導(dǎo)讀
胃腸道包括一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，腫瘤上皮細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞和其他細(xì)胞類型以及腸道內(nèi)的微生物和代謝物之間有大量的功能相互作用的機(jī)會(huì)。在這篇綜述中，研究者主要關(guān)注胃腸癌與中樞和腸神經(jīng)系統(tǒng)之間的相互作用。雖然這一方面以前的研究不足，但是近些年迅速興起的研究領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，特別是對(duì)神經(jīng)在食管、胃、胰腺和結(jié)腸腫瘤的發(fā)展和進(jìn)展中的作用有了更好的理解。癌癥神經(jīng)科學(xué)為促進(jìn)研究者對(duì)神經(jīng)-癌癥相互作用是怎樣促進(jìn)消化道腫瘤形成的理解提供了巨大的希望。由此產(chǎn)生的機(jī)制見解可用于識(shí)別診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物，并開發(fā)新的治療干預(yù)措施。
原名：Exploiting unique features of the gut-brain interface to combat gastrointestinal cancer
譯名：利用腸-腦界面的獨(dú)特特征來對(duì)抗胃腸癌
期刊：The Journal of Clinical Investigation
IF：14.808
發(fā)表時(shí)間：2021.5
通訊作者：Jean-Pierre Raufman
通訊作者單位：馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院
3 特定 胃腸道 癌與腸道神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相互作用
人們?cè)絹碓接信d趣了解神經(jīng)元在非中樞神經(jīng)系統(tǒng)癌癥，特別是胃腸道癌癥的發(fā)生和發(fā)展中的作用。盡管如此，癌癥和神經(jīng)系統(tǒng)之間的許多相互作用是高度依賴于環(huán)境的。因此，食管、胃、胰腺和結(jié)腸神經(jīng)支配的差異會(huì)影響神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的串?dāng)_。腸癌與腸道微生物群和其他糞便成分以及專門的腸道免疫系統(tǒng)的獨(dú)特接觸增加了復(fù)雜性。認(rèn)識(shí)到這種腫瘤微環(huán)境的重要性引起了人們對(duì)“生態(tài)療法”的興趣，在這種療法中，滋養(yǎng)癌細(xì)胞的細(xì)胞被靶向以延緩癌癥的生長(zhǎng)。解剖特征促進(jìn)了神經(jīng)元、免疫細(xì)胞、腸道微生物和這一復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的其他組成部分之間的相互作用，共同調(diào)節(jié)GI細(xì)胞的增殖、存活和侵襲(圖1)。腸神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)節(jié)集中在跨越整個(gè)胃腸道長(zhǎng)度的肌間神經(jīng)叢和小腸和大腸的粘膜下神經(jīng)叢。腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞位于固有肌層和粘膜中，特別是在正常腸隱窩的底部。除了為神經(jīng)元提供支持，數(shù)量超過神經(jīng)元的腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞還積極參與各種ENS功能，包括對(duì)神經(jīng)元維持和存活至關(guān)重要的功能。和神經(jīng)元一樣，腸神經(jīng)膠質(zhì)表達(dá)神經(jīng)遞質(zhì)受體和轉(zhuǎn)運(yùn)體，并對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)作出反應(yīng)，主要是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的細(xì)胞內(nèi)鈣的變化。腸神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)根據(jù)它們?cè)谡{(diào)節(jié)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、神經(jīng)遞質(zhì)釋放、受體激活、電生理活性和其他功能特征中的作用進(jìn)行分類；單細(xì)胞測(cè)序可以修改基于分子或遺傳特征的分類。圖1說明了結(jié)腸癌微環(huán)境中神經(jīng)-胃腸癌相互作用的廣泛框架——食道癌、胃癌和胰腺癌共有的特征(表1)。圖2放大了胃腸道癌細(xì)胞和腸道神經(jīng)/膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)鍵相互作用。
圖1. GI神經(jīng)元-癌癥界面。腸—腦軸調(diào)節(jié)GI癌癥進(jìn)展的能力通過眾多元素之間的鄰近性性和多向串?dāng)_得到增強(qiáng)；這些復(fù)雜的相互作用為治療干預(yù)提供了可能。(i)癌細(xì)胞釋放神經(jīng)生長(zhǎng)因子，促進(jìn)神經(jīng)元趨向于腫瘤，增強(qiáng)對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)、代謝物和神經(jīng)支架的獲取。晚期癌癥分期與增加的神經(jīng)密度相關(guān)。(ii)神經(jīng)周圍浸潤(rùn)與更糟的結(jié)果相關(guān)，為腫瘤擴(kuò)散、獲得神經(jīng)遞質(zhì)和保護(hù)免受免疫攻擊提供了途徑。(iii)迷走神經(jīng)支配通過毒蕈堿機(jī)制刺激癌癥進(jìn)展并調(diào)節(jié)免疫功能。(iv)神經(jīng)遞質(zhì)，如乙酰膽堿，由神經(jīng)元、癌細(xì)胞、免疫細(xì)胞和可能的腸道細(xì)菌產(chǎn)生和釋放，刺激腫瘤生長(zhǎng)、侵襲和傳播。(v) 腸道細(xì)菌修飾的排泄物膽汁酸通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)免疫和癌細(xì)胞功能，包括激活癌細(xì)胞毒蕈堿受體。(vi)免疫細(xì)胞功能受ENS釋放的神經(jīng)遞質(zhì)以及癌癥、免疫和腸內(nèi)分泌細(xì)胞的調(diào)節(jié)。(vii) 癌癥領(lǐng)域腸道屏障的破壞允許調(diào)節(jié)免疫和神經(jīng)功能的微生物易位。(viii)響應(yīng)細(xì)菌和神經(jīng)輸入，遍布粘膜的腸內(nèi)分泌細(xì)胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)和其他生物活性分子。(ix) 癌細(xì)胞顯示出腫瘤內(nèi)異質(zhì)性并過度表達(dá)神經(jīng)遞質(zhì)和生物活性分子的受體。(x)上皮下端細(xì)胞是腸道干細(xì)胞生態(tài)位促增殖信號(hào)的重要來源；盡管它們的位置很突出，但仍有待確定端粒細(xì)胞在神經(jīng)元-癌癥界面的功能作用。
表1. 胃腸道癌癥共有的神經(jīng)元-癌細(xì)胞相互作用的主要特征。
神經(jīng)生長(zhǎng)因子。神經(jīng)生長(zhǎng)因子或神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，包含一個(gè)高度同源的前體蛋白家族，可切割成活性肽，包括神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞系源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(GDNF)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-3和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子-4 (NT3和NT-4)(表2)。這些蛋白質(zhì)通過多種信號(hào)機(jī)制刺激神經(jīng)發(fā)育和存活；例如，神經(jīng)生長(zhǎng)因子與原肌球蛋白酪氨酸受體激酶融合蛋白的結(jié)合刺激受體同二聚化、酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域的自磷酸化以及PI3K、Ras、磷脂酶C和其他下游效應(yīng)物的激活。表2. 與GI癌癥進(jìn)展有關(guān)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子。
注：ACh，乙酰膽堿；Atg5，自噬相關(guān)基因5；BDNF，腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子；5-FU，5-氟尿嘧啶；GDNF，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子；HO-1，血紅素加氧酶-1；M3R，M3毒蕈堿乙酰膽堿受體；NGF，神經(jīng)生長(zhǎng)因子；NT，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子；YAP，是相關(guān)蛋白。
早期癌癥釋放神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，刺激局部神經(jīng)元生長(zhǎng)和增加神經(jīng)密度，這些特征與更具侵襲性的癌癥相關(guān)。這些效應(yīng)是雙向的；癌癥釋放神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生、軸突生成和神經(jīng)遷移，而神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)，刺激腫瘤生長(zhǎng)和侵襲(圖2)。在PDAC的起源中對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究，其中腫瘤細(xì)胞釋放神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)因子(如神經(jīng)生長(zhǎng)因子)及其受體在神經(jīng)元上的表達(dá)與神經(jīng)密度和腫瘤侵襲性相關(guān)，這是鼠PDAC模型中神經(jīng)生長(zhǎng)因子過度表達(dá)復(fù)制的機(jī)制。在轉(zhuǎn)基因小鼠PDAC模型中，手術(shù)切除腹腔和腸系膜上神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)增強(qiáng)了化療效果，支持了中樞神經(jīng)系統(tǒng)輸入的重要性。鼠PDAC模型強(qiáng)調(diào)了神經(jīng)-癌癥相互作用的復(fù)雜性和特異性，其中胰腺的化學(xué)去神經(jīng)減輕了胰腺上皮內(nèi)瘤的形成和進(jìn)展，但是迷走神經(jīng)切斷具有相反的作用。神經(jīng)侵襲和神經(jīng)支架。盡管定義各不相同，神經(jīng)周圍侵襲(PNI)通常被定義為癌癥侵入神經(jīng)鞘的三層中的任何一層，或至少包圍神經(jīng)周長(zhǎng)的33%的癌癥；PNI影響腫瘤的生長(zhǎng)、進(jìn)展和對(duì)治療的反應(yīng)。PNI通過促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間的生物化學(xué)和物理相互作用，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞和癌細(xì)胞的增殖，并刺激癌癥沿神經(jīng)平面擴(kuò)散，從而促進(jìn)癌癥的進(jìn)展。盡管PNI與所研究的任何胃腸癌的更差臨床結(jié)果相關(guān)，但區(qū)域性因素(如神經(jīng)密度)可能選擇性地增加某些癌癥相對(duì)于其他癌癥的PNI重要性。盡管從癌癥和免疫細(xì)胞向腫瘤微環(huán)境中釋放神經(jīng)生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子很重要，但PNI背后的精確分子機(jī)制尚不確定。如圖1所示，癌微環(huán)境中的神經(jīng)元可以為GI的侵襲和轉(zhuǎn)移提供物理支架；據(jù)報(bào)道，癌細(xì)胞巢位于肌間神經(jīng)叢附近。癌細(xì)胞表達(dá)的關(guān)鍵表面分子(如L1CAM和N-鈣粘蛋白)促進(jìn)了腸神經(jīng)元的粘附和遷移(圖2)。值得注意的是，沿ENS神經(jīng)元的逆行路徑可能包括腸道細(xì)菌，反映了神經(jīng)周圍癌支架，該支架為癌細(xì)胞、神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞和易位微生物之間的串?dāng)_提供了中樞。很少有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蚍从尺@種復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境中細(xì)胞類型之間的多種相互作用。目前沒有針對(duì)PNI的治療。迷走神經(jīng)支配。盡管高度依賴于環(huán)境，但迷走神經(jīng)支配是CNS調(diào)節(jié)GI腫瘤的最突出方式。手術(shù)中斷迷走神經(jīng)（迷走神經(jīng)切斷術(shù)）似乎可以降低患胃癌的風(fēng)險(xiǎn)；胃神經(jīng)元密度與癌癥分期相關(guān)。在小鼠中，手術(shù)或藥理學(xué)半切斷術(shù)減弱前腫瘤Wnt信號(hào)并減少了失神經(jīng)胃中胃腫瘤的形成。值得注意的是，在小鼠PDAC模型中觀察到相反的效果，其中迷走神經(jīng)切斷術(shù)促進(jìn)腫瘤形成。如下所述，這個(gè)難題可以通過M1和M3毒蕈堿受體（M1R和M3R）的差異表達(dá)來解釋對(duì)癌癥進(jìn)展的作用相互矛盾。最后，通過逆行追蹤肝迷走神經(jīng)分支確定的肝-腦-腸神經(jīng)弧可能調(diào)節(jié)對(duì)CRC的免疫反應(yīng)。
圖2. 腫瘤微環(huán)境中普通GI癌細(xì)胞和神經(jīng)/膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)鍵相互作用。(i) 乙酰膽堿 (ACh)的產(chǎn)生，由膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT)介導(dǎo)，刺激腫瘤生長(zhǎng)、侵襲和傳播。癌細(xì)胞與神經(jīng)元產(chǎn)生的ACh的相對(duì)數(shù)量是不確定的。(ii) 從ENS中間神經(jīng)元釋放的血清素可能通過目前模糊的機(jī)制刺激結(jié)腸癌的生長(zhǎng)。(iii) 從交感神經(jīng)元釋放的腎上腺素會(huì)刺激過度表達(dá)α-和β-腎上腺素能受體(βAR)的GI癌細(xì)胞的進(jìn)展。(iv) 作為對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)的反應(yīng)，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在調(diào)節(jié)和支持神經(jīng)元-癌細(xì)胞界面方面發(fā)揮著重要作用。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞還會(huì)產(chǎn)生腫瘤生長(zhǎng)因子并將其釋放到腫瘤微環(huán)境中。(v) GABA通過過度表達(dá)的GABA受體(GABAR)刺激癌細(xì)胞增殖。(vi)癌細(xì)胞釋放的神經(jīng)生長(zhǎng)因子（NGF、GDNF、BDNF、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子）與神經(jīng)元受體（例如NTRK）相互作用以促進(jìn)軸突生長(zhǎng)和向腫瘤的趨向性。(vii) 癌細(xì)胞表達(dá)表面分子、L1細(xì)胞粘附分子(L1CAM)和N-鈣粘蛋白，促進(jìn)沿著腸神經(jīng)元的粘附和遷移。同質(zhì)性相互作用使癌細(xì)胞上的L1CAM 粘附到神經(jīng)元上表達(dá)的L1CAM。(viii) 神經(jīng)元將關(guān)鍵代謝物（例如絲氨酸）釋放到腫瘤微環(huán)境中或重新編程癌細(xì)胞代謝途徑。(ix) ACh與PDAC上表達(dá)的煙堿膽堿能受體的相互作用刺激腫瘤進(jìn)展。(x) 膠質(zhì)細(xì)胞和GI癌細(xì)胞之間的雙向相互作用涉及癌細(xì)胞衍生的白介素，其刺激前列腺素E2(PGE2)生物合成和腸神經(jīng)膠質(zhì)釋放旁分泌。PGE2通過EP4受體介導(dǎo)（EP4R介導(dǎo)）的EGFR反式激活刺激腫瘤擴(kuò)張。
癌細(xì)胞上的神經(jīng)遞質(zhì)及其受體。幾十年來，傳統(tǒng)的神經(jīng)遞質(zhì)，如乙酰膽堿(ACh)，被認(rèn)為主要來自神經(jīng)元，如果不是唯一的話。在過去的15年里，人們?cè)絹碓疥P(guān)注腫瘤微環(huán)境中的癌癥和免疫細(xì)胞以及腸道微生物群中的細(xì)菌產(chǎn)生和釋放的非神經(jīng)元神經(jīng)遞質(zhì)。在這方面，大多數(shù)研究涉及乙酰膽堿對(duì)GI表達(dá)的毒蕈堿受體的影響(圖3)。人胃癌和結(jié)腸癌細(xì)胞表達(dá)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT)并合成和釋放ACh。正常胰腺星狀細(xì)胞產(chǎn)生ACh，胰腺癌細(xì)胞表達(dá)膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，這是ACh產(chǎn)生的替代標(biāo)志。然而，據(jù)作者所知，PDAC的乙酰膽堿生產(chǎn)尚未得到證實(shí)。釋放ACh的癌細(xì)胞類型通常過表達(dá)M3R，而M3R表達(dá)與胃癌分期和轉(zhuǎn)移相關(guān)。這一點(diǎn)及癌細(xì)胞釋放的ACh濃度相對(duì)較低，表明腫瘤微環(huán)境中的癌癥、簇狀細(xì)胞、免疫細(xì)胞和其他細(xì)胞非神經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)，通過自分泌和旁分泌作用調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。與這些觀察結(jié)果一致，小鼠CRC模型中的M3R缺陷減弱了瘤形成。正常腸上皮細(xì)胞中的α2A-腎上腺素能受體激活可能刺激EGFR反式激活和下游MEK/ERK信號(hào)，從而增強(qiáng)細(xì)胞遷移和傷口愈合。雖然腎上腺素能受體激活與PDAC進(jìn)展有關(guān)，但與毒蕈堿類神經(jīng)遞質(zhì)相比，腎上腺素能受體激動(dòng)劑(如腎上腺素)在調(diào)節(jié)GI生長(zhǎng)和進(jìn)展中的作用仍相對(duì)未知。衡量神經(jīng)遞質(zhì)（從腫瘤微環(huán)境中的神經(jīng)元和癌癥、免疫者、腸內(nèi)分泌和其他細(xì)胞釋放的）的重要性受到對(duì)極低神經(jīng)遞質(zhì)濃度的精確空間和時(shí)間測(cè)量的挑戰(zhàn)的限制。此外，在體外評(píng)估神經(jīng)遞質(zhì)作用時(shí)，區(qū)分可能缺乏疾病相關(guān)性的生理學(xué)和藥理學(xué)(即超生理學(xué))神經(jīng)遞質(zhì)濃度至關(guān)重要。
圖3. GI癌癥中的毒蕈堿受體激活。(A) 胃腺癌。(i) 從迷走神經(jīng)傳出的ACh釋放激活M3毒蕈堿受體(M3R)；迷走神經(jīng)切斷術(shù)減輕腫瘤。(ii)癌細(xì)胞表達(dá)ChAT，這是非神經(jīng)元ACh合成的關(guān)鍵；由此產(chǎn)生的ACh水平及其自分泌和旁分泌對(duì)腫瘤進(jìn)展的影響仍不確定。M3R激活誘導(dǎo)神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF) 表達(dá)。(B) PDAC。(iii)用氨甲酰甲膽堿（一種非亞型選擇性毒蕈堿受體激動(dòng)劑）治療小鼠會(huì)激活毒蕈堿受體。(iv)M1R激活通過涉及抑制EGFR信號(hào)傳導(dǎo)的未定義機(jī)制減弱PDAC進(jìn)展。(C) CRC。(v) M3R信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)EGFR；這是由MMP7介導(dǎo)的HB-EGF（一種EGFR配體）釋放介導(dǎo)的。(vi) M3R和EGFR的同時(shí)激活增強(qiáng)了靶基因表達(dá)。(vii) M3R激活選擇性地誘導(dǎo)MMP1、MMP7和MMP10表達(dá)。MMP1和MMP7促進(jìn)細(xì)胞侵襲。MMP7還催化EGFR配體（例如HB-EGF）的釋放。(viii) M1R表達(dá)和激活通過未知機(jī)制減弱結(jié)腸癌進(jìn)展。(ix) 免疫細(xì)胞和(x)腸道菌群提供了額外的非神經(jīng)元乙酰膽堿來源。(D) M3R后信號(hào)通過影響各種信號(hào)通路來改變基因表達(dá)和癌細(xì)胞功能。APC和/或β-catenin基因突變使β-catenin 免于蛋白酶體破壞，促進(jìn)β-catenin靶基因的轉(zhuǎn)錄。APC和/或β-catenin基因突變使β-catenin 免于蛋白酶體破壞，促進(jìn)β-catenin靶基因的轉(zhuǎn)錄。M3R激活可反式激活EGFR并增強(qiáng)β-連環(huán)蛋白信號(hào)傳導(dǎo)。由此產(chǎn)生的下游基因轉(zhuǎn)錄變化刺激癌細(xì)胞增殖、存活、遷移、侵襲和傳播。值得注意的是，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子表達(dá)的誘導(dǎo)可以促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)和趨向性，這是一個(gè)反饋回路，提供額外的ACh和其他神經(jīng)遞質(zhì)。
膽汁酸。膽汁酸(BAs)在肝臟中產(chǎn)生，排泄到腸腔中，并被腸道微生物群中的細(xì)菌修飾，通過肝腸循環(huán)再循環(huán)。BA 通過與Takeda G偶聯(lián)受體5（TGR5；GPBAR1）和M3毒蕈堿GPCR相互作用來調(diào)節(jié)正常和腫瘤性GI上皮細(xì)胞的功能（圖3）。BA與CRC風(fēng)險(xiǎn)長(zhǎng)期相關(guān)，具有多效作用，包括腸道免疫調(diào)節(jié)和與CRC中過度表達(dá)的毒蕈堿受體的功能相互作用。這些功能相互作用模擬膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)（例如 ACh）的相互作用，除其他作用外，還會(huì)導(dǎo)致EGFR的反式激活和刺激癌細(xì)胞增殖、存活和侵襲的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。有趣的是，鵝去氧膽酸還抑制脆弱擬桿菌毒素的致癌作用。腸道免疫細(xì)胞。通過調(diào)節(jié)淋巴流量、淋巴液流出和T細(xì)胞活化，CNS腎上腺素能神經(jīng)纖維抑制被神經(jīng)高度支配的GI器官如胃和胰腺的免疫活動(dòng)。這可能會(huì)限制免疫監(jiān)視和檢查點(diǎn)抑制劑的功效；手術(shù)或化學(xué)去神經(jīng)支配可能會(huì)提高免疫治療的療效。ENS中的神經(jīng)元還調(diào)節(jié)腸道免疫細(xì)胞的活性，這些細(xì)胞在癌癥微環(huán)境中合成和釋放非神經(jīng)元ACh（圖3）。神經(jīng)內(nèi)膜中的巨噬細(xì)胞釋放細(xì)胞因子，通過將腫瘤細(xì)胞吸引到神經(jīng)元來促進(jìn)PNI。最近發(fā)現(xiàn)的通過肝臟連接大腦和腸道的神經(jīng)弧可能通過涉及ACh神經(jīng)傳遞的機(jī)制調(diào)節(jié)對(duì)胃腸道癌癥的免疫反應(yīng)。腸道微生物組。腸道屏障的破壞會(huì)促進(jìn)構(gòu)成腸道微生物群的細(xì)菌和真菌的透壁浸潤(rùn)。由宿主-腸道微生物組界面的GI上皮細(xì)胞引起的癌癥打破了由正常上皮細(xì)胞之間緊密連接形成的單層屏障（圖1）。癌癥的“屏障破壞”效應(yīng)導(dǎo)致的生態(tài)失調(diào)可以激活多個(gè)信號(hào)系統(tǒng)。例如，NF-ĸB和STAT3通路調(diào)節(jié)區(qū)域免疫細(xì)胞和神經(jīng)元的功能。腫瘤會(huì)劫持這些發(fā)育、傷口愈合和抗炎信號(hào)程序來促進(jìn)自身的進(jìn)展。一些細(xì)菌代謝物，例如ACh和BAs，是GPCR激動(dòng)劑，可以改變神經(jīng)元和癌細(xì)胞的功能（圖3）。CRC患者的粘膜微生物生物膜在小鼠模型中具有致癌性，一些細(xì)菌產(chǎn)物（例如脆弱擬桿菌毒素）有助于破壞癌癥的屏障作用。腸內(nèi)分泌細(xì)胞。分布在整個(gè)GI的上皮襯里（圖1），在神經(jīng)元、激素和旁分泌控制下的腸內(nèi)分泌細(xì)胞合成并釋放各種神經(jīng)遞質(zhì)。腸內(nèi)分泌細(xì)胞來源的血清素的旁分泌信號(hào)調(diào)節(jié)神經(jīng)元、免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞的活動(dòng)。ENS中腸內(nèi)分泌細(xì)胞或神經(jīng)元釋放的5-羥色胺是促進(jìn)還是延緩GI癌癥進(jìn)展仍不確定；這可能與環(huán)境和濃度有關(guān)（圖2）。與產(chǎn)生和釋放ACh的肺上皮神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞類似，ACh會(huì)刺激小細(xì)胞肺癌進(jìn)展，嗜鉻細(xì)胞瘤等神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤可能會(huì)釋放神經(jīng)遞質(zhì)和生長(zhǎng)因子，促進(jìn)GI癌癥進(jìn)展。代謝分子。癌細(xì)胞具有高代謝需求且限制供血。有研究表明，在這種營(yíng)養(yǎng)耗盡的腫瘤微環(huán)境中，神經(jīng)元軸突可以為GI癌細(xì)胞提供稀缺的氨基酸和營(yíng)養(yǎng)。Banh及其同事發(fā)現(xiàn)，絲氨酸剝奪會(huì)損害PDAC的生長(zhǎng)，但允許NGF的選擇性翻譯和分泌增加神經(jīng)密度，并為PDAC細(xì)胞提供軸突衍生的絲氨酸。Rabben等人發(fā)現(xiàn)胃癌是谷氨酰胺依賴性的；迷走神經(jīng)切斷術(shù)誘導(dǎo)代謝轉(zhuǎn)換從谷氨酰胺分解到氧化磷酸化和糖酵解（Warburg效應(yīng)）。這些研究揭示了提供神經(jīng)元衍生代謝物和神經(jīng)元誘導(dǎo)的GI癌細(xì)胞代謝重編程作為潛在治療靶點(diǎn)（圖2）。3 特定胃腸道癌與腸道神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相互作用GI癌的器官特異性特征——食管、胃、胰腺和結(jié)腸的神經(jīng)系統(tǒng)相互作用。在大多數(shù)情況下，區(qū)分一般性和真正的器官特異性特征有待進(jìn)一步澄清。食管癌。食管癌由鱗狀細(xì)胞癌和腺癌組成；腺癌的激增證明了腸-腦軸對(duì)食管癌的影響，腺癌曾經(jīng)不常見，但現(xiàn)在是發(fā)達(dá)國(guó)家最常見的食管癌形式。胃食管反流，主要是由于對(duì)CNS（迷走神經(jīng)副交感神經(jīng)和脊髓交感神經(jīng)）和ENS對(duì)食管下括約肌壓力和食管運(yùn)動(dòng)的控制少，所以易患癌前巴雷特上皮和食管腺癌。因此，盡管神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)對(duì)食管癌進(jìn)展的影響不如它們對(duì)其他胃腸道癌癥進(jìn)展的影響那么明顯（表1），但有令人信服的證據(jù)表明神經(jīng)系統(tǒng)在食管腺癌的發(fā)展中起著核心作用。在其他機(jī)制中，神經(jīng)支配通過神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子及其受體促進(jìn)食管腫瘤進(jìn)展(表2)。神經(jīng)束和神經(jīng)肽免疫反應(yīng)性神經(jīng)纖維表達(dá)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)受體激酶1(NTRK1，也稱為TrkA)，一種NGF結(jié)合受體，常見于過表達(dá)NGF的食管癌；一種食管癌亞型高水平表達(dá)的Trk-T1神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)蛋白受體mRNA。在大約一半的187例食管鱗狀細(xì)胞癌中檢測(cè)到低親和力p75神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體(p75NTR)，該受體在正常食管上皮細(xì)胞的干細(xì)胞群中表達(dá)。RNAi敲除食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中p75NTR表達(dá)抑制增殖并誘導(dǎo)凋亡。值得注意的是，在食管癌、胰腺癌和結(jié)腸癌亞組中檢測(cè)到的涉及NTRK1、NTRK2或NTRK3的NTRK基因融合是FDA 批準(zhǔn)的兩種TRK抑制劑（entrectinib和larotrectinib）的靶點(diǎn)。PNI在大約一半的食管鱗狀細(xì)胞癌中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)預(yù)后更差和生存率降低的臨床亞群。薈萃分析確定PNI是晚期食管和食管胃結(jié)合部癌的生物標(biāo)志物。PNI與晚期TNM分期、細(xì)胞分化差、無病生存期短和局部復(fù)發(fā)率增加相關(guān)，這些因素與神經(jīng)生長(zhǎng)因子的過度表達(dá)有關(guān)。胃癌。胃的近三分之二被迷走神經(jīng)廣泛支配，通過膽堿能機(jī)制調(diào)節(jié)胃酸和胃蛋白酶原的分泌。流行病學(xué)觀察表明膽堿能神經(jīng)支配與胃腫瘤之間存在聯(lián)系；神經(jīng)元密度與更晚期的胃癌相關(guān)，消化性潰瘍病的迷走神經(jīng)切斷術(shù)可能會(huì)降低長(zhǎng)期癌癥風(fēng)險(xiǎn)。這種關(guān)聯(lián)的有力證據(jù)由鼠類研究提供，這些研究顯示手術(shù)或藥理學(xué)去神經(jīng)支配后胃腫瘤減少，對(duì)化療的反應(yīng)得到改善，生存期延長(zhǎng)，其他研究結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。在這些小鼠模型中，迷走神經(jīng)切斷術(shù)減弱了β-catenin的核轉(zhuǎn)位和幾種Wnt/β-catenin靶基因的表達(dá)，包括Ccnd1、Axin2、Myc、Lgr5和Cd44，為去神經(jīng)支配的益處提供了一個(gè)合理的機(jī)制。至于其他胃腸道癌癥，M3R缺乏或抑制表明這種受體亞型的顯著作用。胃癌細(xì)胞表達(dá)ChAT，合成并釋放ACh，過表達(dá)M3R(圖2)；M3R表達(dá)與胃癌分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，通過自分泌釋放ACh激活M3R，通過M3R/EGFR/ERK依賴機(jī)制刺激細(xì)胞增殖；M3R敲除抑制人胃癌細(xì)胞異種移植物的生長(zhǎng)并促進(jìn)其凋亡。在小鼠胃上皮細(xì)胞中，Dclk1陽性毛簇細(xì)胞和神經(jīng)元釋放的ACh通過YAP介導(dǎo)的機(jī)制(ACh/NGF/M3R/YAP軸)誘導(dǎo)NGF表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)元增殖和癌癥進(jìn)展(圖3A)。胰腺導(dǎo)管腺癌。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子被PDAC和胰內(nèi)癌神經(jīng)元過表達(dá)；添加神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子以及PDAC和神經(jīng)細(xì)胞的共培養(yǎng)會(huì)刺激PDAC細(xì)胞增殖（表2）。外源性NGF劑量依賴性地提高M(jìn)MP2表達(dá)并通過激活ERK信號(hào)增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞侵襲。胰腺癌過表達(dá)GDNF，這可能對(duì)腫瘤細(xì)胞具有化學(xué)動(dòng)力學(xué)影響并上調(diào)MMP9的表達(dá)和活性。MMP9是一種明膠酶（IV型膠原酶），可促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。BDNF和NT-3也刺激PDAC侵入基底膜。腹膜后神經(jīng)解剖揭示PDAC中的神經(jīng)受累后，積累了強(qiáng)有力的證據(jù)，將神經(jīng)輸入與癌癥進(jìn)展聯(lián)系起來。神經(jīng)侵襲，幾乎一致存在于PDAC，縮短了生存期。神經(jīng)元支持和軸突引導(dǎo)基因突變也與PDAC進(jìn)展有關(guān)。PDAC中罕見的RET突變與GDNF依賴性腫瘤侵襲相關(guān)（表2）。神經(jīng)遞質(zhì)，如ACh、腎上腺素能激動(dòng)劑、γ-氨基丁酸(GABA)和谷氨酸，從浸潤(rùn) PDAC的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)釋放，在腫瘤的生長(zhǎng)和擴(kuò)散中發(fā)揮重要作用。膽堿能信號(hào)通過毒蕈堿受體直接和間接抑制胰腺腫瘤發(fā)生和癌癥干細(xì)胞。在基因工程小鼠中，膈下迷走神經(jīng)切斷術(shù)加速，毒蕈堿激動(dòng)劑氨甲酰甲膽堿抑制PDAC發(fā)展；氨甲酰甲膽堿通過M1R依賴性機(jī)制提高存活率（圖3B），目前正處于早期臨床試驗(yàn)階段。同樣，在鼠PDAC模型中，膈下迷走神經(jīng)切斷術(shù)促進(jìn)了腫瘤生長(zhǎng)并降低了存活率，但在缺乏TNF-α的小鼠中則不然。與非神經(jīng)元ACh產(chǎn)生一致，人和大鼠胰腺星狀細(xì)胞產(chǎn)生的ACh可能調(diào)節(jié)胰腺外分泌和腫瘤形成。PDAC中毒蕈堿受體信號(hào)傳導(dǎo)的特定下游靶基因仍然不確定（圖3B）。β-腎上腺素能信號(hào)介導(dǎo)了慢性壓力下觀察到的加速的PDAC生長(zhǎng)和侵襲。在 PDAC的原位小鼠模型中，體內(nèi)光學(xué)成像顯示壓力誘導(dǎo)的神經(jīng)激活增加了腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。這些作用通過β-腎上腺素能信號(hào)的藥理學(xué)激活重現(xiàn)，并被β-阻斷逆轉(zhuǎn)，這也延長(zhǎng)了動(dòng)物的存活期。與對(duì)照組相比，揭示了慢性壓力下的PDAC小鼠具有更大的腫瘤和更短的壽命，β-受體阻滯劑的作用減弱。PDAC中的β-阻滯劑正在臨床試驗(yàn)中進(jìn)行評(píng)估。其他神經(jīng)遞質(zhì)和受體與PDAC進(jìn)展有關(guān)。例如，主要抑制CNS神經(jīng)元興奮性的GABA出人意料地刺激PDAC細(xì)胞增殖。這些作用很可能是通過過表達(dá)的GABA受體π亞基介導(dǎo)的，該亞基通過升高細(xì)胞內(nèi)鈣和激活MAPK/ERK信號(hào)傳遞信號(hào)。根據(jù)煙草使用者PDAC風(fēng)險(xiǎn)的增加，尼古丁衍生的亞硝胺4-(甲基亞硝胺)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮，一種有效的誘變劑、致癌物和煙堿型乙酰膽堿受體激動(dòng)劑，可誘導(dǎo)倉鼠的PDAC。侵襲性胰腺癌過度表達(dá)NMDA谷氨酸受體，當(dāng)被谷氨酸能神經(jīng)激活時(shí)，會(huì)刺激促生長(zhǎng)信號(hào)通路。結(jié)直腸癌。CRC早期的神經(jīng)影響很明顯——結(jié)腸癌干細(xì)胞(CCSC)在腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)比在正常病變和CRC更密集的環(huán)境中增殖，腸神經(jīng)膠質(zhì)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)異常；S-100β和膠質(zhì)纖維酸性蛋白免疫染色顯示更密集和更多分支的網(wǎng)絡(luò)以及與CRC細(xì)胞和相鄰神經(jīng)元密切相關(guān)的膠質(zhì)細(xì)胞（圖1和2）。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和CRC細(xì)胞之間的雙向相互作用涉及CRC衍生的IL-1α/β刺激前列腺素E2(PGE2)生物合成和腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的旁分泌釋放（圖2）。PGE2通過EP4受體介導(dǎo)的EGFR反式激活刺激CCSC生長(zhǎng)和擴(kuò)增。IL-1激活腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞可能通過對(duì)免疫細(xì)胞的影響來促進(jìn)腫瘤發(fā)生，類似于炎癥性腸病中會(huì)增加CRC風(fēng)險(xiǎn)的免疫細(xì)胞。在人類CRC細(xì)胞系、免疫缺陷小鼠和原代人類CRC細(xì)胞中，腸神經(jīng)膠質(zhì)刺激CCSC衍生腫瘤的數(shù)量和大小增加，將腸神經(jīng)膠質(zhì)確定為潛在的治療靶點(diǎn)。神經(jīng)元還通過充當(dāng)CRC細(xì)胞遷移和轉(zhuǎn)移的物理支架來促進(jìn)腫瘤發(fā)展（圖1）。ENS神經(jīng)元是獨(dú)特的無髓鞘；神經(jīng)束膜和神經(jīng)內(nèi)鞘層的缺失提供了與腫瘤和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞無阻礙的界面，這通過旁分泌信號(hào)使CCSC激活成為可能。腸神經(jīng)元和EpCAM陽性結(jié)直腸癌細(xì)胞密切相關(guān)，尤其是在腫瘤浸潤(rùn)前沿，促進(jìn)了兩種細(xì)胞類型之間的物理相互作用（圖2）。細(xì)菌種類之間的協(xié)同相互作用與 CRC 的發(fā)生和進(jìn)展有關(guān)；在小鼠模型中，微生物（例如脆弱擬桿菌、大腸桿菌和具核梭桿菌）釋放因子，包括脆弱擬桿菌衍生的 BFT 毒素、有核梭桿菌衍生的FadA和Fap2粘附素，以及NF-κB，可增強(qiáng) CRC 進(jìn)展。這些因素很可能會(huì)調(diào)節(jié)ENS活動(dòng)；例如，NF-κB在調(diào)節(jié)CNS炎癥中起著關(guān)鍵作用。腸道微生物組、CRC細(xì)胞和腸道神經(jīng)元之間的這些多向相互作用可能會(huì)促進(jìn)癌癥進(jìn)展；更有力的證據(jù)等待更好的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｓ捎诮Y(jié)腸某一區(qū)域的免疫、上皮和神經(jīng)細(xì)胞功能以及微生物多樣性的差異可能會(huì)影響其他部位的癌癥發(fā)展和進(jìn)展，因此單純的簡(jiǎn)化方法來探索微生物組、ENS和腫瘤形成之間的聯(lián)系可能會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)。細(xì)胞表面分子（例如L1CAM和N-鈣粘蛋白）促進(jìn)了CRC細(xì)胞粘附到腸神經(jīng)元并遷移到新的解剖位置的能力（圖2），并且可以通過神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（例如，NT-4）進(jìn)行調(diào)節(jié)（表2）。當(dāng)與原代腸神經(jīng)元、腸神經(jīng)膠質(zhì)和間充質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，來自已建立細(xì)胞系的CRC細(xì)胞和原代CRC細(xì)胞與腸神經(jīng)元共定位。此外，與未轉(zhuǎn)化的腸上皮細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞相比，CRC細(xì)胞遷移更遠(yuǎn)的距離以到達(dá)腸神經(jīng)元并以更大的力粘附于它們。通過膠原蛋白和基底膜的高阻力神經(jīng)鞘層成功侵入CRC細(xì)胞，可識(shí)別更堅(jiān)固的細(xì)胞并賦予存活和增殖優(yōu)勢(shì)。除了PNI的預(yù)后價(jià)值外，單細(xì)胞基因分析還可以識(shí)別預(yù)測(cè)PNI和癌癥、神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)基因的表達(dá)模式，從而提供治療機(jī)會(huì)。與胃癌和PDAC一樣，CRC中的膽堿能毒蕈堿受體是最突出的神經(jīng)遞質(zhì)靶標(biāo)。用非亞型選擇性毒蕈堿激動(dòng)劑氨甲酰甲膽堿治療可促進(jìn)小鼠結(jié)腸瘤形成。在五種毒蕈堿受體亞型中，M1R和M3R活性最顯著地調(diào)節(jié)結(jié)腸癌進(jìn)展（圖3C）。M3R在原發(fā)性CRC中的過表達(dá)可預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移，在散發(fā)性和遺傳性CRC的小鼠模型中，整體M3R缺乏可有力地減輕腸道腫瘤。M3R激活選擇性地誘導(dǎo)MMP1、MMP7和MMP10的表達(dá)，從而促進(jìn)CRC的侵襲和擴(kuò)散。在體外阻斷MMP1的表達(dá)和激活可以消除ACh誘導(dǎo)的結(jié)腸癌細(xì)胞侵入內(nèi)皮細(xì)胞單層。選擇性BA（例如，脫氧膽牛磺酸）可以激活M3R，提供一種機(jī)制，由此增加的排泄物BA水平會(huì)增加小鼠結(jié)腸瘤形成。M3R在GI癌癥中的作用機(jī)制總結(jié)在圖3D中。與M3R相比，M1R在GI癌癥中的作用仍然不清楚。與PDAC的動(dòng)物模型一樣，在氧化偶氮甲烷治療的小鼠中，M1R缺乏適度增加了結(jié)腸瘤形成，尤其是抵消了M3R缺失的有益影響。針對(duì)毒蕈堿受體信號(hào)傳導(dǎo)的治療策略可能需要同時(shí)靶向M1R和M3R。實(shí)驗(yàn)性地捕捉復(fù)雜的腸-腦相互作用具有挑戰(zhàn)性。雖然簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如細(xì)胞共培養(yǎng)，是解析交叉方向細(xì)胞信號(hào)的有價(jià)值的方法，但它們無法捕捉活生物體中復(fù)雜的環(huán)境和細(xì)胞間的相互作用。這些模型可能無法準(zhǔn)確反映神經(jīng)遞質(zhì)和其他生物活性分子的相關(guān)濃度、細(xì)胞外空間的擴(kuò)散極限以及其他對(duì)區(qū)分生理和藥理作用很重要的參數(shù)（表3）。人類胃腸道具有特別復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，即使是體內(nèi)小鼠和其他動(dòng)物模型也可能無法復(fù)制，這些動(dòng)物模型也受到物種差異的干擾（圖1
）
。表3. 評(píng)估GI神經(jīng)-癌癥相互作用的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬?yōu)點(diǎn)和局限性。
注：AOM，氧化偶氮甲烷；DSS，葡聚糖硫酸鈉；FFPE，福爾馬林固定石蠟包埋；KC, (LSL -Kras+/LSL -G12D Pdx1-Cre)；KPC，（LSL-Kras+/LSL -G12D LSL Trp53+/R172H Pdx1-Cre）。
技術(shù)限制和對(duì)質(zhì)量控制的關(guān)注不足—例如，確認(rèn)抗體的特異性，特別是針對(duì)GPCR的抗體；驗(yàn)證細(xì)胞系和轉(zhuǎn)基因小鼠；優(yōu)化組織固定、保存和自發(fā)熒光；并確保高質(zhì)量的mRNA測(cè)量—進(jìn)一步影響數(shù)據(jù)質(zhì)量、解釋和翻譯價(jià)值。另一個(gè)挑戰(zhàn)是在體外、離體和體內(nèi)復(fù)制癌細(xì)胞對(duì)PNI和沿神經(jīng)支架遷移的物理力（圖1）�？偟膩碚f，這些限制導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮陬A(yù)測(cè)臨床試驗(yàn)中新型干預(yù)措施的治療成功方面的不良記錄，以及針對(duì)腸腦軸的治療缺乏。體外模型。大多數(shù)關(guān)于神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)致癌細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和功能影響的信息來自體外細(xì)胞模型。這些使用相對(duì)較少的人類癌細(xì)胞系庫，其中許多是在幾十年前建立的。廣泛的傳代很可能改變了他們的基因組成和關(guān)鍵的生物學(xué)特征。使用原代胃腸道癌細(xì)胞可以解決這些問題，但受到不斷補(bǔ)充組織樣本和癌癥先天異質(zhì)性的限制。共培養(yǎng)原發(fā)性GI癌癥和ENS細(xì)胞提供了有用的信息，但不能完全捕獲復(fù)雜的體內(nèi)細(xì)胞相互作用。生物醫(yī)學(xué)期刊通常要求研究人員在多種癌細(xì)胞系中復(fù)制研究結(jié)果，但對(duì)這一指導(dǎo)的遵守情況并不統(tǒng)一；就在2018年，一項(xiàng)其他示例性研究?jī)H使用了一種已建立的人類結(jié)腸癌細(xì)胞系，但沒有提供細(xì)胞系選擇的基本原理，盡管關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)在原代人類結(jié)腸癌細(xì)胞中得到了復(fù)制。即使使用多個(gè)細(xì)胞系也不能保證在更復(fù)雜的系統(tǒng)中的科學(xué)有效性或可重復(fù)性，特別是考慮到缺乏來自腫瘤微環(huán)境的神經(jīng)和神經(jīng)膠質(zhì)成分的交叉輸入以及大量的腫瘤內(nèi)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多樣性。在某種程度上，單細(xì)胞RNA測(cè)序的使用可能會(huì)解決后一種限制，但必須通過定量PCR確認(rèn)的基因表達(dá)變化不一定反映在蛋白質(zhì)表達(dá)的相應(yīng)變化中。離體模型。從GI癌癥干細(xì)胞開發(fā)的常規(guī)類器官模型可以提供有關(guān)促進(jìn)生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移的因素的有用信息，但除其他限制外，類器官缺乏神經(jīng)和免疫元素。即使是允許在模擬基底膜的支架上生長(zhǎng)小腸的新型3D類器官芯片，也未能結(jié)合神經(jīng)元件。這些限制可以通過組織工程來克服，以從更忠實(shí)地模擬體內(nèi)生物學(xué)的組織干細(xì)胞開發(fā)支架引導(dǎo)的類器官形態(tài)發(fā)生。除了進(jìn)一步研究神經(jīng)元在胃腸道腫瘤中的作用外，越來越準(zhǔn)確的患者衍生類器官模型的開發(fā)可能會(huì)通過預(yù)測(cè)針對(duì)腸腦軸的新型療法的療效，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的進(jìn)步鋪平道路。體內(nèi)模型。由注射到免疫缺陷小鼠皮膚中的人類癌細(xì)胞開發(fā)的異種移植物是常見的“體內(nèi)”模型。更諷刺的是，這些模型僅代表了從體外溶液到活生物體的培養(yǎng)基變化；異種移植實(shí)驗(yàn)幾乎一致地反映了體外研究結(jié)果，而沒有提供新的機(jī)制見解，僅提供體外研究結(jié)果的增量進(jìn)展和有限驗(yàn)證。原位異種移植物可以更忠實(shí)地復(fù)制人類癌癥的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移，例如，植入小鼠乙狀結(jié)腸的人類結(jié)腸癌細(xì)胞。患者來源的異種移植物(PDX)可以提供實(shí)時(shí)信息以開發(fā)癌癥特異性治療。體內(nèi)模型通常無法解釋人類免疫和神經(jīng)細(xì)胞對(duì)胃腸道癌癥進(jìn)展的影響，即使PDX模型采用“人性化”小鼠。腸道微生物群的變異也會(huì)混淆結(jié)果；應(yīng)避免僅基于小鼠研究的因果推斷。使用人體手術(shù)組織的研究人員通常使用鄰近的未受累組織作為對(duì)照，但即使使用距離癌癥10 cm或更寬的邊緣，也可能會(huì)被肉眼無法區(qū)分的癌癥“場(chǎng)效應(yīng)”影響“對(duì)照”細(xì)胞。構(gòu)成理解神經(jīng)-腫瘤相互作用基礎(chǔ)的神經(jīng)支配圖主要來自對(duì)非癌組織的研究，而GI癌癥可能會(huì)重組和重新連接神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。手術(shù)操作的脫靶效應(yīng)，例如迷走神經(jīng)切斷術(shù)，可能會(huì)以意想不到的方式改變GI癌癥-神經(jīng)元界面。基因工程小鼠和豬在生理和病理生理學(xué)上受到基本物種差異的限制。例如，小鼠和人類的免疫系統(tǒng)具有非常不同的主要組織相容性基因。人源化基因工程小鼠模型潛伏期長(zhǎng)，不能重現(xiàn)晚期人類疾病，這是最困難的臨床管理問題。即使結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)和模型，也無法忠實(shí)地模擬人類GI腫瘤微環(huán)境的復(fù)雜性。盡管取得了令人矚目的進(jìn)展，但針對(duì)GI癌癥腸-腦軸的治療干預(yù)目前僅限于靶向神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、毒蕈堿和β-腎上腺素能受體。為了推進(jìn)該領(lǐng)域，需要更全面地了解GI神經(jīng)元-神經(jīng)膠質(zhì)-癌細(xì)胞界面，類似于腸道微生物組和免疫系統(tǒng)。適合探索的特定領(lǐng)域包括（a）確定胃腸道腫瘤分泌組的癌前變化如何改變腸神經(jīng)膠質(zhì)網(wǎng)絡(luò)并促進(jìn)腫瘤發(fā)生；(b)使用單細(xì)胞RNA-Seq和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)來開發(fā)更完整的細(xì)胞、基因和蛋白質(zhì)清單，這些細(xì)胞、基因和蛋白質(zhì)包含腫瘤-神經(jīng)元粘附復(fù)合物和分子指導(dǎo)因子，并更好地了解它們的表達(dá)如何改變癌癥進(jìn)展；(c)使用類似的方法來了解免疫細(xì)胞（例如腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞）如何介導(dǎo)ENS和GI癌細(xì)胞之間的相互作用；(d)闡明GI癌癥如何吸引神經(jīng)元和 ENS 的其他成分，反之亦然；(e)探索像L1CAM這樣的分子，其表達(dá)與PDAC中的PNI相關(guān)，是否是可行的治療靶點(diǎn)；(f)研究PNI是否為胃腸癌細(xì)胞提供逃避免疫檢測(cè)和治療的機(jī)制；(g)對(duì)增強(qiáng)癌細(xì)胞存活和生長(zhǎng)的軸突衍生代謝物進(jìn)行編目；(h)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，以更忠�?shí)地捕捉GI腫瘤微環(huán)境的非凡復(fù)雜性以及神經(jīng)和神經(jīng)膠質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的整合。利用組織制備、清除和更高分辨率光學(xué)成像方面的進(jìn)步來解析CNS和ENS路徑，將帶來GI癌癥神經(jīng)科學(xué)中令人興奮的研究機(jī)會(huì)；用于單細(xì)胞mRNA測(cè)序和代謝組學(xué)的計(jì)算生物學(xué)；光遺傳學(xué)利用光來監(jiān)測(cè)和控制單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)以及通過基因編輯修改的生化途徑；3D電生理記錄；和人工智能。整合新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞類型和信號(hào)通路將產(chǎn)生新的機(jī)制見解和治療目標(biāo)。例如，上皮下端細(xì)胞為整個(gè)小腸和結(jié)腸的干細(xì)胞提供促增殖信號(hào)，可能有助于結(jié)腸癌干細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境成分之間的串?dāng)_（圖1）。填補(bǔ)知識(shí)中的關(guān)鍵空白具有巨大的潛力，可以促進(jìn)我們對(duì)腸腦軸在胃腸道癌癥進(jìn)展中的作用的理解，并使我們能夠利用這些信息來改善治療結(jié)果。由于共享途徑和機(jī)制（圖2和圖3D），針對(duì)一種胃腸道癌癥的腸腦連接的新型療法可能適用于其他癌癥。
