神经-骨偶联机制促进骨肿瘤发展的研究进展

张滋彬，万千千，覃文聘，卢伟诚，韩潇潇，焦凯，牛丽娜

(军事口腔医学国家重点实验室 口腔疾病国家临床医学研究中心 陕西省口腔疾病临床医学研究中心空军军医大学口腔医院 a.黏膜病科,b.修复科，西安 710032)

骨骼系统是一种动态变化的组织，发挥着支持和运动的功能，骨是一个矿物质和能量储存的仓库[1]。骨骼中存在各种各样的细胞，其中包括主要成分骨细胞、骨改建相关的成骨细胞和破骨细胞以及与骨平衡相关的骨髓内皮细胞、脂肪细胞和免疫细胞等，当骨微环境受到外来或内源的生理性诱因刺激时，这些细胞产生交流，以维持骨的内稳定[2]。此外，骨是人类最常见的癌症转移部位，骨肿瘤会干扰阻断正常的细胞间交流，微环境的改变(如缺氧)会引发一系列反应，进而为肿瘤细胞的激活、生存和生长等活动提供动力[2-3]。近年来，骨转移率逐年升高，与肿瘤患者寿命延长相关，但仍提示骨转移癌的问题尚未解决。有时骨转移癌无明显症状，一旦发生相关并发症，后果严重[4]。目前尚无公认的有效干预或治疗骨肿瘤的临床方法。近年研究发现，神经和骨之间存在交流偶联作用，且其在骨肿瘤的生长中发挥调控作用[5-7]。交感神经与早期骨肿瘤生长相关，副交感神经与晚期肿瘤转移密切相关，且感觉神经的兴奋以及肿瘤相关性骨痛的发生与骨肿瘤的恶性程度密切相关[5]。现就神经-骨偶联机制对于多发性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)、骨肉瘤和骨转移癌的作用相关研究进展予以综述，以期为寻找针对骨肿瘤中神经和骨之间交互作用的治疗靶点提供一定的帮助。

1 神经-骨偶联机制促进MM的进展

骨骼系统相关的原发性肿瘤和继发性肿瘤的发生发展与神经系统的活动之间的关系密切[6]，骨肿瘤细胞可通过释放神经营养因子促进神经生长，而神经也可通过释放神经递质激活肿瘤细胞的生长及播散[7]。骨骼系统中存在的不同类型的神经和活性物质(如瘦素)可以与骨细胞相互作用并发挥功能[8]，进而影响骨骼发育、骨量积累、骨重塑以及癌症转移等过程。神经在肿瘤发生发展及肿瘤血管新生等活动中均发挥重要作用。MM是一种以浆细胞在骨髓腔中恶性增殖为主要特征，导致骨吸收增加、骨形成减少的骨破坏性疾病[9]。研究显示，神经轴突导向因子4D(semaphorin 4D，Sema4D)又称CD100/Plexin-B1信号通路参与了MM诱导的骨疾病。既往Plexin-B及其配体CD100被认为是轴突引导分子，参与了神经元的迁移和发展，还可以通过激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)等信号通路参与炎症反应[10]。破骨细胞也表达Sema4D，并通过与受体Plexin-B1结合参与破骨细胞-成骨细胞的相互作用，可抑制成骨细胞骨形成的过程。为了进一步阐明Sema4D在MM中的作用，Terpos等[11]评价MM患者和健康人群的骨髓及血清中6种骨髓瘤细胞系表达Sema4D和Plexin-B1的情况，结果发现，只有一种骨髓瘤细胞系表达高水平的Sema4D，MM患者骨髓浆和循环血液中Sema4D和Plexin-B1水平均高于健康人群，且Sema4D与血清钙水平的升高以及骨吸收的增加密切相关。由此可见，神经系统相关的活性物质(如Plexin-B和Sema4D)与MM等骨骼系统相关肿瘤相互联系、相互支持。Olechnowicz等[12]对MM小鼠体内模型的研究发现，发生肿瘤组织的骨微环境基质中存在神经生长因子，且与骨源性疼痛相关的脊髓神经胶质细胞存在活化和运动减少等；且骨间质细胞(如成骨细胞)与MM细胞或相关因子(如肿瘤坏死因子-α)共培养时，神经生长因子的表达水平上调。脂联素是一种来源于骨髓的抑制MM的活性因子，脂联素受体激活剂和NF-κB信号通路阻滞剂BMS-345541可以抑制肿瘤坏死因子-α介导的神经生长因子产生，这为肿瘤性骨痛的治疗提供了理论基础和指导。

2 神经-骨偶联机制促进骨肉瘤的进展

骨肉瘤是儿童和青年人群中最常见的骨肿瘤，近30年，骨肉瘤治疗及患者生存率未见明显改善[13]。近期研究发现，骨肉瘤的发生离不开神经的调控，这可能是未来新的治疗靶点[14]。Bandala等[15]研究发现，骨肉瘤组织中的3,4-二羟基苯乙酸和去甲肾上腺素水平远高于邻近组织和正常组织；且肿瘤组织中的β肾上腺素受体、多巴胺能受体、多巴胺β-羟化酶、单胺氧化酶、ki67、Runx2以及血清素能受体基因表达水平亦明显高于邻近组织和正常组织，故认为儿茶酚胺类物质及其受体可作为骨肉瘤进展的潜在分子标志物。Antunes等[16]通过对骨肉瘤活检样本的免疫组化分析发现，原发性骨肉瘤患者体内的骨肉瘤细胞可以表达神经营养素和TrK受体，表明神经在骨肉瘤发生发展过程中发挥着重要作用，且骨肉瘤通过产生活性物质影响环境中的神经。Li等[14]发现，骨肉瘤发生时，神经调控分子p21活化激酶5的表达减少，且p21活化激酶5参与了肿瘤细胞增殖、凋亡、迁移和侵入等的调控。研究发现，抗神经生长因子抗体的应用可抑制骨肉瘤患者骨痛的发生[5]。由此可见，骨肉瘤中神经和骨之间存在相互交流，即神经-骨偶联机制在骨肉瘤发生发展中发挥着重要作用。

3 神经-骨偶联机制促进骨转移癌的进展

骨组织是最常见的肿瘤转移位点之一，肿瘤骨转移过程依赖神经(包括自主神经和感觉神经)、肿瘤以及骨微环境之间的交流。研究表明，自主神经纤维是骨微环境中最主要的神经成分，在骨的生理性和病理性调控过程中发挥关键作用[5]。交感神经与肿瘤早期生长密切相关，副交感神经则参与晚期肿瘤转移的调控。有研究发现，抑制骨中感觉神经的激活和神经的新生活动可以减少骨转移癌的发生，且激活的感觉神经和肿瘤相关性骨痛可以调控肿瘤骨转移的发生和进展[5]，提示未来可通过靶向调节参与骨-神经偶联机制的感觉神经的效能和类型，治疗肿瘤的骨转移和肿瘤相关性骨痛。乳腺癌和前列腺癌是最常见的骨转移癌类型[17]，且两种癌症的骨转移与神经调控密切相关。

3.1神经-骨偶联机制促进乳腺癌骨转移癌的进展 乳腺癌是发生于乳腺上皮或乳腺导管上皮的恶性肿瘤，其发生可能与遗传、内分泌以及环境等因素相关，但具体病因尚不清楚。骨转移是晚期乳腺癌的并发症之一，也是骨转移瘤中最常见类型之一，主要通过淋巴引流途径转移。骨转移过程受神经-骨偶联机制的调控。Sihto等[18]收集统计1991—1992年芬兰5个地区的乳腺癌记录及医院初发记录，结果显示，约11.5%的乳腺癌患者发生远处转移。采用免疫组织化学和显色原位杂交等方法进行研究发现，高表达雌激素受体和作为上皮-间充质转化诱导转录因子家族一员的锌指蛋白SNAI受体1(又称蜗牛同源配体1)的乳腺癌细胞会倾向于首先转移到骨组织中[19]。研究证实，存在于神经元细胞质和内质网中Neuronatin(NNAT)是雌激素受体阳性乳腺癌的调控分子，提示神经参与了乳腺癌骨转移的调控[20]。还有研究发现，乳腺癌中成骨细胞β2肾上腺素能受体活化可以激活血管内皮生长因子的依赖性新生血管化过程，从而增加骨血管密度，形成一个更适宜转移性癌细胞定植的微环境[21]。Yoneda等[5]研究发现，慢性应激压力会激活交感神经系统，从而增加乳腺癌溶骨性骨转移，此过程依赖成骨细胞中NF-κB受体活化因子配体表达的上调；而β阻滞剂普萘洛尔和天然NF-κB受体活化因子配体阻滞剂骨保护素的应用则会降低肿瘤骨转移的发生率。上述研究均提示，交感神经和成骨细胞上的β肾上腺素能受体可促进乳腺癌骨转移的发生，还可促进肿瘤生存所需新生血管的发生。Kamiya等[22]对人乳腺癌种植动物模型、化学诱导乳腺癌动物模型、自发乳腺癌动物模型和临床乳腺癌患者的交感神经和副交感神经支配情况的评价显示，去除交感神经或激活副交感神经后，程序性细胞死亡受体1、程序性细胞死亡配体1和叉头框蛋白P3等下调，进而抑制了抗肿瘤反应的免疫检查点分子的表达，并抑制了肿瘤的生长发展和播散转移；此外，免疫组织化学分析结果显示，肿瘤复发与交感神经纤维密度的增加和副交感神经纤维密度的减少密切相关，提示神经调控可能是抑制肿瘤生长、骨转移的潜在方法。

3.2神经-骨偶联机制促进前列腺癌骨转移癌的进展 骨骼是前列腺癌的主要远处转移部位，尤其是盆腔和椎体骨骼[23]。肾上腺素能神经可以激活前列腺癌中血管代谢的转换活动，提示神经参与前列腺癌细胞的转移[24]。研究证实，肿瘤的发生发展与肿瘤微环境中的自主神经浸润密切相关，交感神经的肾上腺素神经信号通路对于早期肿瘤微环境中血管的形成以及肿瘤的发展有重要作用，副交感神经可以激活类胆碱能神经信号通路，进而造成肿瘤的播散和骨转移[25]。Decker等[26]研究发现，肿瘤细胞会分泌神经生长因子的前体物质，而神经生长因子是启动肿瘤神经支配的关键信号，运用神经以及神经信号可以预测肿瘤的侵袭性，故可通过去神经治疗局部肿瘤并减少癌性骨痛发生。对小鼠模型的研究发现，使用抗神经生长因子抗体后，肿瘤相关性骨痛明显减轻，且前列腺癌骨转移位点可见神经出芽生长、感觉神经瘤及交感神经，提示前列腺癌等肿瘤的骨转移及其发生发展均与交感神经和副交感神经密切相关[5]。Huang等[27]的研究证实，异丙肾上腺素等神经递质的释放不仅可以激活成骨细胞中的β2肾上腺素能受体-缺氧诱导因子-1α-CXC趋化因子配体12信号通路，增加CXC趋化因子配体12的分泌；并可通过激活β2肾上腺素能受体或下调成骨细胞分泌生长停滞特异性蛋白6直接或间接地重新激活骨髓腔中静止的播散性前列腺癌细胞，使之再次进行增殖，上述过程均促进了前列腺癌细胞的迁移、侵袭和上皮-间充质转化等。

3.3神经-骨偶联机制促进其他骨转移癌的进展 除乳腺癌骨转移癌和前列腺癌骨转移癌外，许多肿瘤可发生骨转移，且同样有神经系统及神经-骨偶联机制作用的参与，如胰腺癌、头颈部癌、神经内分泌肿瘤、食管癌、肾癌[5]。有学者指出，神经内分泌肿瘤骨转移机制包括副交感神经节瘤受到CXC趋化因子受体4和CC趋化因子受体9分子的调控后，肿瘤细胞归巢机制启动，从而实现了骨转移，进一步证实，神经-骨偶联机制对于肿瘤骨转移的发生发展过程发挥着不可替代的作用[28]。另有学者通过长期的临床观察及研究发现，胰腺癌和头颈部癌等发生骨转移时也受到神经-骨偶联机制的调控，且神经在肿瘤进展中起至关重要的作用[29]。神经可浸润肿瘤微环境并刺激癌细胞的生长和扩散，该机制直接将儿茶酚胺和乙酰胆碱等神经递质释放到癌症的微环境中，以激活相应的膜受体，从而实现骨转移。神经浸润肿瘤微环境学说的提出，揭示了神经促进癌症的生长和骨转移的全新机制，也为肿瘤相关疼痛产生途径的研究提供了新的方向。Wang等[30]提出，中枢和交感神经系统功能障碍以及心理压力诱发的激素网络异常可能通过多种机制影响癌症的恶性进展。综上，神经与癌细胞之间的相互作用为肿瘤及其骨转移发生的细胞和分子基础研究提供了新的见解。

4 神经-骨偶联机制对外周神经功能的影响

在骨肿瘤的发生发展过程中，除神经调控骨组织的发生发展外，肿瘤环境中的异常骨组织也会对外周神经的功能产生一定影响。骨肿瘤微环境和骨组织中的炎症反应对于神经纤维瘤的发生起重要的促进作用[31]。Elefteriou[8]的研究显示，肿瘤细胞骨转移可以促进感觉神经的新生，并通过产生病理性的酸性肿瘤微环境激活感觉神经的瞬时受体电位香草酸亚型1，从而提高肿瘤微环境中感觉神经的兴奋性并加重肿瘤相关性骨痛。同时，兴奋的交感神经通过释放一种未知的肿瘤生长因子上调肿瘤的侵袭性并促进肿瘤的骨转移。在异常的骨肿瘤环境下，骨-神经偶联机制对外周神经发挥相应的调控作用。Wakabayashi等[32]通过将Lewis肺癌细胞注射到小鼠胫骨中培养发现，肿瘤微环境呈酸性，且骨中降钙素基因相关肽阳性感觉神经数量增加，同时通过磷酸化的胞外信号调节激酶和磷酸化的cAMP应答元件结合蛋白免疫反应的增加提高背根神经节中感觉神经的兴奋性，表明骨中的神经组织可随骨组织的改变而发生相应变化。综上所述，在肿瘤环境下，异常骨组织与神经之间存在着相互支持、相互交流。Pak等[33]指出，神经系统症状在MM中很常见，如MM患者存在双侧视觉丧失以及吞咽困难等神经系统症状，同时，MM发生的最初表现是诱发神经麻痹。以上均提示，骨对神经的一些作用使神经在骨肿瘤环境中发生改变，进而促进神经参与对骨肿瘤的调控行为。由此可见，神经-骨偶联机制对骨肿瘤的进展具有协同调控作用，在骨肿瘤的发生发展过程中，神经与骨之间的交流活动是双向交互、彼此促进的。

5 小 结

神经-骨偶联机制是骨肿瘤发生发展机制中的重要组成部分之一，神经源性信号在骨肿瘤的发生发展中发挥关键作用，如促进早期肿瘤细胞增殖以及促进晚期肿瘤细胞侵袭等活动；同时，骨肿瘤及其所在骨的微环境也可以作用于神经的活动，如促进外周感觉神经的出芽和新生等。基于上述研究，已有学者提出可以针对神经和骨之间的相互交流来设计新的靶点，从而抑制骨肿瘤的进展以及肿瘤相关性骨痛的发生，例如使用辣椒素阻止瞬时受体电位香草酸亚型1的激活，从而减少肿瘤骨转移和肿瘤性骨痛的发生[5]。但是，由于大多数研究尚处于动物实验阶段，所以还需要一段时间的深入研究和临床试验来明确靶向神经-骨偶联精准治疗骨肿瘤的思路是否具有优越的临床应用前景。