手术相关转移的神经免疫调节

2021-08-05 17:10 古麻今醉

外科手术是大多数实体恶性肿瘤必不可少的治疗方法，既往的临床和基础研究表明，外科手术本身可能会促进肿瘤复发和转移。

外科手术是大多数实体恶性肿瘤必不可少的治疗方法，既往的临床和基础研究表明，外科手术本身可能会促进肿瘤复发和转移。手术是一个危险因素，可以通过神经内分泌和应激激素的释放，以及伤口愈合途径相关的免疫抑制、新生血管生成和组织重塑，促进预先存在的处于休眠状态的微转移形成。最新研究发现，外周神经系统也参与了肿瘤的发展和转移，但是对于肿瘤相关的神经元和神经胶质细胞在外科创伤和伤口愈合相关的转移性疾病中的作用知之甚少。2021年2月Michael R.Shurin等人在《cells》上发表了题为《NeuroimmuneRegulation of Surgery-Associated Metastases》的综述，系统阐述了活检和手术诱导的伤口愈合可以促进残余和休眠恶性细胞的存活和转移扩散，并讨论了肿瘤相关神经胶质细胞参与术后转移的机制。现介绍如下：

1．介绍

2021年美国预计新增190万癌症病例，而放眼全球预计产生2000余万新发病例。据估计，近50%的恶性肿瘤在临床症状出现前就已经发生了转移。虽然自20世纪60年代初以来，所有癌症的5年生存率都有了大幅提高，从近40%提高到了近70%，但转移性肿瘤患者的预后仍然停滞不前，大约70-90%的肿瘤相关死亡是由于发生了转移。目前在多个研究中发现，原发性肿瘤切除后转移性肿瘤的生长速度会加速，这其中包括结直肠癌、卵巢癌、非小细胞肺癌、乳腺癌和胰腺癌等。即使是诊断性的针吸穿刺活检技术，都有可能增加局部肿瘤复发、淋巴结转移和远处转移的风险。然而，我们对手术相关癌症转移的细胞和分子通路的了解，仍然知之甚少。

肿瘤相关免疫细胞、成纤维细胞、上皮细胞、周细胞和脂肪细胞可通过调节细胞外基质重塑和新生血管形成，并通过增加恶性细胞的上皮-间充质转化来促进转移。最近，肿瘤内神经丝被认为是肿瘤微环境的重要组成部分，肿瘤的神经支配程度与转移密切相关。由此，有人提出神经递质和神经肽参与了神经介导的转移，但是周围神经系统（peripheral nervous system， PNS）的神经胶质细胞在促进实体肿瘤转移中的作用尚不清楚，作为PNS主要胶质细胞的雪旺细胞（Schwann cells）参与转移形成的机制尚未阐明。近年来雪旺细胞生物学研究的兴起，揭示了雪旺细胞在神经退行性疾病、疼痛综合征、自身免疫性和炎性神经病变、神经和组织修复、组织再生、脊髓损伤和自身免疫性神经疾病的细胞治疗等方面的广泛作用。然而，雪旺细胞在伤口愈合过程中的促转移活性尚未被考虑其中。

最新的研究表明，神经和雪旺细胞均存在于人类和动物肿瘤组织中，其可以加速肿瘤的生长和进展。这种效应可能是由于肿瘤细胞、雪旺细胞和神经细胞三者之间的交互作用，诱导雪旺细胞产生“修复样”表型，并导致：（1）免疫调节细胞的激活，（2）细胞外基质的重组，（3）恶性细胞的迁移和侵袭潜能增强。“修复样”雪旺细胞的活化、去分化和增殖能力，在手术应激和伤口愈合过程中显著增强，进而更强烈地促进肿瘤转移。

2．肿瘤进展的神经调节

恶性肿瘤细胞与间质细胞和浸润细胞之间的交互作用是肿瘤发生过程中的重要环节，位于实体肿瘤中的神经末梢与肿瘤细胞形成了通讯。以往认为肿瘤内神经丝的作用是“机械性”的，其为肿瘤侵袭细胞的迁移提供了“路径”。恶性肿瘤细胞侵袭到神经周围被称为神经周围浸润或神经周围扩散，在组织学上表现为肿瘤细胞浸润在神经外膜、神经束膜和神经内膜之间。然而，现在研究发现PNS在肿瘤微环境中调节着肿瘤的生长、发展和扩散。肿瘤内和周围的神经元释放神经递质、神经肽和其他生物活性物质，作用于癌细胞、基质成分和浸润性免疫细胞上的特定受体，并改变肿瘤微环境中的细胞功能和细胞间的相互作用。

越来越多的证据表明，肿瘤细胞可以利用神经释放因子，为肿瘤生存、增殖和扩散创造积极的环境。神经释放因子通过影响基底膜的降解和癌细胞的侵袭、运动、外渗和定植，进而改变肿瘤转移的进展。此外，神经释放因子还可以通过调节血管生成、肿瘤基质、免疫细胞功能、骨髓活动以及局部和全身炎症途径影响转移。这些神经释放因子包括乙酰胆碱，儿茶酚胺，γ-氨基丁酸、血清素、P物质、神经激肽A、蛙皮素、神经肽Y、血管活性肠多肽、阿片类、神经降压素和其他神经调节分子。例如，激活肿瘤细胞和肿瘤相关巨噬细胞上的β-肾上腺素受体可促进乳腺癌、胰腺癌、结肠癌、神经母细胞瘤、卵巢癌和前列腺癌动物模型的肿瘤转移。在交感神经系统中，使用β受体阻滞剂或基因敲除β-肾上腺素受体能终止不同类型的肿瘤转移，不过α-肾上腺素受体在癌症转移中的作用尚不明确。神经肽Y被交感神经元释放，是一种强大的血管生成因子。P物质及其受体与乳腺癌的骨髓转移有关，结直肠癌中甲硫氨酸-脑啡肽的表达可能与淋巴结和肝转移有关，而前列腺癌中胃泌素释放肽的表达可能与淋巴结转移有关。

尽管人们对神经因子多方面的肿瘤调节作用已经有了广泛的了解，但对肿瘤神经支配在手术后转移发展中的作用知之甚少，了解PNS在外科手术（包括肿瘤活检或切除术）后肿瘤进展和转移形成中的作用，对癌症患者的临床治疗具有重要意义。尽管有令人兴奋的证据表明，从肿瘤微环境中移除神经能够终止或减缓疾病进展，但无论是化学方法还是外科手术去除肿瘤神经都不太可能用于临床。另一方面，新的临床研究强调癌症患者在手术干预后易发生疾病复发和转移，但是全球每年近2000万癌症患者中有60%以上需要手术切除。因此，任何能够在围术期消除癌症转移的方法都可以为患者带来实质性的益处，了解PNS在手术诱导转移中的作用，将有助于开发新的临床方法来减少或限制转移的形成。

3．伤口和组织损伤影响肿瘤进展

一个多世纪以来，大量的临床和动物实验表明，外科手术本身可能会促进肿瘤转移的出现和发展。切除原发肿瘤可能会带来潜在的风险，因为手术本身可以将恶性细胞释放到循环血液或淋巴管中，同时上调血管生成和生长因子的表达，并抑制细胞介导的免疫反应。外科手术创伤激活的细胞因子级联反应由一个复杂的生化网络组成，并产生多种效应，这些效应对于伤口愈合来说至关重要，但是也会增加新的远处转移的形成和已有微转移进展的风险。

局部组织对手术和活检的反应启动了伤口愈合过程的开始，包括炎症反应、神经元再生、细胞外基质重塑和新生血管生成，而这些过程又与肿瘤生长和转移有关（图1）。例如在斑马鱼模型中，伤口相关的中性粒细胞增加了癌前病变细胞的增殖，慢性伤口会增加黑色素瘤的发病率。此外，肿瘤在愈合伤口组织中生长加速，但在周围正常组织中却没有加快。与正常组织相比，肿瘤细胞种植到伤口的可能性增加了1000倍。在小鼠结肠癌和乳腺癌模型中，手术介导的免疫调节细胞会加速肺转移瘤的形成，例如骨髓来源的抑制性细胞和调节性T细胞。巨噬细胞也被证明有助于术后肿瘤复发和转移，其机制可能是通过刺激肿瘤干细胞引起。在动物模型中，术后自然杀伤细胞抑制与转移负荷增加相关，而在癌症患者中，术后自然杀伤细胞活性降低与疾病复发率和死亡率增高有关。此外，手术引起的炎症反应可能会增强肿瘤干细胞参与转移过程。

图1：原发性肿瘤切除后局部和远处肿瘤复发的途径和机制。

这些临床和基础研究表明，活检或手术诱导的伤口愈合可以加速预先存在的微转移瘤的生长（即肿瘤休眠逃逸），或促进残留肿瘤细胞的存活和侵袭。确定伤口愈合过程中癌症扩散的机制，以及了解围术期肿瘤复发的风险是一个重要的临床问题，这对于预防或减少手术相关转移的治疗策略至关重要。

4．PNS在手术相关转移中的作用

手术切除原发性肿瘤和受累的淋巴结是肿瘤治疗的重要环节，然而手术后癌细胞仍然可能残留，切除过程中脱落的肿瘤细胞可能通过淋巴管和血管扩散。例如，术后血液和腹腔冲洗液中肿瘤细胞的残留与结直肠癌患者的无病生存期显著缩短有关，胃癌、肺癌、乳腺癌和肝癌手术后循环肿瘤细胞数量增加与生存率降低有关。此外，术后伤口愈合可加速预先存在的微转移瘤的生长（即肿瘤休眠逃逸）或促使残留的肿瘤细胞更快地扩散（图1），导致肿瘤复发。此外，手术和麻醉诱导的下丘脑-垂体-肾上腺轴和交感神经系统的激活，可能通过释放神经介质（儿茶酚胺和前列腺素等）促进转移，通过增加免疫抑制细胞因子（如IL-4、IL-10、转化生长因子-β）和血管内皮生长因子以及促炎细胞因子（如IL-6和IL-8），促使肿瘤血管生成和转移前微环境的形成或扩散。虽然免疫反应的局部和全身变化对正常组织修复是必要的，但也能够激活癌细胞增殖、迁移和存活，以及肿瘤内血管生成和恶性细胞扩散。除了肿瘤微环境中的免疫细胞外，神经元也参与到了肿瘤、炎症、伤口愈合和转移形成之间的复杂交互作用中。

手术切除肿瘤通常会切除肿瘤内或肿瘤周围组织内的神经轴突，也就是产生了神经损伤。周围神经损伤后，在损伤部位的近端和远端产生一系列的分子和细胞事件。损伤神经远端与母体神经断开后，产生瓦勒变性。雪旺细胞是PNS的主要胶质细胞，在周围神经修复中起着关键作用，为受损轴突的再生和再生轴突髓鞘的重建提供专门的细胞外微环境。远端雪旺细胞失去神经支配后，髓鞘被破坏，并吸引巨噬细胞去除轴突和髓鞘碎片，这与雪旺细胞去分化、增殖和神经营养因子的产生有关，这些神经营养因子支持和引导轴突的再生。

最新研究表明手术可以激活雪旺细胞的修复程序，促进不同组织的修复和再生。对雪旺细胞多功能的认识使我们推测，肿瘤切除或活检引起的组织损伤可能会增加雪旺细胞的“修复样”表型，这与促进恶性细胞迁移、侵袭和转移有关（图1）。最近研究发现皮肤黑色素瘤生长引起的局部神经退行性反应与皮肤损伤引起的神经修复途径非常相似。具体地说，肿瘤部位的“修复样”雪旺细胞与神经损伤诱导的雪旺细胞在遗传、分子、表型和功能上存在着诸多的相似之处。此外，一项新的未发表的研究表明，周围神经损伤诱导产生的雪旺细胞可以加速肿瘤的生长和转移，而雪旺细胞的缺失显著地减缓了肿瘤的生长和转移。这些结果向我们提出了几个重要问题：雪旺细胞是如何参与手术和活检后肿瘤环境的调整？在伤口愈合过程中，肿瘤细胞、雪旺细胞和免疫细胞三者相互作用下如何参与了肿瘤的转移？为了回答这些问题，亟需进行体外和体内研究，揭示神经元和神经胶质细胞在原发性肿瘤切除后的调控作用。

5．未来研究方向

尽管越来越多的研究证明手术治疗对肿瘤的进展和扩散有一些负面的影响，但这并不意味着应该限制手术或活检，因为这些副作用可能只影响一部分患者。外科手术对于肿瘤病人的确诊和存活率的提高是无可争辩的，其收益远大于潜在的副作用，理应继续使用。与此同时，我们也应该认识到神经免疫调节对于肿瘤转移的负面影响，需要开发辅助疗法避免这些副作用，使手术干预更加安全，对患者更加有益。

围术期现在被认为是影响术后转移和癌症预后的关键因素，目前大量的围术期预防性干预措施正纳入评估。现有研究表明使用COX-2抑制剂与β受体阻滞剂能提高乳腺癌患者的无进展生存率，在这些患者身上发现，围术期使用解热镇痛抗炎药治疗可以减轻手术创伤对远处肿瘤生长的影响。乳腺癌患者术前一周口服普萘洛尔可降低肿瘤转移相关基因的表达。围术期使用β受体阻滞剂也可以阻断乳腺癌复发和转移相关的应激反应。在不同的动物模型中发现，β肾上腺素受体阻断剂和COX-2抑制剂能显著减少大肠癌的肝转移。CpG-C 佐剂和Toll样受体-9激动剂也显著增强了小鼠对结肠癌术后肝转移的抵抗力。其它临床研究发现，磷酸二酯酶-5抑制剂可以通过阻断手术诱导的髓源性抑制细胞的功能,抑制自然杀伤细胞的能力来减少术后转移。总之，围术期是一个机会之窗，在此期间使用合理的预防性干预措施，使得患者免受肿瘤切除的转移影响。未来在这一领域的新进展将提供有效的解决方案，使不可避免的外科手术变得更加安全有效。

“论肿道麻”述评

既往的研究发现外科手术可能会促进局部和远处肿瘤的复发，而现在最新的研究发现外科手术诱导的伤口愈合和组织修复途径可能激活预先存在的休眠恶性细胞，增加远处转移风险，但目前这个观点还未被广泛接受。手术切除作为癌症治疗的重要组成部分，新的问题亟需得到解答：PNS如何参与手术诱导的转移扩散？PNS如何成为改善患者生存和福祉的靶点？除了手术应激诱导的神经递质和神经介质、神经内分泌和应激激素、炎症和组织重塑细胞因子和趋化因子以及血管生长因子等已被证实的作用外，还需要考虑新的通路参与。了解神经免疫调节外科肿瘤转移的生物学意义和主要机制，将推进神经免疫肿瘤学领域，并为开发新的基于机制的围手术期预防性干预措施奠定坚实的基础，以保护肿瘤患者免受手术和活检手术的不良影响。

越来越多的癌症生物学家认识到神经系统对癌症会产生深远的影响。大脑或脊髓的神经活动可以直接促进原位或者浸润肿瘤的生长，中枢神经系统外部的神经元产生一系列信号分子可以影响广泛的癌症进展。更为复杂的是，神经系统对免疫系统以及肿瘤微环境中混合的各种各样的细胞的影响。需要强调的是，癌症以及癌症的治疗往往会扰乱神经系统，导致认知损伤、睡眠紊乱和慢性疼痛等一系列问题。因此，通过干预神经与肿瘤之间的信息交流，化学信号或电信号，改善肿瘤微环境，增强抗肿瘤免疫力，结合现有的肿瘤杀伤疗法可能会帮助患者改善患者生活质量，延长生存期。可以预见，“神经调控+抗肿瘤免疫”疗法具有极大的发展潜力和应用前景。

编译：黄勇；述评：翁梅琳

审校：张军、缪长虹

参考文献：  Shurin MR, Baraldi JH, Shurin GV. Neuroimmune Regulation ofSurgery-Associated Metastases. Cells. 2021 Feb 20;10(2):454. doi:10.3390/cells10020454. PMID: 33672617; PMCID: PMC7924204. 