β-肾上腺素能受体在乳腺癌发生发展中的作用

宋 莉，戴小斌，贾 琦，周银银，李晓曼，吴媛媛，陈文星,2，王爱云,2，陆 茵,2

(南京中医药大学1．药学院，江苏省中药药效与安全性评价重点实验室、2.江苏省中医药防治肿瘤协同创新中心，江苏 南京 210023)

乳腺癌发病率位居女性恶性肿瘤的首位，严重威胁女性身心健康[1]。目前，在现代医学技术手段下，乳腺癌患者的生存和预后都得到了极大改善，但仍有20%-30%的患者存在转移、复发的情况，其中心理因素是导致不良预后的一个重要原因。乳腺癌的发生发展与体内激素水平密切相关，与正常人相比，乳腺癌患者更容易出现焦虑、抑郁等不良情绪，导致儿茶酚胺等激素分泌紊乱，对患者的预后产生不利影响[2]。临床前研究表明，这些激素可作用于β-ARs促进乳腺癌的生长和转移，此外流行病学研究表明使用抑制剂阻断β受体可降低乳腺癌复发和远端转移的风险，显著提高无复发生存率，改善乳腺癌患者的预后[3]，提示β-ARs与乳腺癌的发生、发展密切相关。本文就β-ARs在乳腺癌发展中的作用作一综述。

1 β-ARs概述及其在肿瘤细胞生物学中的作用

人β-ARs基因位于5号染色体的长臂上，编码约1 200个碱基对的无内含子基因产物。该受体分为β1、β2、β3三种亚型，具有7个跨膜结构域，是G蛋白偶联受体超家族中的一员[4]，广泛存在于支气管、心脏及血管平滑肌等多种组织，在心脏功能、平滑肌松弛、血管扩张和能量代谢等生理功能的调节中具有重要作用。在肝、肾、肺、脑、肾上腺、乳腺、淋巴组织及脉管系统等肿瘤生长和转移的众多部位，β-ARs均有分布。β-ARs信号传导还可调节成纤维细胞、上皮细胞、周细胞和血管内皮细胞等几种癌细胞相关的细胞类型的生物活性，尤其是淋巴和免疫细胞。

β-ARs主要由儿茶酚胺类激素激活，进而介导下游生物学效应。在被称作“战斗或逃避(Fight-or-Flight)”的应激反应下，交感神经系统(sympathetic nervous system，SNS)兴奋，从局部交感神经纤维释放肾上腺素(epinephrine，EPI)和去甲肾上腺素(norepinephrine，NE)，并通过循环血液将其递送到肿瘤微环境中。这两种儿茶酚胺与β-ARs结合后，可活化G蛋白偶联受体介导的腺苷酸环化酶，再将三磷酸腺苷转化为环状3′-5′腺苷单磷酸(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)[5]。cAMP的大量生成主要通过两个下游效应系统调节多种生物学过程：(1)蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)被激活，随后磷酸化多种靶蛋白，包括β-肾上腺素能受体激酶(β-adrenergic receptor kinase，BARK)和cAMP反应元件结合蛋白/激活转录因子(cAMP responsive element binding protein/activated transcription factor，CREB/ATF)家族的转录因子。BARK募集β-arrestin抑制β-ARs信号传导并激活Src激酶，导致转录因子(如STAT3)和黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)等下游激酶活化。FAK激活可通过细胞骨架动力学以及细胞对凋亡的抗性来调节细胞的迁移和运动。Bcl-2家族成员BAD的PKA依赖性激活还可以使癌细胞对化疗诱导的细胞凋亡具有抗性。而PKA介导的CREB/ATF磷酸化可调节基因的表达，其诱导的转录改变可促进细胞由增殖转向分化，并协调转录组对应激的反应。(2)cAMP激活EPAC,与PKA/CREB共同通过RhoA调节ROCK活性来诱导细胞骨架重排和细胞迁移[6]。

上调转移相关基因(包括与血管生成、上皮-间充质转化及炎症相关的基因)的表达以及下调抗肿瘤免疫反应的基因的表达是β-ARs信号传导诱导的转录反应的一般模式。除了直接影响带有β-ARs的肿瘤细胞外，SNS激活还通过调节骨髓的生成、单核细胞/巨噬细胞的转录激活，以及血管内皮细胞和周细胞的生长和分化来调节肿瘤生物学。β-ARs对肿瘤微环境中基质细胞的作用通常与对肿瘤细胞的直接作用相协同，共同促进肿瘤细胞的生长和转移。

目前常用的β-ARs激动剂包括异丙肾上腺素(isoprenaline，ISO)、EPI和NE，β-ARs阻滞剂(β-adrenergic receptor blockers，BBS)则包括选择性拮抗β2-AR的ICI-118551和非选择性的普洛奈尔(propranolol，PROP)等。

2 乳腺癌中β-ARs的表达

正常乳腺细胞和乳腺癌细胞中均表达β-ARs。Vandewalle等[7]分别在人乳腺癌细胞系VHB-1、T47-D、MDA-MB-231、BT-20和MCF-7中发现了β-ARs的异常高表达，其中恶性程度最高的三阴性乳腺癌细胞系MDA-MB-231中β-ARs的表达最高。后来陆续有研究发现β-ARs在其他乳腺癌细胞中的表达，且相对于正常的乳房上皮部位，β-ARs在乳腺肿瘤中存在过表达现象。Montoya等[8]对乳腺癌患者的肿瘤组织和正常乳腺组织进行免疫组化分析，发现β-ARs在乳腺癌中显著高表达。从免疫组化的染色结果来看，β-ARs分布于整个乳腺肿瘤组织，而肿瘤基质中β-ARs的密度则显著降低。此外，流行病学研究表明，乳腺癌患者的不良预后与肿瘤中β-ARs的高表达有关[9]。

脂肪细胞是乳房微环境的主要组成部分之一，研究表明其可诱导促肿瘤信号的产生，促进乳腺癌的发生及肿瘤细胞的增殖和侵袭[10]。而儿茶酚胺不仅可直接作用于肿瘤细胞上的β-ARs，还可通过β-ARs途径促进脂肪代谢，参与乳腺癌的发生和发展。Avril等[11]使用EPI浸润脂肪组织的条件培养基体外处理MCF-7细胞，发现其可显著提高MCF-7的增殖速率。

3 β-ARs对乳腺癌发生、发展的影响及机制

乳腺癌的发病大多由遗传因素引起，但其与内源性和外源性因子的水平也有关。例如，长时间暴露于雌激素、无意识地暴露于日常的社会/心理压力源和化学致癌物质等均会增加罹患乳腺癌的风险[12]。临床前实验表明，β-ARs信号可诱导DNA损伤进而增加患乳腺癌的风险，并影响乳腺癌发展过程中的多个环节，尤其以β2-AR信号通路为主，主要通过肿瘤细胞的增殖、凋亡、血管生成及转移过程影响乳腺癌的进展[13]。

3.1 诱导DNA损伤各种诱导物对DNA的破坏通常被认为是导致癌症(包括乳腺癌)的重要因素。研究表明，慢性应激可诱导DNA损伤，促进衰老、肿瘤发生以及精神类疾病等，然而其诱导DNA损伤的机制尚不明确[14]。Hara等[15]证实，在乳腺癌动物模型中，儿茶酚胺类激素激活β2-AR，刺激Gs-PKA和β-arrestin，触发DNA损伤并抑制抑癌基因p53水平，从而协同作用导致DNA损伤的积累。Yamazaki等[16]使用NE处理人乳腺上皮细胞MCF-10A，发现其显著促进了组蛋白H2AX的磷酸化，这是DNA损伤的早期标志之一。

3.2 促进乳腺癌细胞的生长、代谢肿瘤的生长与增殖需要大量营养物质和氧气的供给，因此需要摄取大量的葡萄糖，代谢显著增强。Cui等[17]使用NOD/SCID免疫缺陷小鼠构建压力模型，发现压力导致的β2-AR的激活可调节肿瘤的糖酵解过程、增加其代谢产物乳酸脱氢酶A的表达，并通过USP28-MYC-SLUG途径增强乳腺癌细胞的干细胞样特性，最终促进肿瘤的生长增殖。Kang等[18]利用4T1细胞构建小鼠乳腺癌模型，发现β2-AR被ISO激活后，通过转录后调控影响癌细胞中己糖激酶-2的表达，促进肿瘤的葡萄糖代谢；而PROP可抑制4T1乳腺癌肿瘤的糖代谢和葡萄糖摄取。另外有研究发现，PROP通过抑制β-ARs信号，可降低乳腺癌细胞的Ki-67增殖指数，降低多种细胞周期蛋白的表达并增强其细胞中抑癌基因p53蛋白的表达，诱导乳腺癌细胞的凋亡，显著抑制晚期乳腺癌患者的肿瘤生长[19]。

3.3 促进乳腺癌的侵袭、迁移肿瘤细胞渗透基底膜、侵犯血管及淋巴管是肿瘤转移的重要步骤。细胞伪足促进肿瘤细胞向前移行的机制在于伪足附近细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的水解，而以MMP-2和MMP-9为主的基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs)在此过程中发挥主要作用，可降解ECM，维持其动态平衡。正常情况下，上皮细胞呈紧密连接状态，但在上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)过程中，其转化为松散的间质细胞，使得细胞间连接结构下调、相互作用减弱，细胞移动能力增强，具有转移和侵袭的能力。以上两种MMPs的过表达也在该过程中起到关键作用。Yamazaki等[20]将乳腺癌细胞MDA-MB-231用NE处理，发现NE可诱导活性氧产生，并促进血红素氧合酶-1、MMP-2和MMP-9基因的表达，提高乳腺癌细胞的侵袭性。Le等[21]发现慢性压力可通过炎症细胞的β-ARs信号传导，调节与肿瘤相关巨噬细胞相关的COX2-PEG2炎症通路，升高血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达，增加乳腺癌原发肿瘤内淋巴管的密度，并诱导引流原发肿瘤的淋巴管稳定扩张，增加淋巴液流量，从而增强肿瘤细胞通过淋巴管迁移扩散的能力。

3.4 诱导转移前微环境形成在特定位点形成有利于肿瘤转移的微环境，即肿瘤转移前微环境(pre-metastatic niche, PMN)是促进肿瘤转移的另一个重要因素。PMN的形成和转移性细胞的存活与巨噬细胞在PMN中的募集密切相关。Chen等[22]发现，β-ARs信号可在肿瘤转移前阶段促进单核细胞的增殖，同时上调肺部CCL2和单核/巨噬细胞表面CCR2的表达，使肺部的巨噬细胞大量积累，最终导致乳腺癌模型小鼠循环肿瘤细胞在肺部的转移定植显著增加。Sloan等[23]使用束缚的方式构建了小鼠的应激模型，发现慢性应激可增强乳腺癌细胞向远端组织(包括肺和淋巴结)的转移，但对原发肿瘤的生长影响很小。这种应激增强的转移是通过促进巨噬细胞的浸润介导的，应激同时诱导了转移前基因如Tgfb、Arg1和Csf1在原发肿瘤微环境中的表达。而PORP能够在很大程度上抑制巨噬细胞在肿瘤实质中的浸润，这表明β-ARs信号在应激介导的肿瘤转移中起着重要作用。

3.5 促进肿瘤血管生成肿瘤快速生长的过程伴随着大量血管的新生，新生血管是肿瘤扩散转移的媒介，并可为肿瘤细胞提供足够的能量。Chen等[24]发现，乳腺癌细胞中VEGF的表达可被NE上调，经NE干预的乳腺癌细胞的培养上清液促进了内皮细胞毛细血管样网络的形成。此外，将内皮细胞与乳腺癌细胞共培养，发现NE可激活内皮细胞的Notch通路，并显著上调乳腺癌细胞上Notch配体Jagged 1的mRNA和蛋白质水平。Notch通路是一种细胞接触依赖性的细胞间信号通路，与肿瘤细胞和间质细胞相互作用及血管生成密切相关。而NE引起的Jagged 1上调可被β2-AR、PKA和mTOR抑制剂逆转，表明β2-AR-PKA-mTOR途径参与了这一过程。

3.6 抑制肿瘤免疫肿瘤抗原可诱导机体T淋巴细胞产生免疫应答反应，但肿瘤细胞和抗原呈递细胞上的PD-L1可与T细胞表面的PD-1结合，降低抗肿瘤免疫反应。研究表明β-ARs信号可抑制机体对肿瘤的这种免疫反应。Kokolus等[25]分别在小鼠黑色素瘤、结肠癌、胰腺癌和乳腺癌模型中发现，相较于热中性温度(30-31) ℃，在标准温度下(20-26) ℃饲养的小鼠肿瘤形成、生长速率和转移显著增强。这是因为轻度的慢性冷应激可刺激β2-AR信号，使肿瘤微环境中抗原特异性CD8+T细胞、效应T细胞及其分泌的IFN-γ数量显著降低，而具有免疫抑制作用的骨髓来源的抑制性细胞和Treg细胞数量显著升高，从而抑制肿瘤免疫反应。

3.7 提高抗癌药物的耐药性使用化疗药物治疗乳腺癌的初期往往能取得不错的疗效，然而获得性耐药的产生却使药物失去了作用，是临床乳腺癌治疗面临的一大难题。如靶向人表皮生长因子受体-2(HER2)的曲妥珠单抗目前被用作HER2阳性(HER2+)转移性乳腺癌的一线治疗药物，以曲妥珠单抗为基础的治疗可提高乳腺癌患者的生存率，但有50%的患者在1-2年内会产生耐药性，这是目前治疗HER2+乳腺癌的主要临床问题[26]。Liu等[27]发现儿茶酚胺在体外和体内均可有效拮抗曲妥珠单抗的抗乳腺癌细胞增殖的作用，HER2+乳腺癌患者的曲妥珠单抗反应与其诱导的β2-AR的表达与呈负相关。深入探究曲妥珠单抗获得性耐药的分子机制，发现儿茶酚胺作用于β2-AR后，可激活HER2和STAT3来上调miR-21和MUC-1的表达，再通过PI3K/Akt/mTOR途径诱导曲妥珠单抗耐药。而BBS PROP不仅增强了曲妥珠单抗的抗肿瘤活性，还可恢复耐药细胞对曲妥珠单抗的敏感性。

4 BBS的使用对乳腺癌预后的影响

以上证据提示β-ARs可能是临床上治疗乳腺癌的一个新靶标。研究表明，使用该受体的阻滞剂可显著降低乳腺肿瘤的增殖[28]，或可提高乳腺癌患者的生存率、改善患者的预后。临床上，BBS广泛应用于心血管疾病的治疗，其作为治疗高血压的一线药物，已经用于患高血压的癌症患者的辅助治疗，且取得不错的效果。PROP、拉贝洛尔、美托洛尔、比索洛尔和阿替洛尔是目前临床上常用的BBS。Wang等[29]使用数据库检索文献，通过Meta分析评估了BBS与乳腺癌预后的关系。该研究纳入了10篇符合标准的文献，共19 999名患者，研究规模从466到9 817人不等，使用的BBS类型既有非选择性也有选择性受体阻滞剂，平均随访时间为1.3年至10.5年。有6例研究提示接受BBS可降低乳腺癌特异性死亡率，其中3例有统计学意义(HR=0.42;95%可信区间=0.18 -0.97;P=0.042)。两项研究报告显示复发和远处转移的风险均显著降低。另外一项研究表明，BBS可显著提高无复发生存率(HR=0.30;95%可信区间=0.10-0.87;P=0.027)。以上结果提示BBS的使用可能与乳腺癌患者改善预后有关，但大多数研究规模较小、随访时间相对较短，所以需要更大规模的研究来进一步探索BBS与乳腺癌预后之间的关系。

5 总结与展望

β-ARs的激活与乳腺癌的发生、发展密切相关，在乳腺癌的生长代谢、侵袭转移、血管生成、免疫抑制等方面起着重要的作用，还可损害抗癌药物的治疗效果，对乳腺癌患者的预后有不利影响，有望成为乳腺癌诊断、监测治疗效果、判断预后的生物标志物之一。近年来乳腺癌的治疗水平虽然有了较大进展，但患者仍面临着复发、转移的问题。且化疗药物和放射疗法会对患者产生心脏毒性，而BBS作为治疗心血管疾病的一线药物，常被用于肿瘤患者并发心脏疾病的治疗，使用BBS阻断β-ARs信号可改善乳腺癌患者的预后。这表明β-ARs或可作为治疗乳腺癌的新靶点，成为将来防治乳腺癌的有效方法之一，为乳腺癌患者带来福音。

目前针对乳腺癌的新的治疗靶点正在研究当中，但乳腺癌的异质性和单一靶点治疗产生的耐药性是药物开发过程中的关键问题。非选择性BBS PROP耐受良好、安全性高，临床上已被用于治疗婴儿血管瘤，而测试其对乳腺癌治疗效果Ⅱ期临床试验正在进行当中。PROP或许可与化疗药物联合使用，预防蒽环类药物引起的心脏毒性，并抑制术后应激造成SNS激活诱导的乳腺癌转移[30]。BBS是否可以作为乳腺癌辅助治疗的药物，尚需进行深入的探索与研究。另外，乳腺癌患者长期处于压力状态也会激活β-ARs，促进癌症的发展，这提示癌症患者应及时调整心态，保持良好的心情。