β-腎上腺素能受體在腫瘤發生和發展中的研究進展

李曉燕 ，李亞星，賈漪濤

最新數據顯示，2020年全球新發癌癥病例為1 929萬例，其中中國新發癌癥為457萬人，約占全球23.7%；癌癥死亡病例996萬例，其中中國癌癥死亡人數為300萬人，約占全球30.0%，惡性腫瘤已成為危害人類健康的主要原因。目前腫瘤的治療手段包括手術、放療、化療及分子靶向治療等，但部分治療方法的療效并不令人滿意，因此尋找新的治療策略十分必要。β-腎上腺素能受體（β-adrenergic receptor，β-AR）是G蛋 白偶聯受體（G protein-coupled receptor，GPCR）超家族的成員，其廣泛存在于多種惡性腫瘤細胞上。研究表明，β-AR信號途徑參與了調節腫瘤細胞的增殖、凋亡、侵襲及遷移等多個過程[1-3]。隨著研究的深入，人們發現β-AR也廣泛表達于免疫細胞上，并可通過調控免疫細胞的功能影響腫瘤免疫微環境進而影響腫瘤的發生和發展[4-5]。β-AR阻滯劑在體外和動物實驗中也顯示出了一定的抗腫瘤作用。因此，本文將就β-AR在腫瘤中的研究進展作一綜述。

1 β-AR的結構、分布及功能

β-AR包括一個胞內區、一個胞外區和一個7次跨膜螺旋的結構域。這種結構特點決定了其可作為靶向藥物治療的靶點。β-AR分為3種亞型，分別是β1-AR、β2-AR和β3-AR。這3種亞型分別由不同的基因編碼，編碼β1-AR的基因位于10號染色體上，編碼β2-AR與β3-AR的基因則均位于5號染色體上；它們主要通過介導交感神經系統發揮生理學作用。其中β1-AR主要分布于心血管系統，可使心率加快、心肌收縮力增強；β2-AR主要分布于呼吸系統，可松弛支氣管平滑??；β3-AR則主要分布于脂肪組織中，與脂肪的分解代謝密切相關[6-7]。

Fig.1 The kinetic activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK)-extracellular-regulated kinase(ERK)1/2 signaling pathway by β-adrenergic receptor (β-AR) .Norepinephrine (NE) binds to β-AR and activates adenylate ayclase (AC) bound to the cell membrane,which increases the level of cyclic adenosine monophosphate (cAMP) in the cytoplasm;on the one hand,cAMP can induce protein kinase A (PKA),on the other hand,cAMP can bind to receptors on the guanine nucleotide exchange factor (GEF) and activate Ras-related protein1 (Rap1A),which in turn activates the MAPK/ERK1/2 signaling pathway.圖1 β-AR對MAPK-ERK1/2信號通路的激化途徑

研究發現，β-AR也表達于多種腫瘤細胞和免疫細胞上，影響腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲及腫瘤免疫微環境，其中以β2-AR為主。β-AR主要與Gs蛋白偶聯，激活結合在細胞膜上的腺苷酸環化酶（adenylate ayclase，AC），使細胞質內的環磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平升高。一方面，cAMP可誘導蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）的磷酸化，激活下游一系列信號通路，影響腫瘤血管的生成及腫瘤細胞侵襲。另一方面，cAMP可與鳥苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF）上的受體結合，激活Ras樣鳥苷磷酸酶Rap1A，進而激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）/細胞外信號調節蛋白激酶1/2（extracellular-regulated kinase 1/2，ERK1/2）信號通路，影響腫瘤細胞的轉移[8-9]。

2 β-AR在腫瘤細胞增殖、凋亡以及轉移中的作用

2.1 β-AR促進腫瘤細胞的增殖

已有多項研究證實，β-AR與其配體結合后可促進腫瘤細胞增殖。β-AR激動劑主要通過激活cAMP/PKA通路，啟動細胞內轉錄因子，引起腫瘤細胞的增殖[10]。ASKARI等[11]在胰腺癌HPDE6C7細胞中發現，β-AR激動劑能夠誘導胰管上皮細胞表皮生長因子受體（epithelial growth factor receptor，EGFR）反式激活，并促進ERK的磷酸化，最終促進腫瘤細胞增殖。啟動β-AR后還可激活K-ras基因依賴的MAPK通路，從而促進腫瘤細胞增殖[12]。ZHANG等[13]認為，去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）可通過誘導ERK和cAMP反應元件結合蛋白（cAMP response binding protein，CREB）的磷酸化從而促進口腔鱗狀細胞癌的增殖，抑制ERK和CREB途徑則可阻滯NE的這種作用。在非小細胞肺癌中，高表達β3-AR的肺腺癌A549細胞增殖能力明顯增強，而針對β3-AR的單克隆抗體可通過激活p53抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）途徑進而抑制A549細胞的增殖[14]。另有研究表明，β2-AR活化后可激活AMP依賴的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）/哺乳動物自噬啟動因子UNC-51樣激酶1（UNC-51-like kinase 1，ULK1）信號通路進而誘導胃癌細胞的自噬。β2-AR驅動的自噬作用顯著增強了兒茶酚胺介導的胃癌細胞的增殖[15]。

2.2 β-AR抑制腫瘤細胞的凋亡

早期研究顯示，異丙腎上腺素與β2-AR相互作用可誘導cAMP依賴的蛋白激酶磷酸化，這種誘導作用降低了腫瘤細胞對凋亡的敏感性[16]。在乳腺癌中，β-AR的激活可顯著降低乳腺癌細胞中p53蛋白的表達水平，從而抑制乳腺癌細胞的凋亡[17]。XIE等[18]發現，β-AR阻滯劑可通過下調ERK/環氧合酶2（cyclooxygenase-2，Cox-2）信號通路誘導乳腺癌細胞的凋亡。β3-AR還可以通過抗氧化作用抑制腫瘤細胞凋亡。研究顯示活性氧（reactive oxygen species，ROS）可以觸發細胞內的多種信號途徑啟動細胞凋亡程序。β3-AR特異性激活可直接抑制氮氧化合物（nitrogen oxides，NOX）來降低ROS的生成從而抑制了腫瘤細胞的凋亡。拮抗β3-AR則可顯著提高ROS的水平最終誘導腫瘤細胞的凋亡[19]。

2.3 β-AR對腫瘤細胞轉移的影響

腫瘤細胞的轉移是個多階段的過程，包括腫瘤細胞從原位脫落、隨血液循環轉運以及在遠處器官定植等。β-AR信號通路幾乎參與了腫瘤細胞轉移的每個環節。

2.3.1 促進腫瘤細胞的侵襲和遷移

β-AR信號通路的激活可誘導腫瘤細胞發生上皮-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），從而增強其侵襲和遷移能力。研究表明，NE與β-AR相互作用可促進人類端粒酶反轉錄酶的轉錄及蛋白表達，誘導卵巢癌細胞發生EMT[20]。NE還可激活β2-AR/缺氧誘導因子1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）/Snail信號通路，誘導胃腺癌細胞發生EMT[21]。HUANG等[3]研究發現，異丙腎上腺素可激活成骨細胞的β2-AR/HIF-1α信號通路，促進C-X-C基序趨化因子配體12（C-X-C motif chemokine ligand 12，CXCL12）的分泌，誘導前列腺癌細胞發生EMT。

β-AR信號通路還可通過增加腫瘤細胞基質金 屬蛋 白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的表達水平，誘導腫瘤細胞的遷移。體內及體外實驗均證明，兒茶酚胺類激素可通過β-AR增加多種腫瘤細胞分泌MMP2及MMP9，進而誘導腫瘤細胞的遷移[22-24]。另外，GRUET等[25]在乳腺癌中發現，β2-AR信號通路還可通過上調轉移相關分子LY6/PLAUR結構域蛋白-3（LY6/PLAUR domain-containing protein 3，LYPD3）的表達從而促進乳腺癌細胞的侵襲。

血管形成對腫瘤細胞的侵襲、遷移有不可或缺的作用。有研究指出，應激誘導的β2-AR活化可通過下調過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARγ）促進血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）/成纖維細胞生長因子2（fibroblast growth factor2，FGF2）介導的血管形成[26]。HONDERMARCK等[27]在前列腺癌小鼠模型中發現，NE刺激前列腺內皮細胞上的β-AR增強細胞色素C氧化酶因子6（cytochrome C oxidase 6，CoA6）的活性抑制氧化磷酸化，促進有氧糖酵解，并誘導腫瘤血管生成，促進腫瘤進展。

2.3.2 促進腫瘤細胞在遠處器官的定植

早在1989年Stephen Paget就提出了“種子與土壤”的假說。該假說指出，腫瘤細胞到達遠處器官以前，骨髓造血干細胞會被動員，并被招募到相應轉移部位，在此創造有利于腫瘤轉移、細胞生存和擴散的微環境[28]。β-AR在肺、肝、淋巴結和骨等眾多器官組織中均有表達，而這些器官是腫瘤轉移常見的部位。研究顯示，兒茶酚胺與β-AR相互作用可刺激骨髓基質細胞，促進乳腺癌細胞MDA-231定植到骨組織中[29]。CHEN等[30]發現，激活β-AR信號通路可促進乳腺癌荷瘤小鼠肺組織中C-C基序趨化因子配體2（C-C motif chemokine ligand 2，CCL2）的表達，誘導巨噬細胞向肺部浸潤，最終促進乳腺癌細胞在肺部的定植，而抑制β-AR信號通路可減少乳腺癌細胞在肺部的定植。

3 β-AR對腫瘤免疫微環境的影響

越來越多的證據表明，β-AR在腫瘤免疫微環境中起著重要作用。腫瘤免疫微環境中存在多種與腫瘤的發生和發展以及治療密切相關的免疫細胞，包括樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）和腫瘤相關巨噬細胞（tumor associated macrophage，TAM），細胞毒性T細胞（cytotoxic T cells，CTLs）、輔助性T細胞（helper T cell，Th）和自然殺傷（natural killer，NK）細胞，骨髓來源的抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs）和調節性T淋巴細胞（regulatory T cells，Tregs）等。β-AR廣泛存在于這些免疫細胞表面，對其功能有不同程度的調節作用。

兒茶酚胺與β-AR相互作用抑制了包括DCs在內的先天性免疫細胞的抗原提呈作用，但這種作用可被β-AR阻滯劑阻斷[31]。MOHAMMADPOUR等[32]發現，阻斷β-AR途徑會導致mTOR活性增強，導致信號轉導與轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）磷酸化水平下調，最終增強DCs的抗原提呈作用。體外研究證明，兒茶酚胺作用于巨噬細胞表面的β-AR可使其向M2型極化，主要表現為VEGF的高表達。這一結果在肺癌移植瘤模型中得到了相同的結論，體內應用6-羥基多巴胺耗竭天然兒茶酚胺儲備可減少腫瘤組織中兒茶酚胺的釋放，兒茶酚胺分泌水平降低抑制了M2巨噬細胞功能，減少腫瘤血管新生，最終抑制腫瘤生長[33]。

腫瘤免疫微環境中CD8＋CTL細胞數量的增加與較好的預后相關，而β-AR可抑制CD8＋CTL細胞在腫瘤微環境中的浸潤[32]。DAHER等[34]發現，β-AR的激活強烈地抑制了CD8＋T細胞活化，而普萘洛爾對這種抑制作用的逆轉發生在CD8＋T細胞活化的初始啟動階段，但具體機制尚不清楚。在結直腸癌中，β-AR的激活可通過降低腫瘤微環境中的Th1/Th2比例促進結直腸癌的發生和發展[35]。兒茶酚胺與CD4＋Th細胞上的β-AR相互作用可使白細胞介素2（interleukin-2，IL-2）、γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等細胞因子的分泌減少，從而促進腫瘤的生長[36]。β-AR信號通路對NK細胞的活性也有一定的調節作用。體內研究顯示，異丙腎上腺素以劑量依賴的方式抑制NK細胞的活性[37]。SUN等[38]研究發現，NE主要通過β2-AR/cAMP/PKA/磷酸化CAEB（phospho-CAEB）信號通路抑制NK細胞的細胞毒性，減少IFN-γ的分泌。

MDSCs可以通過多種途徑抑制機體的獲得性和先天抗腫瘤免疫，使腫瘤細胞逃避機體的免疫監視和攻擊。越來越多的研究表明，β-AR的激活可增強MDSCs的免疫抑制功能。MOHAMMADPOUR等[32]發現，β2-AR的激活可顯著增強MDSCs在腫瘤微環境中的浸潤并可促進腫瘤血管形成，促進腫瘤生長。該團隊的進一步研究表明，β2-AR信號通路可通過促進STAT3的磷酸化，顯著提高了腫瘤微環境中的MDSCs的存活率并增強其免疫抑制功能，而這是促進腫瘤進展的關鍵。β2-AR阻斷劑可減少MDSCs的聚集并降低其免疫抑制功能抑制腫瘤進展[39]。JEAN等[40]在對黑素瘤的研究中得到相同的結論，阻斷β-AR信號通路可減少MDSCs在腫瘤微環境中的浸潤，上調CTL所占的比例從而抑制黑素瘤的發展。還有研究發現，NE主要通過刺激腫瘤細胞表面的β2-AR觸發前列腺腫瘤細胞釋放神經肽Y，從而誘導MDSCs向腫瘤微環境募集。神經肽Y又可進一步激活MDSCs中IL-6/STAT3信號通路促進前列腺癌的生長[41]。

4 β-AR阻滯劑在臨床中的應用

臨床前研究顯示，β-AR在多種腫瘤中高表達，參與腫瘤進程。越來越多的臨床研究發現，β-AR的表達與腫瘤患者的預后密切相關，且β-AR阻滯劑可降低部分腫瘤患者的死亡率。有學者評估了147例經手術切除的結直腸癌患者β2-AR的表達情況以及其對經手術切除的結直腸癌患者預后的影響。結果發現β2-AR在52.3%患者的腫瘤中有表達，β2-AR表達陽性患者和β2-AR表達陰性患者的5年生存率分別為56%和97%。通過單因素及多因素分析發現，β2-AR的表達是手術切除結直腸癌患者無病生存期（disease-free survival，DFS）和總生存期（overall survival，OS）惡化的重要預后指標[42]。CHANG等[43]發現，在未接受過一線EGFR酪氨酸激酶抑制劑（tyrosine kinase inhibitors，TKIs）治療的晚期肺腺癌患者中，先使用β受體阻滯劑可改善預后。一項針對乳腺癌的回顧性研究發現，與未使用β-AR阻滯劑卡維地洛的患者（3 878例）相比，使用卡維地洛患者（136例）的死亡率降低了（5年累計乳腺癌死亡發生率分別為5.7%和3.1%）[44]。UDUMYAN等[45]調查了2006—2014年在瑞典診斷為原發性肝細胞癌患者的生存情況，發現β-AR阻滯劑與癌癥特異性死亡率存在相關性；且與不使用β-AR阻滯劑者相比，使用β-AR阻滯劑者（714例）與較低的肝癌死亡率相關。

放療及化療對于晚期腫瘤患者的預后及延長其生存期至關重要。PORCELLI等[46]研究發現，普萘洛爾可通過抑制核因子κB（nuclear factorkappa B，NF-κB）/Cox-2途徑的激活，提高多西他賽的敏感性；同時也可通過逆轉P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）的耐藥性，增加細胞內多柔比星的濃度從而提高其抗腫瘤活性。在孤立性纖維瘤患者中，普萘洛爾和多西他賽聯合治療的疾病控制時間較單用多西他賽延長[46]。上述研究提示，β-AR抑制劑可降低化療的耐藥性。有研究發現，腎上腺素能通過應激誘導腫瘤抵抗輻射誘導的細胞殺傷作用以及抑制抗腫瘤免疫作用從而顯著降低輻射的殺傷腫瘤作用，而β-AR阻滯劑是提高放射治療療效的一種有前途的策略[47]。

當前在腫瘤的治療中，免疫檢查點抑制劑的應用越來越廣泛，延長了許多腫瘤患者生存期，但仍有相當一部分患者仍無法獲得持久的臨床效益。KOKOLUS等[48]在一項回顧性研究中提示，與單獨接受免疫治療的患者相比，同時接受非選擇性β-AR阻滯劑和免疫治療的轉移性黑素瘤患者的OS時間有顯著改善，差異有統計學意義。近期一項前瞻性臨床試驗表明，普萘洛爾與培布羅珠單抗聯合使用是安全的，并且在治療轉移性黑素瘤方面具有初步的協同抗腫瘤活性[49]。

5 小結與展望

目前的研究顯示，β-AR信號通路與腫瘤的發生和發展密切相關，其不僅參與了腫瘤的增殖、侵襲及轉移等過程，還在調節腫瘤免疫方面具有重要作用。β-AR的激活能夠通過降低DCs的抗原提呈能力，減弱CTLs及NK細胞活性，促進TAM的M2型極化及MDSCs向腫瘤微環境中的浸潤等影響腫瘤的發生和發展。有研究顯示，β-AR抑制劑能夠抑制腫瘤細胞的生長并重塑腫瘤免疫微環境。臨床研究發現，β-AR抑制劑既能降低部分腫瘤患者的死亡率，又具有降低化療的耐藥性、提高放療敏感性、與免疫檢查點抑制劑協同抗腫瘤作用，有望成為治療腫瘤的一個新策略。但截至目前，β-AR抑制劑在惡性腫瘤的研究大多仍停留在體外及動物實驗階段。β-AR抑制劑在腫瘤治療中的安全性與可靠性有待進一步的研究與探討。