01?論文概要
2023年2月，南通大學陳罡教授課題組在《Brain, Behavior, and Immunity》上發(fā)表了題為“Schwann cell-derived CXCL2 contributes to cancer pain by modulating macrophage infiltration in a mouse breast cancer model”的研究論文，發(fā)現(xiàn)小鼠乳腺癌慢性疼痛模型中，在腫瘤應激下施萬細胞大量表達CXCL2誘導巨噬細胞浸潤到坐骨神經(jīng)中，并伴有機械超敏反應和持續(xù)的自發(fā)傷害感受。該文在細胞分子水平上豐富了人們對周圍神經(jīng)系統(tǒng)在腫瘤生長過程中的認識，貫通了巨噬細胞與周圍感覺神經(jīng)對腫瘤誘導疼痛的過程，為抗癌止痛藥的開發(fā)提供新的靶點。
02研究背景介紹
疼痛在癌癥患者中非常普遍，尤其是在疾病的晚期。癌癥疼痛會導致功能不良、日常活動受限、殘疾和生活質量的整體損害，現(xiàn)有的癌癥疼痛的治療主要是旨在減小腫瘤大小，包括放療、化療和手術，這些療法雖然可有效降低癌癥相關疼痛，但都伴有嚴重的不良副作用，而癌癥疼痛的機制仍不完全清楚。此外，癌痛的緩解通常是用阿片類藥物，然而其緩解癌痛的效果基本是微乎其微，并且由于其不良反應而被避免使用。巨噬細胞（macrophages）在神經(jīng)性疼痛中的作用已被廣泛研究，最近的研究表明，癌癥患者的神經(jīng)病理狀況受周圍神經(jīng)巨噬細胞浸潤的調節(jié)[1]。巨噬細胞的募集和擴增可能是由于趨化因子的上調，施萬細胞（Schwann cell）在巨噬細胞介導的疼痛中的作用首先在神經(jīng)性疼痛模型中得到證實[2]。神經(jīng)損傷后，施萬細胞可以產(chǎn)生趨化因子、細胞因子和細胞外蛋白以調節(jié)神經(jīng)炎癥和巨噬細胞浸潤。一系列趨化因子及其受體，包括CCL2 / CCR2，CXCL5 / CXCR2和CXCL12 / CXCR4，已被確定為癌痛調節(jié)的信號。這些趨化因子可能直接吸引免疫細胞，尤其是巨噬細胞，進而引起炎癥。由于腫瘤細胞與感覺神經(jīng)之間獨特的相互作用，癌痛的機制與其他慢性疼痛疾病不同，此外腫瘤微環(huán)境是由于其多種細胞成分，包括腫瘤細胞、浸潤淋巴細胞、神經(jīng)膠質細胞及其相互作用產(chǎn)物。而在腫瘤微環(huán)境中癌細胞，免疫細胞和神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用是如何影響癌痛的發(fā)作和持續(xù)性的機制也尚不清楚。
?
03結果分析與闡述
?
已有許多研究表明在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤細胞和炎癥細胞可以釋放許多作用于施萬細胞的介質，進一步傳播神經(jīng)炎癥[3]。癌細胞，免疫細胞和神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用如何影響癌痛的發(fā)作和持續(xù)性的機制尚不清楚。在此，作者首先通過 CXCR2 拮抗劑免疫阻斷或CXCL2中和性抗體靶向阻斷CXCL2/CXCR2 信號傳導（圖1 A-J），不僅可以強有力地減弱機械超敏反應和持續(xù)的自發(fā)傷害感受，還可以防止巨噬細胞在坐骨神經(jīng)中的募集。坐骨神經(jīng)施萬細胞中CXCL2的條件性敲低有效抑制癌細胞誘導的機械超敏反應、持續(xù)自發(fā)傷害感受和坐骨神經(jīng)巨噬細胞募集，進一步證實了這個結論（圖2 A-E）。這些結果表明，來源于施萬細胞的CXCL2誘導巨噬細胞浸潤周圍神經(jīng)，這可能與腫瘤誘導持續(xù)性自發(fā)傷害感受的發(fā)展有關。
?
圖1 CXCL2/CXCR2信號傳導的拮抗緩解了腫瘤誘導的持續(xù)自發(fā)傷害感受并減少了巨噬細胞滲入坐骨神經(jīng)
（圖源：Zhang YH, et al., Brain, Behavior, and Immunity, 2023）
?
圖2 坐骨神經(jīng)施萬細胞中CXCL2條件性敲低減輕了腫瘤誘導的巨噬細胞浸潤和體內持續(xù)自發(fā)傷害感受
（圖源：Zhang YH, et al., Brain, Behavior, and Immunity, 2023）
?
為了尋求腫瘤誘發(fā)性疼痛的巨噬細胞起源，作者通過腹膜內注射脂質體氯膦酸鹽（liposome clodronate）來消耗造血巨噬細胞。結果表明，巨噬細胞缺失不僅降低了腫瘤疼痛模型小鼠的機械超敏反應和持續(xù)的自發(fā)傷害感受時間，而且顯著降低了小鼠坐骨神經(jīng)中的巨噬細胞數(shù)量（圖3 F-I）。這些結果表明，腫瘤疼痛模型小鼠浸潤坐骨神經(jīng)的巨噬細胞主要來源于外周血液循環(huán)，而不是來自坐骨神經(jīng)常駐巨噬細胞的增殖。
?
圖3 巨噬細胞耗竭對神經(jīng)周圍癌細胞植入誘導的持續(xù)自發(fā)傷害感受和疼痛樣行為的影響
（圖源：Zhang YH, et al., Brain, Behavior, and Immunity, 2023）
?
進一步的機制研究表明，發(fā)現(xiàn)隨著CXCL2分泌的增加，施萬細胞中HIF-1α的表達也顯著增加（圖4 A），并且細胞內ROS水平呈下降趨勢（圖4 B-C）。Ref-1是HIF-1α轉錄活性的中樞調節(jié)因子[4]。Ref-1在老鼠乳腺癌細胞中的表達顯著高于正常乳腺組織，與施萬細胞共培養(yǎng)后進一步升高（圖4F）。E3330是一種特異性Ref-1抑制劑，可顯著緩解乳腺癌細胞誘導的施萬細胞中CXCL2表達的增加。在神經(jīng)周圍癌細胞植入后41、43、45和47天腹膜內注射E3330，結果表明，E3330顯著減輕了癌癥誘導的后爪機械超敏反應和持續(xù)的自發(fā)傷害感受（圖4 H-J）。這些證據(jù)都證實乳腺癌細胞釋放的 Ref-1 通過 HIF-1α/ROS 途徑誘導施萬細胞中 CXCL2表達增加。
?
圖4 乳腺癌細胞釋放的Ref-1通過HIF-1α/ROS途徑誘導雪旺細胞中CXCL2表達增加
（圖源：Zhang YH, et al., Brain, Behavior, and Immunity, 2023）
?
?
04?結果分析與闡述
?
綜上所述，該研究結合細胞生物學、免疫化學、動物行為學及統(tǒng)計學等多種手段，揭示了乳腺癌細胞釋放的Ref-1通過HIF-1α/ROS途徑誘導雪旺細胞中CXCL2表達的增加，從而吸引巨噬細胞到周圍感覺神經(jīng)來產(chǎn)生腫瘤誘導的疼痛樣行為。不足的是，該研究中的移植模型的局限性在于缺乏原位植入，此外也不能完全排除其他自分泌或旁分泌因子的作用，這些因素可能在癌細胞誘導的巨噬細胞浸潤中發(fā)揮作用，并且乳腺癌細胞對坐骨神經(jīng)神經(jīng)元及中樞系統(tǒng)的影響也值得繼續(xù)深入。
?
圖5 總結圖：施萬細胞分泌CXCL2募集巨噬細胞并引起癌痛的機制圖
（圖源：Zhang YH, et al., Brain, Behavior, and Immunity, 2023）
?
吉 凱 助 力
本文AAV9病毒由吉凱基因提供，助力高水平的科學研究。
?
通訊作者簡介：
陳罡，教授，博士生導師。中國科學院神經(jīng)科學研究所博士，哈佛大學醫(yī)學院、杜克大學醫(yī)學中心博士后、杜克大學醫(yī)學中心助理教授。現(xiàn)任南通大學醫(yī)學院院長，江蘇特聘教授，江蘇特聘醫(yī)學專家。
?
參考文獻（reference list）：
[1] Martyn, G.V., Shurin, G.V., Keskinov, A.A., Bunimovich, Y.L., Shurin, M.R., 2019. Schwann cells shape the neuro-immune environs and control cancer progression. Cancer Immunol Immun 68 (11), 1819-1829
[2] De Logu, F., Nassini, R., Materazzi, S., Goncalves, M.C., Nosi, D., Degl'Innocenti, D.R., Marone, I.M., Ferreira, J., Li Puma, S., Benemei, S., Trevisan, G., Souza, D., De Araujo, M., Patacchini, R., Bunnett, N.W., Geppetti, P., 2017. Schwann cell TRPA1 mediates neuroinflammation that sustains macrophage-dependent neuropathic pain in mice. Nat Commun 8 (1), 1887.
[3] Demir, I.E., Kujundzic, K., Pfitzinger, P.L., Saricaoglu, O.C., Teller, S., Kehl, T., Reyes, C.M., Ertl, L.S., Miao, Z., Schall, T.J., Tieftrunk, E., Haller, B., Diakopoulos, K.N., Kurkowski, M.U., Lesina, M., Kruger, A., Algul, H., Friess, H., Ceyhan, G.O., 2017. Early pancreatic cancer lesions suppress pain through CXCL12-mediated chemoattraction of Schwann cells. P Natl Acad Sci USA 114 (1), E85-E94.
[4] Malfatti, M.C., Gerratana, L., Dalla, E., Isola, M., Damante, G., Di Loreto, C., Puglisi, F., Tell, G., 2019. APE1 and NPM1 protect cancer cells from platinum compounds cytotoxicity and their expression pattern has a prognostic value in TNBC. J Exp Clin Cancer Res 38 (1), 309.