肿瘤微环境在骨癌痛中作用的新进展

周佳宏，李 民

(北京大学第三医院 麻醉科，北京 100191)

随着医疗技术的发展，多数恶性肿瘤患者的生存期显著延长，但转移癌相关的骨病和疼痛尚未解决。世界卫生组织和国际疼痛组织已经将癌痛(cancer pain)确定为全球健康问题，75%～90%的晚期转移癌患者经历了严重癌痛[1]。

癌转移可以发生在身体的不同部位，其中骨骼是仅次于肺脏和肝脏的第三大转移部位，常见的恶性肿瘤,如前列腺癌、乳腺癌和肺癌等经常发生骨转移[1]。骨转移会导致患者疼痛、高钙血症、病理性骨折、脊髓或神经结构受压以及活动能力下降，严重影响患者的生活质量。其中，骨癌痛(bone cancer pain,BCP)是由癌在生长过程中导致组织损伤、炎性介质释放和骨中感觉神经纤维末梢损伤引起的。

骨癌痛形成的机制非常复杂，骨组织局部微环境的变化，如细胞外钙离子浓度过高、炎性因子的释放、破骨细胞的激活、酸性pH和缺氧以及肿瘤自身因素等(如肿瘤的占位效应及局部压力过度，压迫邻近组织)，影响甚至破坏感觉神经末梢，激活骨内膜上的感受器等。现有的抑制疼痛方法包括阿片类及双膦酸盐等药物治疗、放射治疗、化学药物治疗和手术治疗等，疗效有限，且会产生不同的不良反应。例如，阿片类药物随着使用时间的延长以及剂量的增加会引起恶心、头晕、便秘、呼吸抑制和成瘾等严重的不良反应；双膦酸盐类药物长期使用会产生发热、过敏、乏力、肌肉骨骼受损和肾功能衰竭等不良反应。因此，急需新的药物及方法来治疗BCP。本文主要综述了近年来肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)在BCP中作用的研究进展。

1 肿瘤微环境(TEM)的组成及性质

TME是肿瘤在人体系统中赖以生存的微环境，由肿瘤细胞、免疫细胞、间充质干细胞、成纤维细胞以及大量的细胞外基质等相互连接的网络组成。弱酸性是TME的显著特征之一，这是由于癌细胞过度增殖导致癌细胞糖酵解增加、组织缺氧，引起细胞内酸化。为了避免细胞内酸化，癌细胞通过质膜pH调节因子主动转运出乳酸和质子，从而导致肿瘤微环境酸化。同时破骨细胞、炎性细胞和免疫细胞等骨转移灶内的细胞也通过释放质子使细胞微环境酸化[2]。正常组织的细胞微环境pH值在7.4左右[3]，而大多数肿瘤组织的细胞微环境常呈酸性，pH值在6.2～6.9[4]。

2 酸性微环境对骨癌痛(BCP)的影响

质子释放造成的酸性条件会引起疼痛，酸性微环境可以激活支配骨的感觉神经元上的疼痛感受器如瞬时受体电位通道-香草素亚家族成员1(transient receptor potential vanilloid subfamily member-1，TRPV1)和酸敏感离子通道3(acid-sensing ion channels-3，ASIC3)，在酸性微环境中痛觉感受器的激活阈值降低，引起初级传入神经元敏化(sensitization)，最终导致BCP[5]。

2.1 TRPV1与骨癌痛(BCP)

瞬时感受器电位(transient receptor potential，TRP)超家族由大量的阳离子通道组成，其中TRPV1是一种非选择性阳离子通道，在感受外周伤害性刺激的初级传入神经元中高度表达，可以感知炎性疼痛、神经性疼痛和癌性骨痛(cancer-induced bone pain,CIBP)[6]。在肿瘤酸性微环境的作用下，感觉神经元上的TRPV1激活，进一步导致支配骨的感觉神经的激活和骨痛。在转移性骨癌痛大鼠模型中，经鞘内给予针对TRPV1的腺相关病毒介导的小干扰核糖核酸后，不仅能显著降低TRPV1在脊髓中的核糖核酸和蛋白的表达水平，而且能有效改善机械痛敏(mechanical hyperalgesia)和热痛敏(thermal hyperalgesia)[7]，因此调节脊髓中TRPV1的表达可能提供一种新的BCP治疗方法。

目前使用的大多数强镇痛药都是通过阿片受体起作用，其中μ阿片受体(mu-opioid receptor，MOR)激动剂是最常用的阿片类镇痛药物。最新研究设计了可以同时作用于MOR配体和TRPV1拮抗剂的双靶点化合物4-苄基-4-(二甲基氨基)哌替啶类似物，这种类型的化合物不仅能减少疼痛在周围和中枢神经系统的传输，也能减少单药使用相关的不良反应，因此具有双重作用的双靶点药物是一种有前途的新型镇痛药[8]。

2.2 TRP超家族的其他成员与骨癌痛(BCP)

TRP超家族中瞬时受体电位连接蛋白1(ankyrin type 1 of TRP，TRPA1)和瞬时受体电位通道-香草素亚家族成员4(vanilloid types 4 of TRP，TRPV4)主要存在于外周神经系统的伤害性神经元上，参与疼痛的传递和调节。

TRPA1在感知有害刺激(如机械刺激或冷热刺激)和传递急性和持续性疼痛状态(如炎性反应、癌痛和神经病理性疼痛)方面发挥着关键作用。TRPA1缺陷小鼠对冷板和机械刺激的行为反应受损[9]。HC-030031是一种选择性TRPA1拮抗剂，在癌性神经病理性疼痛模型中，注射HC-030031可瞬间逆转冷痛(cold hyperalgesia)，因此TRPA1可能为癌痛治疗提供新的思路[10]。

TRPV4是TRP家族的另一个阳离子通道，TRPV4缺陷小鼠表现出躯体机械性伤害感受阈值升高[11]。喹硫平是一种常用的非典型抗精神病药，在BCP小鼠模型中，喹硫平治疗组中BCP小鼠的TRPV4表达明显低于未接受治疗的BCP小鼠组，这表明喹硫平在BCP动物模型中具有镇痛作用，并暗示TRPV4是潜在的治疗BCP的方法[12]。

2.3 ASIC3与骨癌痛(BCP)

ASIC3(acid-sensing ion channel 3)是一种对电压不敏感的质子门控性阳离子通道，主要分布于感觉神经元，可以感知疼痛、机械和化学等多种感觉。ASIC3参与了与组织酸中毒有关的疼痛[13]：在转移性BCP大鼠模型中，大鼠骨骼被破坏,机械痛敏增加并且背根神经节神经元中ASIC3核糖核酸和蛋白的表达水平均上调，提示其可能参与了转移性BCP的发生和维持，而白藜芦醇可以通过激活细胞自噬信号通路下调ASIC3的表达水平并且逆转ASIC3介导的疼痛行为。因此调节ASIC3的表达可能是潜在的CIBP控制靶点。

3 肿瘤微环境(TEM)中的炎性介质对骨癌痛(BCP)的影响

肿瘤细胞在微环境中会分泌一些炎性介质，包括肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素6(interleukin-6，IL-6)、前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)、巨噬细胞集落刺激因子和表皮生长因子等，这些炎性介质可以敏化伤害感受器，并激活其他疼痛介质的释放。炎性介质的释放是引起和维持BCP的重要原因。下面将介绍肿瘤微环境中的IL-6、TNF-α和PGE2在BCP的作用。

3.1 IL-6

IL-6是一种炎性细胞因子，在损伤、炎性反应和感染状态时上调，并且在癌细胞增殖、迁移、侵袭、分化和血管生成等各个方面发挥重要作用。恶性肿瘤患者血清IL-6水平升高，直接参与痛觉纤维的敏化，并且介导了外周敏化和中枢敏化，表明它可能在BCP中发挥重要作用。同时IL-6还与促炎性因子的释放增加有关，这些促炎性因子可能参与癌的发展过程中的许多方面，包括癌引起的骨丢失和疼痛等[14]。IL-6有助于痛觉感受器的敏化，背根神经节上IL-6表达增强的下游靶点是 TRPV1，表明其与BCP的发生发展密切相关[15]。

在BCP模型大鼠中，新型小分子拮抗剂TB-2-081可以持续阻断IL-6信号通路，进而预防癌引起的破骨细胞激活、骨质丢失和骨折；急性阻断IL-6信号通路可以抑制癌引起的触觉过敏，持续阻断IL-6信号通路抑制癌引起的BCP，因此IL-6及其信号通路可能有助于BCP治疗[14]。

3.2 TNF-α

TNF-α是一种促炎细胞因子，对各种类型的慢性疼痛的发生发展至关重要。成年大鼠鞘内注射TNF-α,可以诱发机械痛敏和热痛敏，阻断TNF-α可以调控痛阈，显著降低痛觉过敏的形成[16]。TNF-α及其受体均在背根神经节中表达，并在神经损伤后表达上调，TNF-α还可以使TRPV1敏化，提示其在痛觉敏化中发挥重要作用[17]。TNF-α不仅可以通过诱导破骨细胞的分化创造酸性微环境，激活TRPV1引起BCP，而且自身也会引起疼痛包括BCP的形成[18]。

炎性介质可以诱导内质网应激，而内质网应激的抑制可以减少与疼痛相关的行为并减轻脊髓组织中炎性介质的产生。在小鼠转移性BCP模型中，抑制TNF-α触发的内质网应激可以通过调节神经炎性反应的产生来减轻BCP，这提示了减轻BCP的新方法[19]。在BCP模型大鼠，帕瑞昔布可以减轻大鼠痛觉过敏，增加疼痛阈值，下调脊髓中TNF-α的表达水平，并抑制脊髓炎性因子的上调来达到镇痛作用[20]。因此，TNF-α提供了开发治疗BCP药物的新方法。

3.3 PGE2

PGE2是体内最丰富的前列腺素，在炎性组织中富集，表现为发热、疼痛和血管高渗等[21]。PGE2可以通过致敏背根神经节来增强痛觉，引起慢性疼痛[22]。白细胞介素-1β可以通过刺激环氧化酶2的表达促进前列腺素的合成，前列腺素通过与其受体结合，使感觉神经敏化，从而产生骨癌痛。微粒体PGE合酶-1可以催化过氧化物内部的PGH2异构为PGE2，在小鼠转移性骨癌痛模型，微粒体PGE合酶-1缺乏可以减少PGE2的产生，从而减少骨质的破坏以及减弱疼痛行为，因此抑制微粒体PGE合酶-1可能在骨癌痛的治疗中具有临床应用价值[23]。

PGE2是改变神经元兴奋性的神经调节因子，而抗氧化肽钠通道主要表达于中小型背根神经节神经元及其纤维上，是治疗疼痛的潜在药物靶标，PGE2可以调节背根神经节神经元上的抗氧化肽钠通道，进而调节疼痛，因此，PGE2在BCP的治疗中具有重要意义[24]。

4 问题与展望

综上所述，肿瘤酸性微环境中炎性介质释放、阳离子通道痛觉感受器激活，在BCP的发生发展中具有重要作用。以上证据为调节肿瘤微环境，治疗BCP提供了新的思路。我们期待将肿瘤微环境作为潜在靶标，利用调节肿瘤微环境pH的物质，如乳酸转运蛋白抑制剂、质子泵抑制剂、碳酸酐酶抑制剂和碳酸盐缓冲剂，改变酸性环境，恢复免疫细胞功能，减少炎性介质的释放，最终减缓或抑制BCP的发生发展。靶向肿瘤微环境调节可能打破传统骨癌痛治疗的瓶颈，为BCP防治提供一种新的策略，为BCP治疗个性化精准化奠定基础。