Nature文獻(xiàn)解讀：感覺-交感神經(jīng)軸介導(dǎo)腫瘤-腦對話調(diào)控抗腫瘤免疫

近期，賓夕法尼亞大學(xué)Chengcheng Jin團(tuán)隊(duì)聯(lián)合耶魯大學(xué)Rui B. Chang團(tuán)隊(duì)在 Nature 上發(fā)表了一篇名為“Tumour–brain crosstalk restrains cancer immunity via a sensory–sympathetic axis” 的文章。明確了外周器官腫瘤與大腦之間的感知和響應(yīng)機(jī)制，解析腫瘤 - 大腦間的通訊如何調(diào)控腫瘤免疫，探究迷走感覺 - 交感神經(jīng)軸在腫瘤免疫抑制中的作用及分子機(jī)制，為內(nèi)臟器官癌癥的治療尋找新的靶點(diǎn)和策略。實(shí)體腫瘤受外周神經(jīng)系統(tǒng)分支支配，腫瘤神經(jīng)支配增加與癌癥不良預(yù)后相關(guān)，但大腦如何感知外周腫瘤、腫瘤 - 大腦通訊對腫瘤免疫的調(diào)控機(jī)制尚不明確；迷走神經(jīng)作為連接內(nèi)臟器官與大腦的主要內(nèi)感受系統(tǒng)，其感覺神經(jīng)元是否傳遞腫瘤微環(huán)境信號(hào)至中樞神經(jīng)系統(tǒng)、相關(guān)神經(jīng)環(huán)路如何影響癌癥發(fā)展也未被闡明，此為研究的核心科學(xué)問題。

01 研究方法
1 動(dòng)物模型構(gòu)建
采用由特定致癌基因突變與抑癌基因缺失共同驅(qū)動(dòng)的基因工程小鼠肺腺癌模型，構(gòu)建多種神經(jīng)亞型特異性工具小鼠、基因敲除小鼠及骨髓嵌合小鼠，結(jié)合自發(fā)成瘤與原位移植兩種策略建立肺腺癌模型，用于解析特定神經(jīng)亞型與信號(hào)通路在腫瘤進(jìn)展中的功能。

2 神經(jīng)示蹤與成像技術(shù)
利用腺相關(guān)病毒載體進(jìn)行神經(jīng)順行及逆行示蹤，結(jié)合組織透明化、三維組織成像、免疫熒光染色、原位分子雜交等技術(shù)，系統(tǒng)觀察腫瘤組織的神經(jīng)支配、腦內(nèi)神經(jīng)元激活狀態(tài)及神經(jīng)纖維分布特征。

3 單細(xì)胞與分子生物學(xué)技術(shù)
對迷走感覺神經(jīng)元進(jìn)行單細(xì)胞 RNA 測序，分析腫瘤微環(huán)境對神經(jīng)元轉(zhuǎn)錄組的影響；采用實(shí)時(shí)熒光定量 PCR、蛋白免疫印跡等技術(shù)檢測基因與蛋白表達(dá)水平，通過高效液相色譜‑電化學(xué)法測定神經(jīng)遞質(zhì)含量，并結(jié)合基因敲除、病毒轉(zhuǎn)染等手段實(shí)現(xiàn)靶基因的表達(dá)調(diào)控。

4 免疫與細(xì)胞功能檢測
運(yùn)用高維光譜流式細(xì)胞術(shù)分析腫瘤微環(huán)境內(nèi)免疫細(xì)胞亞群的比例與功能狀態(tài)；通過體外細(xì)胞培養(yǎng)體系，觀察神經(jīng)元軸突生長、巨噬細(xì)胞極化等細(xì)胞生物學(xué)行為；利用抗體介導(dǎo)的細(xì)胞耗竭及化學(xué)藥物耗竭法特異性清除關(guān)鍵免疫細(xì)胞，明確其在神經(jīng)調(diào)控腫瘤進(jìn)程中的作用。

5 化學(xué)遺傳學(xué)與藥理學(xué)干預(yù)
基于 Cre‑loxP 系統(tǒng)結(jié)合化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對靶神經(jīng)元的特異性激活或抑制；采用特異性毒素進(jìn)行化學(xué)性與基因性神經(jīng)消融；運(yùn)用受體激動(dòng)劑、拮抗劑等藥理試劑，對目標(biāo)神經(jīng)通路與信號(hào)分子進(jìn)行功能驗(yàn)證。

6 臨床數(shù)據(jù)分析
挖掘公共腫瘤數(shù)據(jù)庫中肺腺癌患者的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與臨床預(yù)后信息，通過單樣本基因集富集分析，探究迷走感覺神經(jīng)與交感神經(jīng)相關(guān)基因特征和患者生存期、免疫細(xì)胞浸潤的關(guān)聯(lián)，為基礎(chǔ)研究結(jié)果提供臨床轉(zhuǎn)化依據(jù)。

02 研究內(nèi)容
1 肺腺癌受迷走感覺神經(jīng)元特異性支配
利用組織透明化與三維成像技術(shù)，可觀察到肺腫瘤區(qū)域存在大量神經(jīng)纖維，且神經(jīng)纖維密度顯著高于鄰近正常肺組織。通過神經(jīng)示蹤實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，迷走感覺神經(jīng)可廣泛伸入并支配肺腫瘤組織。體外實(shí)驗(yàn)表明，腫瘤分泌的上清能夠誘導(dǎo)迷走感覺神經(jīng)元軸突生長，而正常肺組織上清無此作用；腫瘤細(xì)胞來源的神經(jīng)營養(yǎng)因子是介導(dǎo)這一神經(jīng)支配過程的關(guān)鍵分子。單細(xì)胞測序結(jié)果顯示，特異性支配肺部的迷走感覺神經(jīng)元在荷瘤狀態(tài)下發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)錄重編程，與神經(jīng)功能、免疫反應(yīng)及神經(jīng)生長相關(guān)的基因表達(dá)均出現(xiàn)上調(diào)。
 

圖1：LUAD由VSN支配

2 特定亞型迷走感覺神經(jīng)元特異性促進(jìn)肺腺癌進(jìn)展
神經(jīng)示蹤結(jié)果顯示，僅有特定亞型的迷走感覺神經(jīng)纖維存在于肺腫瘤組織中。選擇性消融該類神經(jīng)元可顯著降低肺腫瘤負(fù)荷，而消融其他亞型迷走感覺神經(jīng)元?jiǎng)t無明顯作用。進(jìn)一步鑒定發(fā)現(xiàn)，該類神經(jīng)元共表達(dá)兩類關(guān)鍵分子，構(gòu)成功能高度重疊的神經(jīng)元亞群。通過化學(xué)手段或化學(xué)遺傳學(xué)方法抑制該類神經(jīng)元，均可顯著抑制腫瘤生長、延長動(dòng)物生存期并改善腫瘤相關(guān)的體重下降。臨床樣本分析也顯示，相關(guān)神經(jīng)分子的高表達(dá)與患者不良預(yù)后顯著相關(guān)。

圖2：迷走神經(jīng)元NPY2R/TRPV1促進(jìn)LUAD生長
 

3 迷走感覺神經(jīng)元抑制抗腫瘤免疫應(yīng)答
組織成像顯示，腫瘤內(nèi)神經(jīng)周圍富集大量免疫細(xì)胞。功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)，清除關(guān)鍵免疫細(xì)胞后，消融迷走感覺神經(jīng)元所帶來的腫瘤抑制效應(yīng)完全消失，提示該神經(jīng)通路依賴宿主免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用。消融相關(guān)神經(jīng)元可顯著提高腫瘤微環(huán)境中效應(yīng)性 T 細(xì)胞的比例與浸潤數(shù)量，同時(shí)促使腫瘤相關(guān)肺泡巨噬細(xì)胞向非免疫抑制表型極化。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)，肺泡巨噬細(xì)胞是迷走感覺神經(jīng)元調(diào)控腫瘤進(jìn)展的關(guān)鍵靶細(xì)胞。
 

圖3：迷走神經(jīng)元NPY2R/TRPV1抑制抗腫瘤免疫

4 肺腺癌激活迷走感覺‑交感神經(jīng)中樞環(huán)路
在排除局部神經(jīng)反射機(jī)制后，研究發(fā)現(xiàn)肺內(nèi)相關(guān)迷走感覺神經(jīng)元的激活可誘導(dǎo)腦干特定核團(tuán)神經(jīng)元活化，且這一效應(yīng)在荷瘤狀態(tài)下更為顯著。消融該類迷走感覺神經(jīng)元可降低腦干交感運(yùn)動(dòng)前神經(jīng)元的激活水平，進(jìn)而減少外周交感神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)活化；抑制該腦干核團(tuán)同樣能夠抑制腫瘤生長。同時(shí)，迷走感覺神經(jīng)元消融可特異性降低腫瘤周圍交感神經(jīng)纖維密度與神經(jīng)遞質(zhì)水平，而不影響副交感神經(jīng)支配，且該變化早于腫瘤負(fù)荷的改變，提示交感神經(jīng)激活是迷走感覺信號(hào)輸入的下游效應(yīng)，而非腫瘤生長的繼發(fā)結(jié)果。數(shù)據(jù)庫分析顯示，同時(shí)高表達(dá)迷走感覺與交感神經(jīng)特征的肺腺癌患者，免疫浸潤水平更低、生存期更短。
 

圖4：VSN介導(dǎo)的內(nèi)感受通路驅(qū)動(dòng)肺TME中的交感傳出活動(dòng)

5 迷走感覺‑交感軸通過 β2 腎上腺素能信號(hào)抑制抗腫瘤免疫
向神經(jīng)缺失動(dòng)物回補(bǔ) β2 腎上腺素能受體激動(dòng)劑，可恢復(fù)腫瘤生長表型；敲除該受體基因則可顯著降低腫瘤負(fù)荷，且不再因神經(jīng)消融而產(chǎn)生額外抑瘤效應(yīng)，證實(shí) β2 腎上腺素能信號(hào)是該神經(jīng)軸的關(guān)鍵下游分子。骨髓嵌合實(shí)驗(yàn)表明，該信號(hào)通路主要通過免疫細(xì)胞發(fā)揮抗腫瘤調(diào)控作用。體外實(shí)驗(yàn)顯示，腫瘤相關(guān)肺泡巨噬細(xì)胞高表達(dá) β2 腎上腺素能受體，相關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)可通過該受體調(diào)控巨噬細(xì)胞的免疫抑制表型；清除肺泡巨噬細(xì)胞后，β2 腎上腺素能受體缺失所帶來的抗腫瘤效應(yīng)也隨之消失，證實(shí)肺泡巨噬細(xì)胞是該神經(jīng)信號(hào)的直接靶細(xì)胞。

圖5：迷走神經(jīng)感覺到交感神經(jīng)軸通過抑制抗腫瘤免疫β2肺泡巨噬細(xì)胞中的腎上腺素能信號(hào)傳導(dǎo)

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