文献解读 | Nature Cancer：结直肠癌细胞劫持脑-肠神经环路促进肿瘤生长

癌症患者常伴随抑郁、焦虑等心理问题，这些问题不仅影响患者的生活质量，还可能加速肿瘤进展。长期的临床观察和流行病学调查表明，心理社会压力对肿瘤的发生、进展及治疗反应有显著影响。然而，大脑如何直接调控外周肿瘤进展的具体机制尚不清楚。外侧隔核（LS）是大脑中的一个关键区域，参与情绪、动机和行为的调节，特别是与奖赏、焦虑、恐惧和抑郁等过程密切相关。近年来，光遗传学研究表明，激活外侧隔核内的特定GABA能神经元或来自边缘下皮质的谷氨酸能投射可以诱导焦虑样行为。鉴于抑郁、焦虑与癌症发病率和死亡率之间的关联，探索外侧隔核在肿瘤进展中的作用具有重要意义。
2025年8月中山大学团队和南方医科大学团队合作在《Nature Cancer》（IF：28.5）发表了题为Colorectal cancer cells hijack a brain–gut polysynaptic circuit from the lateral septum to enteric neurons to sustain tumor growth的研究文章。本研究探讨了外侧隔核（Lateral Septum,LS）中的GABA能神经元如何通过一条复杂的多突触神经环路与肠胆碱能神经元相互作用，进而促进结直肠癌（Colorectal Cancer,CRC）的生长。研究不仅揭示了大脑与外周肿瘤之间的双向相互作用机制，还强调了心理应激在癌症进展中的关键作用。

逆行示踪技术揭示外侧隔核与结直肠癌生长的联系
作者构建了结直肠癌小鼠模型（注射CMT93或SW480细胞），在小鼠的直肠和坐骨神经中形成的肿瘤内观察到NF-L+神经纤维，并发现CMT93细胞的神经生长因子（NGF）mRNA的高表达，在使用GM441756（NGF受体特异性抑制剂）后，肿瘤以及显著减小且神经纤维的浸润也减小了。
作者采用带有红色荧光蛋白的伪狂犬病病毒注射到小鼠的直肠肿瘤中。一周后，我们观察到肿瘤内、直肠和脊髓中的胆碱能神经元，以及外侧下丘脑和外侧隔核中的GABA能神经元中均有mRFP⁺神经纤维分布。外侧隔核位于皮层下前脑，主要由GABA能神经元构成，表明外侧隔核GABA能神经元是通过多突触通路参与调控结直肠癌肿瘤的关键投射神经元群体。
LSGABA神经元通过多突触方式调控支配肿瘤的胆碱能神经元
作者采用带绿色荧光蛋白的HSV病毒注射到雄性ChAT-Cre/Ai14小鼠（胆碱能神经元能表达tdTomato）的LS中，48小时后，直肠肿瘤中大多数eGFP⁺神经纤维与tdTomato共定位。将HSV-ΔTK-LSL-tdTomato-TK病毒（一种只有在表达Cre时才复制和跨突触的病毒）注射到GAD65-Cre小鼠的LS中，72小时后，在直肠肿瘤中检测到tdTomato⁺神经纤维，其中大多数纤维表达ChAT。这一发现表明，LSGABA神经元可能通过一个多突触回路，与向结直肠癌肿瘤微环境发送神经纤维的肠胆碱能神经元建立连接。
化学遗传学/光遗传学调控LSGABA神经元影响结直肠癌生长
作者研究了hM3Dq的激活潜力，给予CNO后，感染了DIO-hM3Dq病毒的mCherry⁺神经元表现出c-Fos（一种神经元激活标志物）表达的增加。这种激活在离体的外侧隔核脑片中进一步得到证实，CNO诱导了表达DIO-hM3Dq的mCherry⁺神经元活动增强。值得注意的是，给予CNO后激活LSGABA神经元，导致小鼠直肠肿瘤生长显著加快。光遗传学能够实现对神经元活动的精准控制。病毒感染后，神经元表达光敏蛋白如hChR2，当受到蓝光照射时，这些蛋白会引发动作电位，表明神经元被激活。对表达hChR2的LSGABA神经元进行蓝光激光刺激，显著促进了小鼠直肠肿瘤的生长。
在离体的外侧隔核脑片中，CNO（选择性抑制hM4Di）处理有效抑制了感染DIO-hM4Di和GAD67-Cre病毒的mCherry⁺神经元的活动。通过注射CNO抑制LSGABA神经元，导致小鼠直肠肿瘤体积显著减小。NpHR3.0是另一种光敏蛋白，它能够在黄光激光刺激下实现对神经元的光学抑制，使神经元超极化。使用黄光激光刺激抑制LSGABA神经元，同样显著抑制了小鼠的肿瘤生长。
LSGABA–LHGABA环路促进结肠蠕动和直肠肿瘤生长
为了确定LSGABA–LHGABA投射是否连接到脊髓，作者将AAV/Retro-DIO-Flp病毒注射到荷瘤和无瘤雄性C57BL/6J小鼠的双侧骶副交感核中。一周后，作者将GAD67-Cre、AAV-fDIO-TVA-tdTomato和AAV-fDIO-RVG病毒注射到双侧外侧下丘脑。又过了两周，作者将RV-EnvA-ΔG-eGFP病毒注射到相同的外侧下丘脑位点。作者在每个脑片的外侧下丘脑中观察到大约1-3个共表达tdTomato和eGFP的神经元，同时在每个脑片的外侧隔核中发现大约1-6个eGFP⁺神经元。在外侧隔核的这些eGFP⁺神经元中，约80%共表达GAD65。这些发现表明，LSGABA–LHGABA投射神经元支配着骶副交感核。
作者将GAD67-Cre和DIO-hChR2病毒注射到雄性C57BL/6J小鼠的LS中，同时将光纤植入LS。接着，将GAD67-Cre连同DIO-mCherry或DIO-hM3Dq病毒一起注射到这些小鼠的外侧下丘脑。监测结肠蠕动发现，激活LSGABA神经元促进了玻璃珠的排出，而激活LHGABA神经元则延迟了其排出。预先激活LHGABA神经元消除了LSGABA神经元对玻璃珠排出的促进作用。这些结果表明，LSGABA神经元的激活通过抑制LHGABA神经元来增强结肠蠕动。
总之，LSGABA神经元通过抑制LHGABA神经元，在驱动结直肠癌肿瘤进展中发挥着关键作用。
LSGABA神经元诱导的肿瘤生长需要肠胆碱能神经元的激活
作者向瘤内注射BTXA（肉毒杆菌毒素A与胆碱能神经末梢有高亲和力结合，可阻断神经传递）显著抑制了小鼠的肿瘤生长，但BTXA处理在体外并不直接抑制结直肠癌细胞的增殖。AAV-DIO-hM4Di和AAV-DIO-hM3Dq病毒也被用于抑制或激活肠道内的神经元活动。
LS主要由GABA能神经元构成，缺乏胆碱能神经元——这一解剖学特征使作者能够选择性地激活ChAT-Cre小鼠中的LSGABA神经元，或抑制其肠胆碱能神经元。通过使用DIO-hM4Di病毒抑制胆碱能神经元后，作者发现LSGABA神经元对肿瘤生长的刺激作用有所减弱。与此一致的是，在雄性和雌性C57BL/6J小鼠中使用BTXA抑制肠神经元，显著削弱了LSGABA神经元在结直肠癌模型中的促肿瘤效应。
总之，这些发现强有力地表明，LSGABA神经元诱导的肿瘤生长需要肠胆碱能神经元的激活。
GABA是介导隔膜-肠道多突触环路的神经递质
作者使用背根神经节神经元和肠神经元的条件培养基培养结直肠癌细胞，发现这种培养基显著促进了结直肠癌细胞的增殖，而这种效应可被经BTXA处理的神经元的条件培养基所阻断。继而通过小鼠实验，发现抑制LSGABA神经元的活性会降低直肠肿瘤中的GABA浓度，而激活这些神经元则会增加GABA水平。总的来说，LSGABA神经元的激活增强了肿瘤内ChAT⁺神经纤维释放GABA，从而以旁分泌方式调节肿瘤细胞。
作者特异性敲低肠胆碱能神经元中GAD67的表达。抑制这些神经元中的GABA合成，显著减缓了小鼠直肠肿瘤的生长。这些发现强调了肠胆碱能神经元来源的GABA在促进结直肠癌生长中的关键作用。
慢性应激激活隔膜-肠道多突触环路导致结直肠癌生长
作者对小鼠进行慢性束缚应激实验，观察到其血清皮质酮水平显著升高，焦虑程度加重，结直肠组织中GABA浓度升高，而乙酰胆碱水平降低，进一步发现，外侧隔核中的GABA能神经元被显著激活，伴随外侧下丘脑中c-Fos⁺神经元减少，而骶副交感核和肠肌间神经丛中c-Fos⁺神经元增加，表明隔膜-肠道多突触环路被激活。慢性束缚应激还促进了肿瘤生长，升高了直肠肿瘤内GABA水平并降低了ACh水平，同时伴随血清皮质酮持续升高。
研究结果表明，应激通过激活隔膜-肠道多突触环路促进结直肠癌的肿瘤进展。慢性束缚应激可能改变肠ChAT⁺神经元的神经递质表型，导致GABA分泌增加、ACh分泌减少，从而增强肿瘤生长。
人类隔区代谢活性与结直肠癌进展相关
作者分析了103名健康个体和103名结直肠癌患者的¹⁸F-FDG PET/CT数据，计算了隔区的标准化摄取值比，发现隔区在人类肿瘤进展中发挥重要作用，并且环境刺激可能通过隔区的神经环路影响肿瘤生长。
结论与展望
本文通过一系列精心设计的实验，揭示了外侧隔核-肠神经环路在结直肠癌进展中的关键作用。研究不仅深化了我们对大脑与肿瘤相互作用的理解，还为开发新的癌症治疗策略提供了科学依据。未来研究可进一步探索该神经环路在其他类型癌症中的作用，以及如何通过干预该环路来优化癌症治疗。同时，结合心理干预和个体化治疗策略，有望为癌症患者提供更加全面和有效的治疗方案。
该文献使用了尚恩生物GL261(小鼠胶质瘤细胞)（SNL-174），详细信息请戳官网https://www.sunncell.com.cn！