慢性应激（Chronic Stress）在癌症患者普遍存在，越来越多的证据显示慢性应激参与包括肿瘤发生、进展、转移和耐药在内的多种过程，肿瘤微环境（TME）在慢性应激下发生了何种变化？具体通过何种机制？如何通过相关干预手段改善患者预后？
中南大学湘雅二医院肿瘤中心吴芳副教授团队针对该备受关注的领域进行综述，发表在高影响力国际期刊Frontiers in Cell and Developmental Biology《细胞与发育生物学前沿》（JCR1区，IF=6.684）。
由肿瘤诊断和治疗引起的慢性应激在癌症患者中非常常见。慢性应激可以通过持续激活下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴和交感神经系统（SNS）改变肿瘤微环境（TME），从而参与包括肿瘤发生、进展、转移和多重耐药在内的多种过程。应激性TME的特征为促癌免疫细胞和细胞因子比例增加、免疫支持细胞和细胞因子减少和功能障碍、血管生成增加、上皮-间质转化增强和细胞外基质受损。这种TME的变化可能会对癌症治疗和患者预后造成负面影响，而针对HPA、SNS激活或心理压力等方面的治疗可能有效改善这部分患者的预后。本文总结了慢性应激状态下TME的特征和其发生改变的机制、这些改变对抗肿瘤治疗的影响以及对存在慢性应激的肿瘤患者的辅助干预和治疗。
研究背景
精神压力、药物、手术等引起的慢性应激会造成HPA和SNS持续激活和压力激素（例如，儿茶酚胺和糖皮质激素）释放。儿茶酚胺和糖皮质激素分别激活属于G蛋白偶联受体（GPCR）家族的肾上腺素能受体和属于核受体家族的糖皮质激素受体，激活多个信号通路或直接改变基因转录。与急性应激造成的压力激素短暂分泌不同，儿茶酚胺和糖皮质激素的持续升高不仅可引起焦虑症、抑郁症等精神疾病，还参与多种恶性肿瘤的发生、进展、转移和耐药等。一项meta分析表明，应激相关的心理社会因素与高癌症发病率、癌症患者的低生存率和高癌症相关死亡率相关。因此，在癌症治疗中，慢性应激需引起足够重视。
TME由肿瘤细胞、肿瘤间质细胞和非细胞成分组成，它们之间的相互作用在很大程度上参与了癌症的形成、发展和多药耐药（MDR）。最初，慢性应激状态下HPA和SNS持续激活的促癌作用被认为主要取决于其对全身免疫功能的调节。而如今，广泛的研究揭示了慢性应激亦参与改变TME，从而参与促癌过程。
该综述主要关注慢性应激对TME的影响，并总结了慢性应激下TME的特征和发生这种改变的机制，在此基础上强调了慢性应激对抗肿瘤治疗的负面影响以及它们对制定全面抗癌策略的意义。
慢性应激下TME特征
慢性应激患者的TME与无慢性应激的恶性肿瘤患者相比，不同之处主要在与免疫细胞的类型、状态和数量，细胞因子的类别和数量，血管生成增强，上皮-间质转化（EMT）增强以及ECM受损。
通常，慢性应激对TME中免疫细胞的影响表现为免疫支持细胞数量下降和（或）功能受损、功能耗竭的免疫细胞和免疫抑制细胞数量增加（图1）。
应激和非应激TME中免疫细胞和细胞因子的比较
树突状细胞（DC）在肿瘤抗原呈递和适应性免疫的启动中至关重要。然而，在动物黑色素瘤模型中，慢性应激或暴露于糖皮质激素使DC无法完全成熟，不能有效地激活Th1细胞和CD8+T细胞，但已成熟DC的功能不受影响。
T淋巴细胞是癌症适应性免疫的主要力量，但慢性应激可导致免疫支持性T细胞减少和功能障碍以及免疫抑制性T细胞升高。在黑色素瘤小鼠中，DC成熟受损后TME中的细胞毒性T淋巴细胞（CTL）减少。内源性糖皮质激素分别抑制DC和T细胞对I型干扰素（IFNs）和IFN-γ的反应，从而影响上述细胞在小鼠TME中的分化或活化。内源性糖皮质激素可导致CD8+T细胞功能障碍，表现为T细胞抑制性共刺激分子PD-1、TIM-3和Lag3表达增加。在黑色素瘤动物模型和结肠癌动物模型中，β肾上腺素能受体（β-AR）的活化抑制了T细胞受体（TCR）的信号传导。调节性T（Treg）细胞中β2-AR的活化增加了其免疫抑制功能，降低了白细胞介素（IL-2）水平，并提高了CD4+Foxp3-T细胞分化成Foxp3+Tregs的百分比。在紫外线诱导的鳞状细胞癌肿瘤中，应激小鼠的抑制性CD25+细胞也增加。
自然杀伤（NK）细胞可以通过NK细胞毒性作用（NKCC）发挥抗癌作用，是肿瘤固有免疫中重要的细胞成分。手术导致的应激会降低黑色素瘤或Lewis肺癌小鼠血液中NKCC和NK细胞表达Fas配体和CD11a。在白血病和乳腺癌应激动物模型的血样中也观察到类似的NKCC功能受损。一项对42例卵巢上皮癌患者的研究发现，心理压力与较低的NK细胞毒性有关。另一项研究发现，在具有高心理应激水平的乳腺癌患者中，NKCC的受损与损伤免疫球蛋白样受体（killer immunoglobin-like receptors）的表达改变相关。
髓源性抑制细胞（MDSC）在慢性应激肿瘤患者的免疫抑制中发挥关键作用。手术导致的应激增加了TME中免疫抑制性MDSC的数量。同样，在另一种雄性应激动物模型中也检测到MDSC和Treg细胞增加。
巨噬细胞也是TME的重要组成部分，肿瘤可以通过其促进细胞增殖、血管生成和转移。抑郁评分较高的前列腺癌患者的TME表现出较高的CD68+肿瘤相关巨噬细胞（TAM）浸润，慢性应激也增加了卵巢癌动物模型中CD68+巨噬细胞的浸润。而且，在乳腺癌动物模型中，β2-AR活化促进巨噬细胞分化为具有免疫抑制性的M2亚型。
此外，癌症相关成纤维细胞（CAF）可通过细胞间接触、释放生长因子和重塑细胞外基质来调节TME。α2-AR的激活促进了成纤维细胞的生长和增殖，增加了TME中生长因子的浓度。
应激TME中肿瘤细胞和基质细胞的细胞因子均表现出促癌特性（图1）。糖皮质激素可减少动物黑色素瘤模型TME中产生IFN-γ的细胞数量和IFN-γ的浓度。在乳腺癌动物模型中，TME中MDSC增加可上调转化生长因子-β1（TGF-β1）、血管内皮生长因子（VEGF）和白细胞介素-10（IL-10），且糖皮质激素可上调卵巢癌细胞上TGF-β受体Ⅱ型的表达，增强其对TGF-β1的反应性。在前列腺癌动物模型中，β-AR的激活增强了神经肽Y（NPY）的分泌，从而促进了TAM转运，并且，由于TAM活化和β-AR信号诱导，肿瘤细胞分泌的IL-6水平升高。在慢性应激患者的卵巢上皮癌组织中检测到TAM分泌的基质金属蛋白酶（MMP）-9的升高。VEGF、MMP-2、MMP-9在卵巢癌应激动物模型和另一种肺癌应激动物模型中的表达增加，在去甲肾上腺素处理的鼻咽癌肿瘤细胞中亦检测到相同的表达上调。另外，在口腔癌动物模型中也观察到VEGF和MMP-2的类似上调，在去甲肾上腺素处理的人黑色素瘤细胞系中也观察到VEGF、IL-8和IL-6的表达上调，在肾上腺素处理的离体人乳腺癌和结肠癌外植体以及慢性应激暴露小鼠的乳腺肿瘤中检测到PGE2分泌增加。此外，在卵巢癌应激动物模型中进行的细胞因子分析显示包括血小板源性生长因子AA（PDGF-AA）、上皮细胞源性中性粒细胞激活肽（ENA-78）、血管生成素、VEGF、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、IL-5、脂质运载蛋白2、巨噬细胞移动抑制因子（MIF）和转铁蛋白受体（TfR）等在内的大量细胞因子上调。
TGF-β家族信号在EMT中至关重要，TGF-β1在应激TME中明显上调，说明慢性应激可促进EMT。高浓度TGF-β1诱导乳腺癌应激动物模型肿瘤细胞EMT，促进肿瘤转移，此外，慢性应激通过也可以通过激活miR-337-3p/STAT3通路介导EMT。
慢性应激下TME变化的分子学机制
慢性应激状态下TME的变化主要由肾上腺能受体和糖皮质激素受体介导。由于SNS持续激活，实体瘤组织中儿茶酚胺浓度升高（循环血液中儿茶酚胺浓度升高和局部交感神经元分泌均可使TME中儿茶酚胺浓度升高）。此外，由于HPA轴持续激活，内源性糖皮质激素在血液中的浓度增加。需要指出的是，TME中增强的β-肾上腺素能信号和糖皮质激素信号不仅可由慢性应激诱导，还可由缺氧诱导。
α-AR信号可以介导TME改变。α-AR有两种亚型，包括α1-AR和α2-AR，均属于GPCR家族。α1-AR的激活通过PLC-IP3/DAG途径导致细胞内钙浓度增加，而α2-AR的激活导致腺苷酸环化酶抑制，从而降低细胞质钙和cAMP的浓度（图2）。
图2 作用于TME的慢性应激诱导的信号通路
三种β-AR亚型中的两种——β2-AR和β3-AR表达于多种肿瘤细胞及相关细胞的胞膜上，如免疫细胞、成纤维细胞和上皮细胞等，参与肿瘤β信号传导。肾上腺素和去甲肾上腺素与β-AR结合后，使鸟苷酸环化酶激活，导致短暂的环磷酸腺苷（cAMP）升高，从而激活蛋白激酶A（PKA）和腺苷酸环化酶激活的鸟嘌呤核苷酸交换蛋白（EPAC）。后两种蛋白可激活多种细胞内通路，上调或下调基因转录，与炎症、血管生成、组织侵袭及远处转移相关（图2）。
糖皮质激素可由肾上腺皮质产生并易位至肿瘤，也可由TAM在局部产生。糖皮质激素受体（GR）位于细胞内，一旦被糖皮质激素激活，可与热休克蛋白解离并转移到细胞核，通过与DNA的直接相互作用诱导转录激活或抑制基因表达。例如，在慢性应激状态下，TSC22D3通过上调糖皮质激素信号，进而抑制DC对I型IFN的敏感性和IFN-γ+ T细胞活化反应（图2）。
慢性应激对抗癌治疗的影响
TME在肿瘤治疗中的重要性已被广泛认可。而慢性应激下的TME对包括化疗、免疫治疗和靶向治疗在内的肿瘤治疗均具有负面影响。
慢性应激诱导的糖皮质激素上调对癌症的化疗具有不利影响。体外实验发现，地塞米松可增加卵巢癌细胞对细胞外基质的粘附及对顺铂和紫杉醇的耐药性。在慢性应激小鼠模型中，基于奥沙利铂（OXA）的化疗效果受到了很大程度的影响。在接受化疗的三阴性乳腺癌（TNBC）患者中，糖皮质激素受体（GR）的高表达与无转移生存期缩短相关。
内源性儿茶酚胺，如去甲肾上腺素和肾上腺素，也会干扰化疗。儿茶酚胺可降低癌细胞p53蛋白浓度，增加该类细胞的遗传不稳定性，显著抑制紫杉醇和顺铂诱导的卵巢癌细胞凋亡。相反，抑制应激相关通路可以增强化疗对癌症患者的治疗作用。
慢性应激诱导的CD8+ T细胞和CTL减少会导致黑色素动物瘤模型中癌症疫苗治疗失效。在动物模型和黑色素瘤患者中，内源性糖皮质激素信号诱导的CD8+ TIL功能障碍与检查点阻断失效相关。在慢性应激状态下，抗PD-L1治疗在膀胱瘤小鼠中诱导Treg细胞浸润增加，而CD8+ T细胞数量减少。因此，慢性应激可削弱抗PD-L1免疫治疗的效力。
糖皮质激素可启动TSC22D3分子转录，后者在应激诱导的免疫抑制中发挥重要作用，可以降低肿瘤疫苗和PD-1免疫治疗的疗效。此外，慢性应激状态下，外周血白细胞介素-2（IL-2）受体的表达下调，可影响IL-2免疫治疗肾细胞癌患者的治疗疗效。
由于慢性应激增加了TME中VEGF的分泌，所以慢性应激也可能降低抗血管生成药物的疗效。慢性应激和外源性去甲肾上腺素显著削弱了舒尼替尼在结直肠癌和黑色素瘤动物模型中的疗效，而这正与β-AR-cAMP-PKA信号通路激活上调VEGF的表达有关。
针对慢性应激的抗癌治疗和干预措施
β-受体阻滞剂，如普萘洛尔和美托洛尔，可阻断儿茶酚胺与β-AR的相互作用，从而抑制上述β-AR信号诱导的促癌作用。阻断β-AR可中断耗竭T祖细胞的分化，并减少TME中功能耗竭T细胞的数量。普萘洛尔减少了慢性应激小鼠TME中MDSC的蓄积，并成功控制了肿瘤生长。阻断β-AR还可增加肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）的糖酵解和氧化磷酸化，从而导致CD28表达增加和抗肿瘤功能增强。此外，普萘洛尔还可通过抑制NF-κB-VEGF/EGFR/COX-2通路增强胃癌细胞体外对放射线的敏感性。
联合给予普萘洛尔和环氧合酶-2抑制剂依托度酸可提高黑色素瘤或Lewis肺癌小鼠的生存率。一项前瞻性研究显示，普萘洛尔联合化疗可显著改善卵巢上皮癌患者的生活质量（QOL）。
将普萘洛尔与免疫检查点抑制剂联合应用可能提高靶向治疗的疗效。LUX-Lung3研究的探索性分析显示，与接受阿法替尼单药治疗的患者相比，接受β受体阻滞剂联合阿法替尼治疗的NSCLC患者的PFS显著延长（中位11.1个月vs. 6.9个月，p=0.0001），表明β受体阻滞剂与抗EGFR治疗联合存在协同效应。
由于免疫治疗的疗效依赖于免疫支持性TME，β受体阻滞剂可能是免疫治疗的理想伴侣，因为其能够抑制β-AR诱导的TME恶化。普萘洛尔诱导的CTL密度增加和PD-1表达减少增强了抗PD-1药物和STxBE7肿瘤疫苗的有效性；在乳腺癌动物模型中，普萘洛尔可增加IL-12、IL-17、1L-2和IFN-γ的浓度。一项I期临床研究显示，普萘洛尔和帕博利珠单抗联合用于转移性黑色素瘤的一线治疗具有良好的安全性和有效性。另一项meta分析发现，β受体阻滞剂可显著改善黑色素瘤患者的DFS（HR 0.03，95%CI 0.01~0.17）和OS（HR 0.04，95%CI 0.00~0.38），但其作用具有肿瘤特异性。
其他一些针对慢性应激诱导炎症信号的策略在临床实践中显示出良好的疗效。如抗VEGF药物——贝伐珠单抗，目前广泛用于各种实体瘤，与化疗、免疫检查点抑制剂、抗EGFR治疗和PARP抑制剂联合显示出良好的疗效。抗IL-6或抗IL-6受体药物，如托珠单抗和司妥昔单抗，虽然在癌症治疗中未显示出令人满意的疗效，但托珠单抗已广泛用于治疗CAR-T细胞毒性诱导的细胞因子释放综合证。
讨论
综上所述，慢性应激状态下TME的特征表现为免疫抑制细胞的数量增加和功能增强，免疫抑制细胞的数量减少和功能受损，以及与之对应的细胞因子变化，这些改变继而导致显著的血管生成，促进肿瘤细胞增殖和增强EMT。HPA和SNS持续激活介导了这些TME的改变。这些改变可能会降低抗肿瘤治疗的疗效，如化疗、免疫治疗和靶向治疗。α受体阻滞剂、β受体阻滞剂、抗抑郁药以及可以减轻应激的干预措施（如冥想和正念）可减少慢性应激的负面影响，因此，肿瘤科医生对慢性应激患者采取治疗时应对这些问题给予关注。
尽管如此，目前关于慢性应激和TME相互作用的研究尚有不足，例如缺乏对组内动物应激水平的评价和动物模型研究前应激水平的评估。因此，研究人员应重视应激定量化的重要性，并在确定治疗方案前检测血清糖皮质激素和儿茶酚胺水平等以控制潜在的偏倚。
作者简介
中南大学湘雅二医院肿瘤中心
中南大学湘雅二医院科研部副主任
肿瘤大数据智能化应用湖南省工程研究中心副主任湖南省优秀青年基金获得者
中华医学会肿瘤学分会青年委员会委员
中国医师协会肿瘤多学科诊疗专委会委员
国家远程医疗与互联网医学中心肺癌专委会副主委中国临床肿瘤学会(CSCO)青委会常委
中国临床肿瘤学会(CSCO)非小细胞肺癌专委会委员湖南省医师协会肿瘤医师分会青委会主委
湖南省医学会肿瘤康复与姑息治疗专委会青委会副主委湖南省医学会肿瘤学专委会肺癌学组副组长
第一/通讯作者在LancetOncology、JITC等杂志发表论文
2020年美国临床肿瘤学会(ASCO)口头报告
主持国家级、省部级项目十余项
苏公网安备32059002004080号
