乳腺癌是严重威胁女性健康的恶性肿瘤，转移是导致患者死亡的主要原因。以往研究表明肿瘤神经支配与乳腺癌患者的不良预后相关，但感觉神经在乳腺癌转移中的具体作用和机制尚不明确。
2024年8月7日Sohail F Tavazoie 团队发表在《Nature》杂志上的一篇文章：Neuronal substance P drives metastasis through an extracellular RNA-TLR7 axis中，研究者团队通过研究乳腺癌中肿瘤神经支配与转移的关系。发现感觉神经促进乳腺癌转移，神经元SP通过TLR7轴驱动转移，阿瑞匹坦可抑制该轴。研究揭示了神经元活动与乳腺癌转移的关联，为治疗提供了新靶点。让我们一起来深入了解一下吧。
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一、亮点
1.揭示了神经与肿瘤转移的关系：首次详细阐述了肿瘤诱导的感觉神经元超活化通过神经肽 / 细胞外ssRNA感知轴调节乳腺癌转移进展的多个方面。
2.老药新用：确定了SP、TACR1、ssRNA和TLR7组成的神经元活性依赖的转移促进轴，并证明阿瑞匹坦可靶向该轴，抑制乳腺癌生长和转移。
3.提供直接分子证据：提供了神经元活动与细胞外RNA介导的关键致癌信号通路激活相关的直接分子证据，填补了该领域的研究空白。
二、背景介绍
乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一，其转移是导致患者死亡的主要原因。近年来，越来越多的研究表明肿瘤神经支配在乳腺癌的发生发展中起着重要作用。然而，关于感觉神经支配在乳腺癌转移中的具体机制尚不清楚。
在此背景下，该文章旨在深入探究感觉神经支配与乳腺癌转移的关系。通过三维共培养和体内转移实验，揭示了神经元SP通过TLR7轴驱动乳腺癌转移的分子机制。同时，该研究还发现临床使用的抗恶心药物阿瑞匹坦能够靶向这个神经—癌症轴，抑制乳腺癌的生长和转移。
三、主要结果
1.感觉神经元促进乳腺癌的侵袭、增殖和转移
在文章一开始的部分，研究者通过一系列实验，探究了感觉神经支配在乳腺癌转移中的作用。
① 感觉神经支配与乳腺癌转移的相关性：
对患者队列进行分析：通过对30例乳腺肿瘤的两个独立患者队列的分析，发现神经支配的增加与淋巴结播散的增加有关(图1a,b)。
② 肿瘤感觉神经支配程度比较：相对于等基因低转移性67NR肿瘤，4T1肿瘤的感觉神经支配程度明显更高(图1c)；高转移性肿瘤的感觉神经支配相对于等基因、低转移性肿瘤增加(图1d)；DRG内支配高转移性4T1肿瘤的神经元数量远高于支配67NR肿瘤的神经元数量(图1e)。这些发现表明感觉神经支配在具有较高转移倾向的乳腺肿瘤中增强。
③ 感觉神经元对乳腺癌转移表型的影响：
3D共培养系统实验：开发了一个3D共培养系统，包括67NR癌细胞球体和初级感觉神经元(图1f)。与DRG神经元共培养后，67NR乳腺癌球体的侵袭性(图1g、h）和增殖性(图1i)明显增强。
体内转移实验：DRGs显著促进67NR癌细胞集体侵袭周围肌肉(图1j)；使用辣椒素对4T1肿瘤进行感觉特异性去神经支配后(图1k)，肿瘤生长大大降低(图1l)，大转移瘤的数量也受到抑制(图1m)。
结论：这些发现证明了感觉神经支配在乳腺癌进展和转移中的必要性。
图1.感觉神经元促进乳腺癌的侵袭、增殖和转移
2.神经元SP驱动转移
癌细胞沿着神经迁移的过程被称为神经周围浸润，而这个过程需要直接的接触。然而，在研究者的共培养模型中，研究者没有检测到神经元和癌细胞之间的物理相互作用。因此，研究者对 DRG 神经元促进乳腺癌转移的机制进行了探究。
① 条件培养基实验：从67NR肿瘤- DRG共培养（DRG -CM）中收集条件培养基(图2a)，用其处理67NR癌细胞，发现 DRG 神经元的侵袭和增殖作用得以表型化(图2b,c)，表明存在分泌介质。
② 神经肽作用实验：测试三种常见 DRG 分泌的神经肽（CGRP、SP和甘丙肽）对67NR球体侵入胶原I的能力，发现SP和甘丙肽显著增加67NR球体侵入和增殖，SP作用最大(图2d)；Tac1 - /- DRG 神经元(Tac1编码SP前体蛋白)对 67NR 球体的侵袭性没有影响(图2e)，表明 DRG 神经元对乳腺癌细胞的侵袭作用需要神经肽 SP。
③ SP在肿瘤中的表达：SP在淋巴结转移患者的原发肿瘤中的表达高于局部疾病患者(图2f)；抑制细胞外SP可显著降低肿瘤生长和转移；缺乏宿主源性 SP 的小鼠原位肿瘤生长和转移明显减少(图2g - l)。
结论：神经元SP是乳腺肿瘤生长和转移的驱动因素。
3.SP导致ssRNA从癌细胞中释放
在确定神经元SP对乳腺肿瘤生长和转移的关键作用后，研究者对神经元SP驱动乳腺癌转移的分子机制进行了深入研究。
① SP释放与肿瘤细胞的关系：DRG 神经元的SP释放由细胞内钙增加引起(图3a)，与癌细胞共培养时DRG神经元表现出自发的钙峰值(图3b)，揭示了癌细胞和感觉神经元之间的双向串扰，即癌细胞增强感觉神经元活动，驱动SP释放，进而作用于肿瘤 TACR1驱动转移。
② SP驱动转移的分子基础：用DNase、RNase A或热失活处理DRG - CM，以确定其促侵袭作用的介质，结果发现：RNase A处理显著削弱DRG - CM促进67NR球体侵袭的能力(图3c)，证明ssRNA 是 DRG - CM 对乳腺癌细胞促侵袭作用的介质。同时在RNase A存在下，SP处理67NR球体完全消除了 SP 的侵袭促进作用(图3d），表明 SP 和 ssRNAs 可能通过共同途径驱动乳腺癌转移。
③ ssRNA 在乳腺癌转移中的作用：用类似ssRNA的ssRNA40处理67NR球体显著增加球体侵袭和增殖(图3e)，DRG - CM预处理67NR癌细胞可使其具有转移形成能力(图3f)，补充RNase的DRG - CM 预处理可抑制这种能力(图3g)。
④ SP导致 ssRNA 释放的机制：神经元SP可能通过细胞死亡诱导肿瘤细胞释放 ssRNA，与神经元共培养或用 SP 处理后癌细胞凋亡增加，添加泛caspase抑制剂可阻断DRG共培养和SP处理的促侵袭作用(图3i)，同时阻止 RNA 释放(图3j)。
结论：神经元SP导致一部分癌细胞亚群的细胞死亡，导致ssRNA的释放，从而驱动转移。
4.感觉神经元通过肿瘤TLR7发出信号，促进肿瘤转移
随后研究者对细胞外 ssRNAs 促进乳腺癌转移的机制进行了探究。
① 共培养实验：tlr7 缺失的乳腺癌球体与 DRG 神经元共培养后，没有表现出增强的侵袭性或增殖(图4a,b)。此外SP也不能促进Tlr7缺失的67NR球体的侵袭(图4c)。
② Tlr7缺失对4T1癌细胞的影响：在4T1癌细胞中，慢病毒shRNA介导的Tlr7缺失减少了体内肿瘤生长和转移(图4d-f)。
这些数据揭示了来自癌细胞的 ssRNA 物种的神经元依赖性释放以旁分泌方式通过 TLR7 信号驱动侵袭、生长和转移。
随后研究者假设：PI3K可能在肿瘤TLR7受体神经元激活的下游被激活。
验证：癌细胞中 TLR7 的缺失显著降低了磷酸化AKT (pAKT)的水平；三种独立的PI3K信号小分子抑制剂(buparisib, capivasertib和pictilisib)以剂量依赖的方式阻止DRG神经元诱导的肿瘤球体侵袭(图4g)。
最终结论：PI3K信号作为TLR7下游的MYD88独立机制，赋予乳腺癌细胞侵袭性表型。
图4.感觉神经元通过肿瘤TLR7发出信号，促进肿瘤转移
5.阿瑞吡坦抑制神经-癌症轴
阿瑞吡坦是一种TACR1的拮抗剂，临床上用于治疗恶心。随后研究者进行了关于阿瑞吡坦对乳腺癌作用的研究。结果显示阿瑞吡坦能显著抑制 4T1 癌细胞的肿瘤生长和转移进展(图5a-c)，在两个独立的PDX模型中也能显著损害肿瘤生长(图5d,e)。
最终确定了神经元SP的作用机制：神经元 SP 诱导少数 TACR1 高凋亡癌细胞释放ssRNA，ssRNA 以旁分泌方式作用于肿瘤 TLR7 受体，促进转移(图5f)。
这项研究提供了直接的分子证据，表明在上皮肿瘤中，神经元活动与细胞外RNA介导的关键致癌信号通路的激活有关。
四、讨论
该文章揭示了乳腺癌转移的新机制，即肿瘤诱导的感觉神经元通过SP - TLR7轴促进乳腺癌的生长、侵袭和转移，为乳腺癌的治疗提供了新的靶点。同时抗恶心药物阿瑞匹坦对该轴的抑制作用，为乳腺癌的治疗带来了新的希望，且因其安全性和耐受性，有望在临床中与标准治疗方案联合使用，作为抗转移的治疗方法。此外，该研究还强调了神经元活动在肿瘤进展中的重要作用，为肿瘤治疗开辟了新的方向，有助于深入理解肿瘤微环境与肿瘤细胞的相互作用
参考文献
Padmanaban V, Keller I, Seltzer ES, Ostendorf BN, Kerner Z, Tavazoie SF. Neuronal substance P drives metastasis through an extracellular RNA-TLR7 axis. Nature. 2024;633(8028):207-215. doi:10.1038/s41586-024-07767-5
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