应激通过肾上腺素能信号影响肿瘤发展进程*

李鑫月，连 帅，徐 彬，郎立敏，陈 妍，杨焕民

（黑龙江八一农垦大学，黑龙江，大庆163000）

越来越多的证据表明慢性心理应激会提高肿瘤的发生率，加剧肿瘤进展［1］。其它一些躯体应激源例如手术应激、冷应激也被证明会促进肿瘤生长［2-3］。无论是何种应激源，在机体都会引起一部分与刺激性质无关的非特异性反应，主要由下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴（hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA）和交感神经系统（sympathetic nervous system，SNS）介导。SNS在应激时迅速提高机体的警觉性和应变能力，这对于机体应对应激至关重要［4］。但是慢性应激时SNS的持续激活却会促进肿瘤生长和转移，对机体产生不利影响［5］。肾上腺素能信号是介导在应激与肿瘤进程二者之间的关键因子，实验中采用β-肾上腺能受体拮抗剂普萘洛尔可以逆转慢性应激对肿瘤多种生物学行为的促进作用［6-9］。另外，虽然关于肾上腺能受体拮抗剂对于肿瘤患者是否有益目前仍存在一些争议，但是有证据表明应用肾上腺素能受体拮抗剂可以减慢癌症进展，降低患者死亡率［10-14］。因此应激与肿瘤之间的关系不可忽视，本文主要聚焦于二者之间的关键介质肾上腺素能信号，就应激通过肾上腺素能信号影响肿瘤进程的机制作一综述。

1 肾上腺素能受体分类

肾上腺素受体（adrenergic receptor，AR）是G蛋白偶联受体家族的成员，分为α1、α2、β1、β2和β3五类［15］。目前关于应激对肿瘤的影响，β2-AR的研究占比较多［5］。多种肿瘤细胞表达肾上腺素受体，并且存在β-AR过表达［5，16］。β1、β2和β3受体与Gs蛋白偶联，在受到肾上腺素刺激时激活腺苷酸环化酶（adenylate cyclase，AC），产生第二信使环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP），cAMP再激活其两个主要下游靶分子：蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）或cAMP直接活化的交换蛋白（exchange protein directly activated by cAMP，Epac），影响下游物质产生生物学效应。而α2肾上腺素受体与Gi蛋白偶联，抑制AC，使细胞内cAMP水平下降。α1肾上腺素受体则偶联Gq蛋白，通过磷脂酶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）通路发挥作用［17］。

2 应激通过肾上腺素能信号影响肿瘤生物学行为

应激时，SNS激活，肾上腺髓质分泌的的肾上腺素和去甲肾上腺素通过血流可以分布到肿瘤所在部位。另一方面，肿瘤组织存在神经支配，进入肿瘤组织的交感神经末梢可以释放去甲肾上腺素，直接与肿瘤细胞相互作用［18］。现有证据看来，β-肾上腺素能信号的肿瘤驱动效应主要依赖于局部交感神经末梢来源的去甲肾上腺素［14］。一项乳腺癌的研究对上述二者进行了比较。暴露于束缚应激的小鼠肿瘤生长更快，肿瘤中神经支配增加，采用溴化六甲铵拮抗周围神经系统中的烟碱型乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptor，nAChR），完全消除了上述增长；但是切除肾上腺对束缚应激诱导的肿瘤生长和神经计数增加没有显著影响，这个结果肯定了局部神经纤维来源的去甲肾上腺素所占的主导作用［19］。该学者的研究提出了一个肿瘤神经支配的前馈回路：束缚应激下的肾上腺素能信号使乳腺癌细胞通过β3-AR/cAMP/Epac/c-Jun氨基末端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）通路上调脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的分泌，BDNF通过酪氨酸激酶受体B（tyrosine kinase receptor B，TrkB）的作用，使肿瘤组织的神经支配增加。这种新生长的神经末梢又可以释放去甲肾上腺素促进肿瘤生长，从而形成一个前馈回路［19］。

儿茶酚胺激活肿瘤细胞的β-AR，通过cAMP/PKA或者cAMP/Epac作用于下游的丝裂原活化蛋白激酶（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，也称AKT）、信号转导与转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）、环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）等多种信号通路组分，调节肿瘤发展关键物质如白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）、IL-8、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、基质金属蛋白酶 2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）、MMP-9、环氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）等的表达，最终影响肿瘤微环境神经支配、肿瘤血管生成、肿瘤细胞增殖和凋亡、侵袭和转移等肿瘤的生物学行为以及肿瘤干细胞样特性等恶性肿瘤特征［13，16，18，20-24］。

2.1 促进肿瘤发生 慢性应激可以通过干扰细胞DNA修复的重要元件p53来使DNA损伤积累，促进肿瘤发生。Hara等［22］研究表明慢性应激下β2-AR激活，一方面Gs/PKA信号导致活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生，损伤DNA；另一方面发生细胞质β-arrestin-1依赖的PI3K/AKT通路对MDM2的磷酸化，核β-arrestin-1再促进鼠双微体2（murine double minute 2，MDM2）对p53的泛素化降解，使染色体DNA缺少p53的“监控”以及损伤修复功能。上述两种机制协同作用，造成了细胞DNA损伤的积累，对基因组完整性产生影响。当关键的原癌基因和抑癌基因突变累积到一定程度时即可能诱发肿瘤［25］。

2.2 促进肿瘤细胞增殖 β-AR对于肿瘤细胞的调节主要是通过PKA途径［18］。β-AR激活后，可以通过Gs/AC/cAMP/PKA或cAMP/Epac/Ras相关蛋白1（Ras-related protein 1，Rap1）调节 Raf/MEK/细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信号通路［14］。儿茶酚胺类应激激素可以在肺癌、肝癌、胶质母细胞瘤等多种肿瘤细胞中激活ERK1/2和p38，发挥促增殖作用［26-28］。NF-κB通路参与应激对肿瘤细胞凋亡的抑制作用，在实验中抑制NF-κB信号会大幅度减弱肾上腺素的“促增殖和抗凋亡效应”［21］。在关于胰腺导管腺癌的研究中表明，去甲肾上腺素可通过激活Notch1途径抑制胰腺导管腺癌细胞的凋亡，增强其侵袭能力［29］。此外，PI3K/AKT和Hedgehog信号通路也参与β-AR对肿瘤细胞增殖的调节［28，30］。

总之，在不同类型的肿瘤细胞中，β-AR可以调控多种肿瘤相关信号通路，影响肿瘤细胞的增殖和凋亡。

2.3 促进肿瘤血管生成、淋巴管生成 肿瘤血管生成是原发肿瘤生长的必备条件，同时又是肿瘤转移的重要途径［25］。VEGF是被广泛研究的最为重要的血管生成因子［18］。儿茶酚胺可以通过β2-AR/cAMP/PKA途径使肿瘤细胞VEGF表达增加［9］。一项胃癌研究报道，神经丛素A1（plexin-A1）通过与血管内皮生长因子受体2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）形成受体复合物从而在异丙肾上腺素的血管生成信号中发挥重要作用，抑制plexin-A1表达后，异丙肾上腺素处理就不能上调胃癌细胞VEGFR2的表达了［31］。此外，存在肿瘤细胞与血管内皮细胞之间的其它受体和配体组合参与应激对肿瘤血管生成的调节。儿茶酚胺可以通过β2-AR/PKA/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路使乳腺癌细胞Jagged-1表达增加，激活其周围血管内皮细胞的Jagged-1受体——Notch，从而发挥促肿瘤血管生成效应［32］。除了VEGF，大量研究结果明儿茶酚胺类激素还会促进重要的炎性细胞因子IL-6和IL-8的表达从而促进肿瘤血管生成，这是早已被广泛认可的［13，18，20，33］。

应激下的肾上腺素能信号除了对一系列血管生成因子有影响外，还可以调节血管生成抑制因子。在前列腺癌细胞中，慢性应激激活β-肾上腺素能受体，通过cAMP/PKA/CREB诱导组蛋白脱乙酰酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）的表达，HDAC2又通过调节血小板反应蛋白1（thrombospondin-1，TSP1）启动子区附近组蛋白的乙酰化修饰来抑制TSP1的表达，而TSP1是重要的血管生成抑制因子，抑制其表达会对肿瘤部位血管生成有促进作用［23］。

肿瘤细胞转移主要有血管和淋巴管两种途径［25］。应激下的肾上腺素能信号还可以促进肿瘤内淋巴管重构，为肿瘤细胞转移提供淋巴管途径。研究表明，慢性应激下的β-肾上腺素能信号促进肿瘤内巨噬细胞COX-2的合成和前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）的分泌，这种来源于巨噬细胞的炎症信号增加肿瘤细胞VEGF-C和基质细胞VEGFR表达，从而使肿瘤内淋巴管密度增加、淋巴管稳定扩张，促进肿瘤淋巴转移［7］。

2.4 促进肿瘤侵袭和转移 儿茶酚胺类应激激素可以通过多种机制增强肿瘤细胞迁移、侵袭的能力，例如促进肿瘤细胞的上皮-间充质转化（epithelialmesenchymal transition，EMT）。宦宏波［34］研究提出，慢性应激通过支配肝脏的交感神经作用于肝癌细胞表面的β2-AR，不影响细胞内β-连环蛋白（βcatenin）的总表达而促进β-catenin移位入细胞核，入核的β-catenin与淋巴样增强因子1（lymphoid enhancer factor 1，LEF1）形成复合物，该复合物与波形蛋白（vimentin）的启动子结合并促进vimentin转录，使间充质标志蛋白vimentin和神经钙黏素（N-cadherin）以及F-肌动蛋白（F-actin）表达量增加，上皮钙黏素（E-cadherin）的表达量下降，这是EMT发生的标志；这些蛋白的改变会使肿瘤细胞发生“骨架重塑、细胞间紧密连接减弱”等形态变化，使肝癌细胞“硬度”降低，最终侵袭和转移能力增强。在胃癌研究中也有类似发现，异丙肾上腺素通过β2-AR/STAT3下调胃癌细胞的上皮标志蛋白和上调间充质标志蛋白［35］。近期一项关于舌鳞状细胞癌的研究提出，IL-6/STAT3/Snail通路的激活参与了β2-AR介导的EMT［16］。此外，异丙肾上腺素可以通过 Gαs/AC/cAMP/PKA途径抑制c-Raf/MEK/ERK级联，上调HDAC6的表达，使肺癌细胞α-微管蛋白（α-tubulin）乙酰化水平下降，增强肺癌细胞运动能力［24］。

从原发灶脱落的肿瘤细胞会继续侵入周围基质。肿瘤微环境中的肾上腺素水平上升可以促进MMPs的表达，为肿瘤细胞向细胞外基质（extracellular matrix，ECM）侵袭创造有利条件［18，20］。肿瘤细胞接下来进一步的远端转移需要借助血液和淋巴循环［25］。肿瘤细胞离开了ECM并进入循环系统却得以存活，没有全部凋亡，这涉及肿瘤细胞对“失巢凋亡”的抑制。慢性应激下，去甲肾上腺素可以通过ADRB2/Src信号轴激活局部粘着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK），进而抑制乳腺癌细胞的失巢凋亡［36］。

最终，存活下来的少部分循环肿瘤细胞（circulating tumor cells，CTCs）会黏附到远端器官的血管内皮细胞上，逸出循环系统并转移定位到特定的远端器官［25］。应激对于肿瘤细胞与血管内皮细胞的黏附过程也有促进作用。异丙肾上腺素可以通过β-2AR/cAMP/Epac/Rap1途径诱导整合素介导的细胞黏附［37］。一项关于乳腺癌的研究结果显示，去甲肾上腺素可以诱导血管内皮释放趋化因子GROa，促进β 1-整合素介导的乳腺癌细胞与血管内皮的黏附［38］。

肿瘤细胞最终所选择定植的位置以及在远离原发灶的器官中是否能存活受远端器官的微环境影响［25］。慢性应激时机体神经内分泌反应发生的变化会在肿瘤预转移期引起远端器官的“预转移微环境”改变，使其更利于肿瘤细胞生存。陈泓宇［39］采用慢性不可预见性应激反应小鼠模型研究表明，应激时激活的β-肾上腺素能信号可以促进单核细胞从骨髓迁移至外周血循环；β-肾上腺素能信号还通过PKA通路使肺组织血管内皮细胞趋化因子配体2（CC chemokine ligand，CCL2）和肺外单核/巨噬细胞的趋化因子受体2（CC chemokine receptor，CCR2）表达量增加，通过这样的趋化因子受体/配体组合募集其它部位的单核/巨噬细胞进入肺部，在肺部形成一种“炎性微环境”，从而促进乳腺癌细胞在肺部定植。

2.5 诱导肿瘤干细胞样特性 肿瘤干细胞理论认为肿瘤干细胞是导致肿瘤转移、复发以及耐药的关键诱因［25］。Cui等［8］研究表明，慢性应激下肾上腺素通过β2-AR促进乳腺癌细胞的葡萄糖代谢平衡向糖酵解倾斜，促进乳酸脱氢酶A（lactate dehydrogenase A，LDHA）表达，其产物乳酸会改变局部环境的pH值，形成弱酸性微环境，从而增强去泛素化酶USP28对MYC的去泛素化，使MYC的稳定性提高，MYC激活锌指转录因子SLUG的启动子，转录因子SLUG促进“自我更新”相关基因——CTNNB1（catenin beta 1）、POU5F1（POU domain class 5 transcription factor 1）和NANOG的表达，提高体外实验中乳腺癌细胞微球及在体实验中乳腺肿瘤的形成效率，即转录因子SLUG最终促进了乳腺癌干细胞样特性。另一项体外实验提出去甲肾上腺素通过激活PI3K/AKT通路，上调肝癌细胞的Y染色体性别决定区盒蛋白4（sexdertermining region Y box 4，Sox4）的表达水平，从而提高肝癌干细胞标志物CD133表达，增强肝癌细胞的干细胞样特征［40］。

3 小结与展望

目前关于应激对肿瘤的影响，人们更多的关注在心理应激上，采用束缚应激模型或慢性不可预见性应激模型来研究其机制［39］。关于其它的躯体应激源，例如环境温度变化通过免疫系统以外的方式影响肿瘤进展的机制鲜有研究［2］。应激下机体释放的肾上腺素和去甲肾上腺素可以作用于细胞内多种不同的肿瘤相关信号通路，这些复杂的信号网络交叉连接、共同作用，几乎对肿瘤的所有生物学行为产生影响［18，41］，见图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］.图1 肿瘤发展的肾上腺素信号调节

本文中提到的研究并不能排除应激下复杂的神经内分泌反应所涉及的其他激素对肿瘤生长的影响，然而必须肯定的是肾上腺素信号是应激发挥肿瘤驱动作用的关键效应介质。研究应激驱动肿瘤的分子机制具有重要意义，可以为治疗和预防应激诱发的肿瘤提供理论依据和思路。