感觉神经元通过谷氨酸能神经-癌症假突触驱动胰腺癌进展的机制研究

本刊推荐：为解决胰腺癌中神经浸润促进肿瘤进展的机制问题，研究人员开展了感觉神经元与胰腺癌细胞间假突触连接的主题研究。发现PDAC细胞在假突触部位富集NMDA受体亚基GRIN2D，通过神经元源性谷氨酸激活GRIN2D信号促进肿瘤生长。干扰谷氨酸-GRIN2D信号可显著提高生存率，为靶向癌症-神经假突触提供了治疗新策略。

　　

胰腺癌是一种高度致命的恶性肿瘤，特别是胰腺导管腺癌（PDAC）患者预后极差。这种癌症有一个显著特征——神经浸润（NI），即癌细胞沿着神经侵袭扩散，这不仅导致局部广泛侵犯，使手术切除变得困难，还会引起剧烈疼痛。更令人担忧的是，神经浸润的严重程度是PDAC患者总体生存和无病生存的独立预后因素。

近年来研究表明，感觉神经和交感神经都能促进小鼠PDAC的肿瘤发生和侵袭性。然而，这些相互作用机制主要局限于旁分泌信号通路。与此同时，在脑部原发和转移性肿瘤中，科学家发现中枢神经系统神经元与癌细胞之间存在突触谷氨酸信号，促进癌症进展。虽然L-谷氨酸是背根神经节（DRG）感觉神经元的主要神经递质，但感觉神经元与外周癌细胞（如PDAC细胞）之间是否存在谷氨酸介导的突触相互作用，仍然是一个未解之谜。

受到神经浸润在PDAC中的预后意义以及突触谷氨酸信号在中枢神经系统癌症中的关键作用的启发，德国慕尼黑工业大学Ihsan Ekin Demir教授团队开展了这项开创性研究，成果发表在《Cancer Cell》上。

研究人员综合运用了多种关键技术方法：通过TCGA数据库和单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析GRIN2D表达特征；采用体外迁移侵袭实验、钙成像技术和电生理记录验证功能机制；利用免疫组化/免疫荧光和电子显微镜（TEM/SEM）观察形态学连接；通过动物模型（包括正交移植、感觉神经消融和基因敲除）进行体内验证；并结合染色质免疫沉淀（ChIP-PCR）和Western blot等分子生物学技术探索信号通路调控机制。研究使用的PDAC患者样本来自医院生物样本库，小鼠模型采用C57BL/6N背景品系。

GRIN2D在多种人类癌症中上调并促进癌细胞迁移

研究人员首先分析了患者来源的PDAC肿瘤活检和相应人类腹腔神经节标本中各谷氨酸受体亚型的表达。结果显示，在所有分析的谷氨酸受体中，GRIN2D基因（NMDAR家族成员）的表达水平显著升高。进一步分析发现，GRIN2D在恶性上皮细胞中特异性富集，在非恶性群体中表达极低。有趣的是，神经亲和性细胞系（SU.86.86、T3M4和TPAC）在L-谷氨酸（L-Glu）和DRG条件培养基处理下表现出迁移和侵袭能力增强，而非神经亲和性细胞（Panc-1、Capan-1和KPC）则无此反应。使用GRIN2D选择性拮抗剂UBP145或siRNA沉默GRIN2D能够有效逆转神经亲和性细胞的迁移和侵袭行为。

癌症细胞中的GRIN2D表达与神经元中突触前谷氨酸释放相关蛋白增加相关

研究发现，在受癌细胞侵袭的神经中，癌症细胞内的GRIN2D、GRIN1和DLG4蛋白水平显著富集。同时，与未受侵袭的神经相比，受侵袭神经中的VAMP1（synaptobrevin-1）和SLC17A6（vesicular glutamate transporter 2, vGlut-2）水平也显著升高。与DRG共培养可上调神经亲和性癌细胞中GRIN1和GRIN2D的表达，而在非神经亲和性细胞中则无此变化或表达降低。

谷氨酸通过CAMK IV-CREB通路和E2F1介导的EZH2激活触发GRIN2D表达

通过ARCHS4数据库分析，研究人员发现Zeste增强子2（EZH2）是调控人类细胞GRIN2D表达的最重要转录因子。机制研究表明，L-谷氨酸处理通过激活CAMK4-CREB1信号通路（增加pCREB1Ser133水平）来上调EZH2表达。EZH2作为转录抑制因子，通过催化组蛋白H3 lysine 27（H3K27me3）三甲基化来抑制细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）抑制剂p16INK4a（CDKN2A）的表达，从而释放E2F1转录因子。E2F1进一步激活EZH2表达，形成正反馈循环，最终驱动GRIN2D在PDAC中的表达。

钙成像记录证实，与人类神经元共培养的人SU.86.86细胞中存在功能性GRIN2D-containing NMDA受体，表现为谷氨酸诱导的剂量依赖性钙内流反应，并可被特定NMDA受体拮抗剂调控。

小鼠胰腺癌细胞中的Grin2d对肿瘤生长和神经支配至关重要

通过短发夹RNA（shRNA） knockdown和CRISPR-Cas9系统敲除（KO）Grin2d基因，研究人员发现Grin2d缺失细胞对L-Glu和DRG CM处理无反应，侵袭、迁移和伤口愈合能力均减弱。将Grin2d修饰的KPC-Pdx1CRE细胞正交移植到C57BL/6N小鼠胰腺中后，shGrin2d和Grin2d-/-组小鼠的总体生存期显著延长，肿瘤生长速率降低，肿瘤体积减小，腹膜转移数量减少。此外，Grin2d缺失还导致肿瘤及其周围组织的神经支配减少，cleaved caspase 9水平升高。

感觉神经支配通过TGFA-EGFR信号的前馈环驱动胰腺癌细胞中Grin2d上调

RNA测序分析发现，Grin2d敲除肿瘤中Egfr及其配体转化生长因子α（TGFA）显著下调。体外实验表明，重组TGFA处理可激活小鼠DRG神经元中的EGFR并促进轴突生成。体内实验进一步证实，Grin2d缺失肿瘤中EGFR和TGFA水平降低。

通过辣椒素（capsaicin）介导的TRPV1+ DRG神经元消融实验，研究人员发现感觉神经元以谷氨酸依赖性方式调节癌细胞GRIN2D表达。在Trpv1 KO小鼠模型中，肿瘤生长受到抑制，而TGFA在KPC-Pdx1CRE细胞中的过表达可部分恢复肿瘤生长，特别是在Trpv1 WT小鼠中效果最显著。

感觉神经元通过神经-癌症假突触向人类PDAC中的胰腺癌细胞提供谷氨酸

透射电子显微镜（TEM）分析患者来源的PDAC标本发现，在神经侵袭部位存在高度组织的突触结构，包括突触前终扣（含有突触小泡和致密核心小泡）和突触后致密区（PSD）。免疫金标记证实了GRIN1和SLC17A6在这些神经-癌症假突触中的存在。共聚焦显微镜观察显示，神经元SLC17A6红色 puncta与SU.86.86 GRIN2D-GFP表达点紧密相关，描绘了神经-癌症假突触的部位。

本研究发现了外周感觉神经元与胰腺癌细胞之间存在的谷氨酸能假突触连接，揭示了GRIN2D-NMDA受体信号在这一过程中的核心作用。感觉神经元通过假突触结构向癌细胞提供谷氨酸，激活GRIN2D信号，促进肿瘤生长、侵袭和神经支配。同时，癌细胞通过GRIN2D-TGFA-EGFR信号轴进一步促进神经支配，形成前馈循环。

这一发现不仅为理解胰腺癌的神经微环境交互提供了新视角，也为开发癌症神经科学指导的肿瘤治疗策略提供了新机遇。针对GRIN2D-NMDA受体信号的非血脑屏障穿透性药物可能具有较宽的治疗窗口和最小的中枢神经系统副作用，具有重要的临床转化价值。研究结果表明，靶向癌症-神经假突触可能成为胰腺癌治疗的新策略。