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本文揭示了神经元活动在小细胞肺癌（SCLC）发病机制中的关键作用。研究表明，在脑内，谷氨酸能（glutamatergic）和GABA能（GABAergic）神经元通过旁分泌和突触相互作用促进SCLC增殖；在肺内，迷走神经支配对原发性肿瘤发展至关重要。该发现为靶向神经-肿瘤互作提供了新的治疗策略。
神经元活动依赖性机制在肺癌发病中的作用
神经系统作为肿瘤微环境的重要组成部分，在癌症病理生物学中扮演着关键角色。近年来研究发现，神经元活动通过多种机制调控癌症生长，特别是在脑部肿瘤中表现尤为显著。小细胞肺癌（SCLC）作为一种致命的高级别神经内分泌肿瘤，具有强烈的脑转移倾向，但其与神经系统的相互作用机制尚未完全阐明。
迷走神经支配在肺原发肿瘤中的作用
研究首先探讨了神经支配对SCLC在肺内生长的影响。通过对人类原发性SCLC样本的分析，发现多个神经递质受体基因的表达，表明SCLC细胞具备响应神经元信号的能力。利用Rb1fl/fl;Trp53fl/fl;p130fl/fl（RPR2）遗传小鼠模型，研究人员观察到肺内SCLC肿瘤受到多种神经纤维的支配，包括副交感神经（囊泡乙酰胆碱转运蛋白标记）、交感神经（酪氨酸羟化酶蛋白标记）和感觉神经（髓鞘碱性蛋白标记亚群）。
通过单侧颈迷走神经切断术实验，研究发现迷走神经切断显著抑制了原发性肺肿瘤的发展和进展。迷走神经切断组小鼠的肿瘤负荷明显减少，肝转移的发生延迟，生存期显著延长。值得注意的是，这种抑瘤效应主要在肿瘤发展早期阶段显著，在晚期疾病或MYC驱动的侵袭性SCLC模型中则不明显，表明迷走神经支配对SCLC起始和早期发展至关重要。
脑内SCLC微环境中的神经元
考虑到SCLC的高脑转移倾向，研究进一步探讨了神经元与SCLC细胞在脑内的相互作用。对人类SCLC脑转移样本的分析显示，肿瘤区域存在大量轴突与恶性细胞交织。靠近轴突（100μm以内）的SCLC细胞表现出更高的增殖率和核密度，提示神经元-SCLC相互作用可能具有功能意义。
由于缺乏可靠的自发性脑转移模型，研究采用小鼠颅内同种异体移植模型，将SCLC细胞移植到特定脑区。这些脑内移植物表现出与人类样本相似的神经元浸润模式，特别是在肿瘤外周区域，神经元丰富区域的细胞增殖指数显著高于神经元稀少区域。
神经元与SCLC在脑内的相互作用
通过共培养系统，研究发现活性神经元显著增加了SCLC细胞的增殖率，这一效应可被电压门控钠通道阻断剂河豚毒素（TTX）所抑制，表明其依赖于神经元动作电位。
单细胞RNA测序分析显示，与神经元共培养的SCLC细胞呈现出独特的转录表型。除了细胞增殖特征上调外，还发现了一个特定的细胞亚群（簇14），其突触形成和神经递质受体相关基因表达丰富，表现出突触相关基因特征的富集。在TTX抑制神经元活动的情况下，这种突触相关基因表达的富集消失，表明这是一种活动依赖性的恶性细胞可塑性机制。
对人类SCLC脑转移组织的分析进一步证实了这一发现。与肺原发灶和其他转移部位相比，脑内SCLC细胞显著富集突触相关基因特征。通过无偏聚类，研究人员发现脑转移SCLC细胞可划分为六个不同的元程序（metaprogramme），其中MP3程序以神经样转录程序为特征，与神经和胶质前体样特征相关。
SCLC在脑内的突触整合
超微结构分析揭示了SCLC细胞与神经元之间形成直接突触连接。免疫金标记明确地将恶性细胞定位在突触后位置，证实这些癌细胞在结构上参与了神经元-SCLC突触。尽管较少见，研究也发现了恶性细胞位于正常神经元-神经元突触旁的"伪三方突触"位置，与乳腺癌脑转移中的描述类似。
电生理记录进一步证实了SCLC细胞对神经元活动的功能响应。在电压钳制下，约22%的SCLC细胞表现出自发性兴奋性突触后电流（sEPSCs），这些电流可被AMPA受体阻断剂NBQX抑制。神经元活动诱发的反应显示，约55%的SCLC细胞表现出电流响应，这些响应可被TTX阻断。
特别值得注意的是，GABA能突触神经传递在SCLC中占主导地位，并且本质上具有去极化特性。穿孔膜片钳记录显示，SCLC细胞中的GABA能突触电流反转电位为-27.3±5.5mV，而细胞贴附测量显示SCLC基线静息膜电位约为-72mV，表明GABA门控氯通道的开放导致SCLC去极化而非超极化。
神经递质介导的信号在SCLC生长中的作用
研究利用诱导多能干细胞（iPS细胞）来源的神经元，建立了分离的谷氨酸能或GABA能神经元群体，与代表不同SCLC分子亚型的细胞系共培养。研究发现，谷氨酸能和GABA能神经元在不同SCLC亚型中均能引起增殖效应，不受转录表型影响。
通过添加TTX（广谱神经元活动阻断剂）或特异性神经递质受体抑制剂MK801（NMDA受体抑制剂）、CNQX（AMPA/海人酸受体抑制剂）或gabazine（GABA受体抑制剂），研究人员证实了谷氨酸能和GABA能信号在SCLC对神经元活动的增殖反应中均发挥作用。
条件培养基实验表明，神经元分泌的旁分泌因子可能贡献但不完全解释直接共培养的完整增殖效应，接触介导的相互作用（如突触通信）是神经元对SCLC细胞生长促进作用的重要组成部分。值得注意的是，已知的活动依赖性旁分泌因子neuroligin-3（NLGN3）和脑源性神经营养因子（BDNF）对SCLC细胞没有促进增殖作用，这与它们在胶质瘤中的作用形成对比，突出了不同组织来源癌症中活动依赖性机制的差异。
神经回路活动驱动颅内SCLC生长
通过体内光遗传学技术，研究直接验证了神经元活动对颅内SCLC肿瘤增殖的影响。在表达蓝色光敏感通道通道视紫红质（ChR2）的Thy1+深层皮质投射神经元中移植SCLC细胞，光遗传学刺激皮层神经元活动后，SCLC细胞表现出增殖率的显著增加。同时，SCLC细胞向正常脑实质的扩散也增加，更多细胞迁移出肿瘤边缘。
考虑到GABA能突触神经传递在电生理研究中的主导地位及其去极化性质，研究特别探讨了GABA能中间神经元的贡献。通过在小鼠皮层中移植SCLC细胞并结合腺相关病毒在Dlx表达的GABA能中间神经元中遗传表达红色光敏感通道视紫红质ChRmine，光遗传学刺激GABA能中间神经元活动促进了移植SCLC细胞的增殖，证实了GABA能神经元信号在颅内SCLC生长中的促瘤作用。
SCLC膜去极化调控生长
通过钙成像技术，研究可视化SCLC细胞中神经递质介导的电流。应用谷氨酸或GABA均能在表达GCaMP6s的SCLC细胞中引发明显的钙瞬变。原位双光子钙成像显示，SCLC细胞中存在自发的和轴突刺激诱发的钙瞬变，这些瞬变可被TTX阻断，表明它们依赖于神经元活动。
基于突触神经传递引起的SCLC膜去极化和 consequent 钙瞬变，研究假设膜去极化本身为SCLC肿瘤在脑内提供功能优势。通过光遗传学直接去极化表达ChR2的SCLC细胞，研究发现膜去极化导致SCLC增殖指数增加，肿瘤总体大小约增加一倍，表明SCLC细胞在脑内利用神经元活动和 consequent 神经递质介导的膜去极化来促进肿瘤进展。
互惠的神经元-SCLC相互作用
鉴于脑转移癌常伴有癫痫发作，研究评估了SCLC细胞是否能够 reciprocally 影响微环境中的神经元。通过量化共培养中突前 puncta（synapsin）与突后 puncta（HOMER1）的共定位，研究发现与SCLC细胞共培养的谷氨酸能神经元突触数量显著增加。
体内电子显微图像分析显示，肿瘤区域的神经元-神经元突触数量较对侧非肿瘤对照组增加。多电极阵列（MEA）电生理学检测发现，神经元在SCLC细胞存在下活动增加，表现为 spike 数量、振幅和频率的增加。条件培养基实验仅引起 spike 振幅的轻微增加，表明直接接触对神经元超兴奋性的重要性。
星形胶质细胞在神经元回路的形式和功能中具有核心作用，研究发现在SCLC细胞对神经元暴露的反应中，星形胶质细胞相关基因特征在特定细胞亚群（簇5）中表达增加，不与上调的突触特征群体重叠。对人类SCLC脑转移组织的分析显示，脑内SCLC细胞中突触发生促进性星形胶质细胞基因特征在特定元程序中上调，表明SCLC能够在脑内重塑和加强神经元-SCLC相互作用。
靶向神经元-SCLC相互作用的治疗策略
基于肿瘤区域神经元活动增加以及谷氨酸能和GABA能突触信号驱动SCLC在脑内生长的发现，研究探索了利用现有临床可用药物靶向神经元-SCLC相互作用的治疗潜力。通过使用常用抗癫痫药物左乙拉西坦（levetiracetam，通过干扰突触囊泡释放起作用）减少活动依赖性信号，研究发现左乙拉西坦治疗显著降低了脑内SCLC细胞的增殖和肿瘤负荷，表明破坏神经元-SCLC相互作用将成为有效治疗SCLC的核心组成部分。
总结与展望
神经元活动对SCLC病理生理学的影响为癌症中神经生物学的重要性提供了新的证据。这些发现表明，定植于脑内的SCLC细胞通过旁分泌和突触机制利用神经元活动来增强生长和侵袭，同时 reciprocally 增加神经元兴奋性和活动。未来研究需要进一步阐明介导这种活动驱动进展的特定分子信号级联，可能揭示治疗脆弱性。SCLC膜去极化的生长促进效应值得进一步研究电压敏感性癌症细胞增殖机制。迷走神经切断对肺SCLC的显著效应提出了关于迷走神经内不同轴突亚群的具体参与和相对贡献的问题，这些问题的答案将提供潜在的治疗靶点，如特异性神经递质受体，并为将这些发现转化为临床应用提供信息。SCLC是一种治疗选择有限、预后差的疾病，因此，破坏神经元与SCLC在肺和脑中的功能相互作用代表了这种致命癌症的有前景的治疗策略。
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