TEL:17312606166（魏經理）
美鳳力臨床前大動物實驗中心
17312606166
為了對付癌癥，科學家在上世紀70年代就提出了著名的“饑餓療法”，即通過抑制腫瘤生長所需的血管生成，阻斷其獲得氧氣和養分，從而最終“餓死”腫瘤。盡管這種療法能夠對多種癌癥產生強烈的抗腫瘤作用，但令人驚訝的是，癌細胞可以利用腫瘤微環境（TME）在營養不良的環境中茁壯成長。 神經也是TME中不可或缺的細胞成分。人們普遍認為，外周神經（包括交感神經、副交感神經和感覺神經）參與了TME的構建，可調控癌癥發生和進展。有趣的是，一項最新研究發現，一種依賴于外源性絲氨酸的胰腺癌細胞亞型可利用神經來供應絲氨酸，表明癌癥相關神經與TME中的癌癥代謝存在著廣泛的聯系，但這種聯系在很大程度上還不為人所知。 上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院口腔頜面-頭頸腫瘤科季彤/王旭/孫樹洋領導的研究團隊近日在《Cell Metabolism》雜志上發表論文，首次揭示了癌細胞能夠利用傷害性感覺神經（nociceptive nerves）在營養不良的環境中生長，而破壞癌細胞與傷害性感覺神經之間的相互作用可以有效提高饑餓療法的抗腫瘤效果。 《Cell Metabolism》（https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.10.012） 
研究材料與方法
此次研究以口腔鱗狀細胞癌（OSCC）為模型，對100多名患者的樣本開展了分析。研究者還利用OSCC細胞系Cal27和黑色素瘤細胞系B16F10構建了小鼠舌異種移植模型。在分析CGRP蛋白的作用時，研究人員使用了賽業生物提供的Calcaflox/flox和Rosa26Calca/Calca小鼠。他們利用不同的AAV載體在舌黏膜的傷害性感覺神經中表達轉基因，并通過高劑量的辣椒素來進行去神經化處理。研究者還使用了PET-CT成像、3D培養和轉錄組測序等方法。
技術路線
01通過小鼠舌異種移植模型，發現癌癥相關的傷害性感覺神經促進腫瘤生長
02體外和體內實驗表明，傷害性感覺神經介導的促生長作用依賴于低糖環境
03信號阻斷和siRNA等實驗表明，神經源性CGRP在低糖環境下介導了傷害性感覺神經對癌細胞的生長促進作用
04神經源性CGRP在癌細胞中誘導保護性自噬，而自噬依賴于Rap1-GTPase信號通路的激活
05通過Rimegepant破壞癌細胞與傷害性感覺神經之間的相互作用，可增強營養饑餓療法的效果
研究結果
1.傷害性感覺神經在低糖環境下促進癌細胞生長
口腔鱗狀細胞癌的特征之一是患者報告疼痛和神經周圍浸潤（PNI）發生率較高。研究人員在分析小鼠腫瘤和人類患者后發現，OSCC中存在高密度的TRPV1+傷害性感覺神經。降鈣素基因相關肽（CGRP）通?？勺鳛閭π愿杏X活動的分子指標。他們發現，CGRP在OSCC組織的癌癥相關傷害性感覺神經中被檢測到，而且CGRP+傷害性感覺神經比例較高的患者總生存率較低，提示傷害性感覺神經在OSCC進展中起作用。
為了進一步研究傷害性感覺神經在癌癥進展中的作用，研究人員在小鼠的舌粘膜下層分別了接種了人類OSCC細胞系Cal27和黑色素瘤細胞系B16F10，以建立小鼠舌異種移植模型。所有移植物都檢測到了神經生態位和高比例的CGRP+神經。小鼠血漿中的鼠類CGRP從第8天開始緩慢增加，這表明小鼠的傷害性感覺活動升高。在使用高劑量的辣椒素削弱傷害性感覺神經后，Cal27和B16F10腫瘤均變小了，表明癌癥相關的傷害性感覺神經有助于腫瘤生長。
接著，研究人員探討了傷害性感覺神經如何促進腫瘤生長。在小鼠舌異種移植模型中，腫瘤組織中葡萄糖含量的下降幅度比鄰近的正常組織明顯更大，表明腫瘤在口腔黏膜中快速消耗葡萄糖。同時，舌異種移植物中的應激反應蛋白和糖酵解酶水平更高，表明高的糖酵解活性可能促成了OSCC腫瘤的低糖環境。
在低糖條件下，三叉神經節條件培養基（TG CM）的培養促進了腫瘤細胞的生長。研究人員利用Cal27細胞開展體外實驗，表明在低糖環境下，傷害性感覺神經會促進癌細胞增殖。之后，研究者在小鼠身上開展實驗，采用30%的葡萄糖水迫使異種移植瘤中的葡萄糖含量升高。研究者發現，腫瘤內葡萄糖含量的增加逆轉了去除傷害性感覺神經介導的抗生長作用。這些體外和體內實驗表明，傷害性感覺神經介導的促生長作用依賴于低糖環境。
2.神經源性CGRP介導了傷害性感覺神經的促生長作用
神經可釋放多種分子來調節TME，包括代謝物、神經肽和核酸。研究人員推測，培養基中的分泌型活性蛋白介導了傷害性感覺神經的促生長作用。于是，他們使用Rimegepant（CGRP受體拮抗劑）來阻斷CGRP信號，發現TG CM介導的細胞生長被顯著抑制。同時，通過siRNA敲低CGRP結合蛋白（CLR或RAMP1）也能達到類似的效果，表明體外傷害性感覺神經對癌細胞的生長促進作用部分源于神經源性CGRP。
體內實驗進一步證實了這些結果。研究者利用Calcaflox/flox和Rosa26Calca/Calca小鼠（由賽業生物提供）開展的實驗表明，在條件性敲除舌黏膜傷害性感覺神經中的Calca（CGRP編碼基因）后，B16F10舌異種移植物的生長受到顯著抑制。這些結果表明，神經源性CGRP在低糖環境下介導了傷害性感覺神經對癌細胞的生長促進作用。
神經源性CGRP介導了傷害性感覺神經對癌細胞的生長促進作用[1]
研究人員進一步分析后發現，在與高CGRP神經生態位鄰近的腫瘤區域，Ki67+癌細胞比例更高。腫瘤組織中CALCA水平較高的患者的總生存期和無病生存期較差。與健康供體相比，OSCC患者的術前血漿CGRP水平明顯更高。此外，在人類OSCC組織中，CLR和RAMP1都在癌癥相關神經生態位周圍的癌細胞中表達。由此可見，神經源性CGRP及其受體CLR在OSCC進展過程中異常升高，并與患者結局較差相關。
3.神經源性CGRP誘導癌細胞的保護性自噬
為了深入了解神經源性CGRP在低糖環境下的作用機制，研究人員比較了在高糖和低糖培養條件下的Cal27細胞的轉錄組，發現僅在低糖培養條件下表達變化的基因與多條自噬途徑顯著相關。在低糖培養條件下和2-DG處理后，采用rhCGRP處理Cal27細胞會提高LC3B-II水平，并降低p62水平，且細胞中的自溶酶體和自噬體數量上調。同樣地，TG CM可顯著誘導OSCC PDE癌細胞的自噬通量，而Rimegepant可拮抗自噬通量。這些結果表明在低糖環境中，傷害性感覺神經通過神經源性CGRP誘導癌細胞的保護性自噬。后續的分析發現，CGRP誘導的細胞保護性自噬依賴于Rap1-GTPase信號通路的激活。Rap1激活通過破壞mTOR與Raptor的相互作用而抑制mTOR的磷酸化。
4.在低糖環境下，癌細胞利用傷害性感覺神經產生CGRP
接下來，研究團隊又反過來思考：癌細胞如何影響TME中的傷害性感覺神經？研究者發現，與癌細胞共培養會導致三叉神經節中的Calca水平升高，而對癌細胞進行低糖培養和2-DG預處理會導致Calca水平明顯升高，表明低糖環境會在某種程度上增加癌細胞對傷害性感覺神經的影響。進一步分析發現，在低糖條件下，癌細胞通過上調神經生長因子NGF的表達來促進傷害性感覺神經分泌CGRP，而癌細胞分泌NGF依賴JNK-c-Jun通路。體內實驗也證明了這一點，癌細胞在低糖環境下利用傷害性感覺神經產生CGRP。
5.破壞癌細胞與傷害性感覺神經之間的相互作用
破壞癌細胞與傷害性感覺神經的互作可增強饑餓療法的抗腫瘤效果[1]
研究人員推測，破壞癌細胞與傷害性感覺神經之間的相互作用可增強營養饑餓療法的效果。他們發現，糖酵解抑制劑（2-DG、Lonidamine）和血管生成抑制劑（Anlotinib和Bevacizumab）這兩類饑餓療法會加劇癌細胞與傷害性感覺神經之間的惡性循環。不過在與Rimegepant（CGRP受體拮抗劑）聯合使用后，饑餓療法的抗腫瘤效果可有效提高。Rimegepant目前已在國內外上市，可用于偏頭痛的治療和預防。
研究結論
癌細胞在營養不良的環境中生長的機制示意圖[1]
總的來說，這項研究發現，缺乏營養的環境啟動了癌細胞與傷害性感覺神經之間的惡性循環。癌細胞產生的神經生長因子利用傷害性感覺神經產生CGRP，進而促進癌細胞的保護性自噬。利用一種獲批上市的偏頭痛藥物來阻斷神經源性CGRP，可以顯著提高饑餓療法的治療效果。
原文檢索：
[1]Zhang et al., Cancer cells co-opt nociceptive nerves to thrive in nutrient-poor environments and upon nutrient-starvation therapies, Cell Metabolism (2022), https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.10.012
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