛋白偶聯受體超家族中的一員[4]，廣泛存在于支氣管、心臟及血管平滑肌等多種組織，在心臟功能、平滑肌松弛、血管擴張和能量代謝等生理功能的調節中具有重要作用。在肝、腎、肺、腦、腎上腺、乳腺、淋巴組織及脈管系統等腫瘤生長和轉移的眾多部位，β-ARs均有分布。β-ARs信號傳導還可調節成纖維細胞、上皮細胞、周細胞和血管內皮細胞等幾種癌細胞相關的細胞類型的生物活性，尤其是淋巴和免疫細胞。

β-ARs主要由兒茶酚胺類激素激活，進而介導下游生物學效應。在被稱作“戰斗或逃避(Fight-or-Flight)”的應激反應下，交感神經系統(sympathetic nervous system，SNS)興奮，從局部交感神經纖維釋放腎上腺素(epinephrine，EPI)和去甲腎上腺素(norepinephrine，NE)，并通過循環血液將其遞送到腫瘤微環境中。這兩種兒茶酚胺與β-ARs結合后，可活化G蛋白偶聯受體介導的腺苷酸環化酶，再將三磷酸腺苷轉化為環狀3′-5′腺苷單磷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)[5]。cAMP的大量生成主要通過兩個下游效應系統調節多種生物學過程：(1)蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)被激活，隨后磷酸化多種靶蛋白，包括β-腎上腺素能受體激酶(β-adrenergic receptor kinase，BARK)和cAMP反應元件結合蛋白/激活轉錄因子(cAMP responsive element binding protein/activated transcription factor，CREB/ATF)家族的轉錄因子。BARK募集β-arrestin抑制β-ARs信號傳導并激活Src激酶，導致轉錄因子(如STAT3)和黏著斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)等下游激酶活化。FAK激活可通過細胞骨架動力學以及細胞對凋亡的抗性來調節細胞的遷移和運動。Bcl-2家族成員BAD的PKA依賴性激活還可以使癌細胞對化療誘導的細胞凋亡具有抗性。而PKA介導的CREB/ATF磷酸化可調節基因的表達，其誘導的轉錄改變可促進細胞由增殖轉向分化，并協調轉錄組對應激的反應。(2)cAMP激活EPAC,與PKA/CREB共同通過RhoA調節ROCK活性來誘導細胞骨架重排和細胞遷移[6]。

上調轉移相關基因(包括與血管生成、上皮-間充質轉化及炎癥相關的基因)的表達以及下調抗腫瘤免疫反應的基因的表達是β-ARs信號傳導誘導的轉錄反應的一般模式。除了直接影響帶有β-ARs的腫瘤細胞外，SNS激活還通過調節骨髓的生成、單核細胞/巨噬細胞的轉錄激活，以及血管內皮細胞和周細胞的生長和分化來調節腫瘤生物學。β-ARs對腫瘤微環境中基質細胞的作用通常與對腫瘤細胞的直接作用相協同，共同促進腫瘤細胞的生長和轉移。

目前常用的β-ARs激動劑包括異丙腎上腺素(isoprenaline，ISO)、EPI和NE，β-ARs阻滯劑(β-adrenergic receptor blockers，BBS)則包括選擇性拮抗β2-AR的ICI-118551和非選擇性的普洛奈爾(propranolol，PROP)等。

2 乳腺癌中β-ARs的表達

正常乳腺細胞和乳腺癌細胞中均表達β-ARs。Vandewalle等[7]分別在人乳腺癌細胞系VHB-1、T47-D、MDA-MB-231、BT-20和MCF-7中發現了β-ARs的異常高表達，其中惡性程度最高的三陰性乳腺癌細胞系MDA-MB-231中β-ARs的表達最高。后來陸續有研究發現β-ARs在其他乳腺癌細胞中的表達，且相對于正常的乳房上皮部位，β-ARs在乳腺腫瘤中存在過表達現象。Montoya等[8]對乳腺癌患者的腫瘤組織和正常乳腺組織進行免疫組化分析，發現β-ARs在乳腺癌中顯著高表達。從免疫組化的染色結果來看，β-ARs分布于整個乳腺腫瘤組織，而腫瘤基質中β-ARs的密度則顯著降低。此外，流行病學研究表明，乳腺癌患者的不良預后與腫瘤中β-ARs的高表達有關[9]。

脂肪細胞是乳房微環境的主要組成部分之一，研究表明其可誘導促腫瘤信號的產生，促進乳腺癌的發生及腫瘤細胞的增殖和侵襲[10]。而兒茶酚胺不僅可直接作用于腫瘤細胞上的β-ARs，還可通過β-ARs途徑促進脂肪代謝，參與乳腺癌的發生和發展。Avril等[11]使用EPI浸潤脂肪組織的條件培養基體外處理MCF-7細胞，發現其可顯著提高MCF-7的增殖速率。

3 β-ARs對乳腺癌發生、發展的影響及機制

乳腺癌的發病大多由遺傳因素引起，但其與內源性和外源性因子的水平也有關。例如，長時間暴露于雌激素、無意識地暴露于日常的社會/心理壓力源和化學致癌物質等均會增加罹患乳腺癌的風險[12]。臨床前實驗表明，β-ARs信號可誘導DNA損傷進而增加患乳腺癌的風險，并影響乳腺癌發展過程中的多個環節，尤其以β2-AR信號通路為主，主要通過腫瘤細胞的增殖、凋亡、血管生成及轉移過程影響乳腺癌的進展[13]。

3.1 誘導DNA損傷各種誘導物對DNA的破壞通常被認為是導致癌癥(包括乳腺癌)的重要因素。研究表明，慢性應激可誘導DNA損傷，促進衰老、腫瘤發生以及精神類疾病等，然而其誘導DNA損傷的機制尚不明確[14]。Hara等[15]證實，在乳腺癌動物模型中，兒茶酚胺類激素激活β2-AR，刺激Gs-PKA和β-arrestin，觸發DNA損傷并抑制抑癌基因p53水平，從而協同作用導致DNA損傷的積累。Yamazaki等[16]使用NE處理人乳腺上皮細胞MCF-10A，發現其顯著促進了組蛋白H2AX的磷酸化，這是DNA損傷的早期標志之一。

3.2 促進乳腺癌細胞的生長、代謝腫瘤的生長與增殖需要大量營養物質和氧氣的供給，因此需要攝取大量的葡萄糖，代謝顯著增強。Cui等[17]使用NOD/SCID免疫缺陷小鼠構建壓力模型，發現壓力導致的β2-AR的激活可調節腫瘤的糖酵解過程、增加其代謝產物乳酸脫氫酶A的表達，并通過USP28-MYC-SLUG途徑增強乳腺癌細胞的干細胞樣特性，最終促進腫瘤的生長增殖。Kang等[18]利用4T1細胞構建小鼠乳腺癌模型，發現β2-AR被ISO激活后，通過轉錄后調控影響癌細胞中己糖激酶-2的表達，促進腫瘤的葡萄糖代謝；而PROP可抑制4T1乳腺癌腫瘤的糖代謝和葡萄糖攝取。另外有研究發現，PROP通過抑制β-ARs信號，可降低乳腺癌細胞的Ki-67增殖指數，降低多種細胞周期蛋白的表達并增強其細胞中抑癌基因p53蛋白的表達，誘導乳腺癌細胞的凋亡，顯著抑制晚期乳腺癌患者的腫瘤生長[19]。

3.3 促進乳腺癌的侵襲、遷移腫瘤細胞滲透基底膜、侵犯血管及淋巴管是腫瘤轉移的重要步驟。細胞偽足促進腫瘤細胞向前移行的機制在于偽足附近細胞外基質(extracellular matrix，ECM)的水解，而以MMP-2和MMP-9為主的基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)在此過程中發揮主要作用，可降解ECM，維持其動態平衡。正常情況下，上皮細胞呈緊密連接狀態，但在上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)過程中，其轉化為松散的間質細胞，使得細胞間連接結構下調、相互作用減弱，細胞移動能力增強，具有轉移和侵襲的能力。以上兩種MMPs的過表達也在該過程中起到關鍵作用。Yamazaki等[20]將乳腺癌細胞MDA-MB-231用NE處理，發現NE可誘導活性氧產生，并促進血紅素氧合酶-1、MMP-2和MMP-9基因的表達，提高乳腺癌細胞的侵襲性。Le等[21]發現慢性壓力可通過炎癥細胞的β-ARs信號傳導，調節與腫瘤相關巨噬細胞相關的COX2-PEG2炎癥通路，升高血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達，增加乳腺癌原發腫瘤內淋巴管的密度，并誘導引流原發腫瘤的淋巴管穩定擴張，增加淋巴液流量，從而增強腫瘤細胞通過淋巴管遷移擴散的能力。

3.4 誘導轉移前微環境形成在特定位點形成有利于腫瘤轉移的微環境，即腫瘤轉移前微環境(pre-metastatic niche, PMN)是促進腫瘤轉移的另一個重要因素。PMN的形成和轉移性細胞的存活與巨噬細胞在PMN中的募集密切相關。Chen等[22]發現，β-ARs信號可在腫瘤轉移前階段促進單核細胞的增殖，同時上調肺部CCL2和單核/巨噬細胞表面CCR2的表達，使肺部的巨噬細胞大量積累，最終導致乳腺癌模型小鼠循環腫瘤細胞在肺部的轉移定植顯著增加。Sloan等[23]使用束縛的方式構建了小鼠的應激模型，發現慢性應激可增強乳腺癌細胞向遠端組織(包括肺和淋巴結)的轉移，但對原發腫瘤的生長影響很小。這種應激增強的轉移是通過促進巨噬細胞的浸潤介導的，應激同時誘導了轉移前基因如Tgfb、Arg1和Csf1在原發腫瘤微環境中的表達。而PORP能夠在很大程度上抑制巨噬細胞在腫瘤實質中的浸潤，這表明β-ARs信號在應激介導的腫瘤轉移中起著重要作用。

3.5 促進腫瘤血管生成腫瘤快速生長的過程伴隨著大量血管的新生，新生血管是腫瘤擴散轉移的媒介，并可為腫瘤細胞提供足夠的能量。Chen等[24]發現，乳腺癌細胞中VEGF的表達可被NE上調，經NE干預的乳腺癌細胞的培養上清液促進了內皮細胞毛細血管樣網絡的形成。此外，將內皮細胞與乳腺癌細胞共培養，發現NE可激活內皮細胞的Notch通路，并顯著上調乳腺癌細胞上Notch配體Jagged 1的mRNA和蛋白質水平。Notch通路是一種細胞接觸依賴性的細胞間信號通路，與腫瘤細胞和間質細胞相互作用及血管生成密切相關。而NE引起的Jagged 1上調可被β2-AR、PKA和mTOR抑制劑逆轉，表明β2-AR-PKA-mTOR途徑參與了這一過程。

3.6 抑制腫瘤免疫腫瘤抗原可誘導機體T淋巴細胞產生免疫應答反應，但腫瘤細胞和抗原呈遞細胞上的PD-L1可與T細胞表面的PD-1結合，降低抗腫瘤免疫反應。研究表明β-ARs信號可抑制機體對腫瘤的這種免疫反應。Kokolus等[25]分別在小鼠黑色素瘤、結腸癌、胰腺癌和乳腺癌模型中發現，相較于熱中性溫度(30-31) ℃，在標準溫度下(20-26) ℃飼養的小鼠腫瘤形成、生長速率和轉移顯著增強。這是因為輕度的慢性冷應激可刺激β2-AR信號，使腫瘤微環境中抗原特異性CD8+T細胞、效應T細胞及其分泌的IFN-γ數量顯著降低，而具有免疫抑制作用的骨髓來源的抑制性細胞和Treg細胞數量顯著升高，從而抑制腫瘤免疫反應。

3.7 提高抗癌藥物的耐藥性使用化療藥物治療乳腺癌的初期往往能取得不錯的療效，然而獲得性耐藥的產生卻使藥物失去了作用，是臨床乳腺癌治療面臨的一大難題。如靶向人表皮生長因子受體-2(HER2)的曲妥珠單抗目前被用作HER2陽性(HER2+)轉移性乳腺癌的一線治療藥物，以曲妥珠單抗為基礎的治療可提高乳腺癌患者的生存率，但有50%的患者在1-2年內會產生耐藥性，這是目前治療HER2+乳腺癌的主要臨床問題[26]。Liu等[27]發現兒茶酚胺在體外和體內均可有效拮抗曲妥珠單抗的抗乳腺癌細胞增殖的作用，HER2+乳腺癌患者的曲妥珠單抗反應與其誘導的β2-AR的表達與呈負相關。深入探究曲妥珠單抗獲得性耐藥的分子機制，發現兒茶酚胺作用于β2-AR后，可激活HER2和STAT3來上調miR-21和MUC-1的表達，再通過PI3K/Akt/mTOR途徑誘導曲妥珠單抗耐藥。而BBS PROP不僅增強了曲妥珠單抗的抗腫瘤活性，還可恢復耐藥細胞對曲妥珠單抗的敏感性。

4 BBS的使用對乳腺癌預后的影響

以上證據提示β-ARs可能是臨床上治療乳腺癌的一個新靶標。研究表明，使用該受體的阻滯劑可顯著降低乳腺腫瘤的增殖[28]，或可提高乳腺癌患者的生存率、改善患者的預后。臨床上，BBS廣泛應用于心血管疾病的治療，其作為治療高血壓的一線藥物，已經用于患高血壓的癌癥患者的輔助治療，且取得不錯的效果。PROP、拉貝洛爾、美托洛爾、比索洛爾和阿替洛爾是目前臨床上常用的BBS。Wang等[29]使用數據庫檢索文獻，通過Meta分析評估了BBS與乳腺癌預后的關系。該研究納入了10篇符合標準的文獻，共19 999名患者，研究規模從466到9 817人不等，使用的BBS類型既有非選擇性也有選擇性受體阻滯劑，平均隨訪時間為1.3年至10.5年。有6例研究提示接受BBS可降低乳腺癌特異性死亡率，其中3例有統計學意義(HR=0.42;95%可信區間=0.18 -0.97;P=0.042)。兩項研究報告顯示復發和遠處轉移的風險均顯著降低。另外一項研究表明，BBS可顯著提高無復發生存率(HR=0.30;95%可信區間=0.10-0.87;P=0.027)。以上結果提示BBS的使用可能與乳腺癌患者改善預后有關，但大多數研究規模較小、隨訪時間相對較短，所以需要更大規模的研究來進一步探索BBS與乳腺癌預后之間的關系。

5 總結與展望

β-ARs的激活與乳腺癌的發生、發展密切相關，在乳腺癌的生長代謝、侵襲轉移、血管生成、免疫抑制等方面起著重要的作用，還可損害抗癌藥物的治療效果，對乳腺癌患者的預后有不利影響，有望成為乳腺癌診斷、監測治療效果、判斷預后的生物標志物之一。近年來乳腺癌的治療水平雖然有了較大進展，但患者仍面臨著復發、轉移的問題。且化療藥物和放射療法會對患者產生心臟毒性，而BBS作為治療心血管疾病的一線藥物，常被用于腫瘤患者并發心臟疾病的治療，使用BBS阻斷β-ARs信號可改善乳腺癌患者的預后。這表明β-ARs或可作為治療乳腺癌的新靶點，成為將來防治乳腺癌的有效方法之一，為乳腺癌患者帶來福音。

目前針對乳腺癌的新的治療靶點正在研究當中，但乳腺癌的異質性和單一靶點治療產生的耐藥性是藥物開發過程中的關鍵問題。非選擇性BBS PROP耐受良好、安全性高，臨床上已被用于治療嬰兒血管瘤，而測試其對乳腺癌治療效果Ⅱ期臨床試驗正在進行當中。PROP或許可與化療藥物聯合使用，預防蒽環類藥物引起的心臟毒性，并抑制術后應激造成SNS激活誘導的乳腺癌轉移[30]。BBS是否可以作為乳腺癌輔助治療的藥物，尚需進行深入的探索與研究。另外，乳腺癌患者長期處于壓力狀態也會激活β-ARs，促進癌癥的發展，這提示癌癥患者應及時調整心態，保持良好的心情。