γ-氨基丁酸在肿瘤微环境中的研究进展
实体瘤中各种细胞成分共存于复杂的肿瘤微环境（tumor microenvironments，TMEs）。在肿瘤的恶性进展中，微环境的各种细胞成分都需经历快速的代谢适应，肿瘤细胞和它的“邻居们”在代谢上进行协同或竞争，以维持自身能量和物质需求，同时实现逃避免疫监视或治疗抵抗。
越来越多的代谢物被证明参与了肿瘤的恶性进展，如有氧糖酵解的终产物乳酸及第一个被发现的致癌代谢物2-羟基戊二酸等被证明介导肿瘤增殖、转移或免疫抑制。γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）是中枢神经系统中经典的抑制性神经递质，由GABA能神经元合成并释放到突触间隙，作用于突触后膜上的相关受体，引起抑制性突触后电位。
近年来，有关GABA 的研究日益增多，并且不再局限于神经系统和周围组织中发挥常规生理功能，GABA 在TMEs中的重要作用逐步被揭示。多项研究表明，GABA 含量和谷氨酸脱羧酶（glutamic acid decarboxylase，GAD）活性在乳腺癌、结肠癌和胃癌等多种实体肿瘤中都有增加，但其促癌或抑癌作用却无统一定论。
早期认为GABA 活性增加，抑制肿瘤增殖；但近年来在胶质瘤和软骨肉瘤中的研究发现GABA 促进肿瘤的体外增殖，GABA 促进乳腺癌体内转移的研究也支持GABA 的促癌假说。鉴于GABA 在TMEs 中潜在的重要作用，有必要对GABA 与肿瘤进展的相关研究进行系统综述。
1. GABA 的生理来源与功能
GABA 是中枢神经系统中经典的抑制性神经递质之一。谷氨酰胺酶（glutaminase，GLS）将摄入神经细胞内的谷氨酰胺转化为谷氨酸，后者再被GAD 催化生成GABA 并储存于囊泡中。随后GABA 被释放到突触间隙，一方面作用于突触后膜的GABA A 型受体（GABAAR），引起抑制性突触后电位，以维持睡眠-觉醒稳态或影响痛觉传递等；另一方面作用于突触前膜的GABA 转运体（GABA transmitters，GATs），以达到清除多余GABA 的目的，或与GABAB 型受体（GABABR） 结合，通过负反馈模式调节GABA 释放。此外，GABA 还能被周围的神经胶质细胞摄取并代谢，调节其生理功能。
除表达于神经系统外，GABA 也存在于周围组织中，发挥非神经递质功能。肝脏存在较高浓度的GABA，从功能上看，GABA 可作为肝细胞增殖的抑制信号。胰腺组织中由β 细胞分泌的GABA 作用于α 细胞，可抑制胰高血糖素分泌。除影响增殖效应和激素分泌外，GABA 还具有免疫调节功能。
Kang等的研究表明，GABA 是Th17 和iTreg 细胞中最丰富的代谢物之一，通过不同机制，影响T 细胞分化和其介导的炎症反应。GABA 还被证明抑制细胞因子诱导的杀伤细胞（CIKs）增殖并诱导凋亡，降低其表面CD28 和CD25 的表达，抑制T 淋巴细胞活化，具有免疫抑制作用。
2. TMEs 中GABA 能信号的异常改变
2.1 GABA 代谢酶
代谢酶是机体内执行代谢功能的一类蛋白，可以实现各种物质间的相互转化，包括氧化还原酶类、转移酶类和水解酶类等。代谢酶作为桥梁，将各种代谢物编织成代谢网络。GABA 通路相关的代谢酶利用各种不同的小分子合成GABA，如TMEs 中的GLS 催化谷氨酰胺或氨基转移酶催化葡萄糖通过中心碳代谢而来的α 酮戊二酸（α-KG）生成谷氨酸，再由GAD 催化产生GABA。醛脱氢酶ALDH9A1 也可催化由腐胺转化而来的4 氨基丁醛，生成GABA。
GABA 而后可被下游代谢酶γ-氨基丁酸氨基转移酶（ABAT）分解代谢，去往不同路径。在TMEs 中，GABA 上游代谢酶的表达或活性发生变化，均可导致GABA 含量改变，其中研究最多的是GAD。在乳腺癌、结肠癌和胃癌中，已被证明存在GAD 活性升高；另外，前列腺癌和胰腺癌中的GAD 也被证明表达上调。
众所周知，肿瘤细胞具有大量摄取葡萄糖和氨基酸等营养物质以满足快速生长的物质和能量需求的特性，因此有理由相信，参与两者代谢的GABA 在肿瘤发生、发展中起到推波助澜的作用。同样，GABA 的下游代谢酶表达也可能发生变化。Chen 等的研究发现，基底样型乳腺癌中，ABAT 相应的基因启动子处H3 组蛋白第9位赖氨酸甲基化增加，导致ABAT 表达减少，GABA得以积聚。
2.2 GABA 受体
根据对激动剂和拮抗剂敏感性的不同，GABA受体分为3 型：GABA A 型受体（GABAAR）为氯离子通道，是由5 个亚基组成的五聚体，其亚基根据氨基酸序列的同源性又可分为7 个亚类（α1-3，β1-3，γ1-3，δ，ε，θ 和π），荷包牡丹碱为其特异性拮抗剂；GABA B 型受体（GABABR） 属于G 蛋白偶联受体（GPCR），是由2 个不同基因编码的亚基组成的二聚体，GABABR 对荷包牡丹碱不敏感，但巴氯芬是其特异性激动剂；GABA C 型受体（GABACR）对荷包牡丹碱和巴氯芬都不敏感且相关研究较少。在TMEs 中，由于各型受体结构的不同或同种受体组成亚基的不同，所介导的信号也不尽相同。
在肿瘤组织中，GABA 受体的表达量可能发生变化，在前列腺癌中已发现GABAAR 表达上调，在结直肠癌中发现GABABR 低表达，而更多的研究则关注受体类型或结构的改变所带来的生物学差异。许多研究表明，与正常细胞相比，肿瘤细胞中具有特征性的GABAAR 亚基表达，如甲状腺癌中表达GABAARα2 亚基而不表达健康甲状腺中的β2 亚基。
肝细胞癌中低表达的GABAARβ3 亚基和高表达的GABAARα3 亚基促进肿瘤细胞增殖。GABAARα3亚基也被证明在乳腺癌中表达，并通过激活AKT 途径，促进乳腺癌的侵袭和转移。在细胞培养基中加入GABA，可增加GABAAR π 亚基（GABRP）阳性的胰腺导管腺癌细胞的胞内Ca2+水平，并激活MAPK/Erk 级联进而促进细胞增殖。
Jiang 等进一步证明，GABRP 表达上调，促进肿瘤生长和转移，其具体机制为GABRP 与KCNN4 相互作用，诱导Ca2+进入胞内，使得NF-κB 信号被激活，下游靶基因CXCL5 和CCL20 表达增加，最终促进M2 型巨噬细胞浸润。此外，低水平的GABA A 型受体相关蛋白（GABARAP）会诱导上皮-间质转化（EMT），GABARAP 可能通过AKT/mTOR 途径抑制乳腺癌的恶性行为。
作为GPCR 的GABABR，可能与受体酪氨酸激酶（RTKs）间存在交互作用，协同调节肿瘤的恶性表型进展。2017 年，Xia 等重点关注了GABABR 是否通过“劫持”了RTKs 信号来影响人类前列腺癌细胞的命运。结果发现，EGFR 信号转导激活了ERK1/2，其机制依赖于Gi/o 蛋白，此过程需要基质金属蛋白酶（MMPs）介导。因此，前列腺癌细胞膜表面上调的GABABR，在配体依赖的机制下通过转导EGFR信号轴，促进癌细胞迁移和侵袭。
有研究发现，GABABR 拮抗剂CGP 对高分级软骨肉瘤细胞系OUMS-27 具有抗肿瘤作用。CGP 不仅上调凋亡相关蛋白的活性，而且在G1/S 细胞周期检查点表现出抗肿瘤活性，并通过对PI3K/Akt/mTOR 和MAPK 信号通路的双重抑制，诱发细胞凋亡。对GABACR 所涉及的信号转导途径研究较少。先前有研究发现，将胆管癌细胞系Mz-CHA-1 注射到裸鼠体内后，GABA 可通过激动该型受体并磷酸化ERKl/2 信号，抑制肿瘤细胞增殖和转移，并增加肿瘤细胞凋亡。
3.TMEs 中GABA 的功能
3.1 细胞代谢燃料作用
在TMEs 中，为满足肿瘤细胞快速增殖的需要，GABA 可转变为琥珀酸的前体，成为额外的能量来源。GABA 通过ABAT 的转氨作用被代谢成琥珀酸半醛，后者又被琥珀酸半醛脱氢酶（SSADH）转化为琥珀酸进而回补到TCA 循环中。Neman 等的研究发现，乳腺癌细胞在脑转移灶内可能具有类似大脑组织细胞的特性，转移灶过度表达GABA 相关的多个蛋白，并通过代谢GABA 获得能量。
外源性加入低浓度GABA，足以促进转移灶内的细胞增殖。另外，胶质瘤中的SSADH 可能参与了GABA 的氧化，而GABA 氧化能力的提高，可能促进细胞增殖和不良预后。目前，GABA 在TMEs 中作为代谢燃料的研究不多，研究者们更关注的是GABA 通过细胞自分泌或旁分泌方式引起信号改变。
3.2 细胞自分泌信号
肿瘤细胞是TMEs 中最重要的细胞成分，此外还有各型免疫细胞、肿瘤相关成纤维细胞、血管内皮细胞和神经细胞等。细胞自分泌GABA 影响了肿瘤的增殖、侵袭和转移能力，或重塑了肿瘤免疫微环境。有关肿瘤细胞自分泌GABA 的研究是近年来的热点，TMEs 中的其他细胞成分是否也能分泌GABA并作用于自身，进而影响肿瘤发生、发展目前尚不可知。
从非小细胞肺癌和结肠腺癌的临床样本的研究发现，GABA 水平上调提示预后不良，具体机制为：肿瘤细胞来源的GABA 激活自身的GABABR 以抑制GSK-3β 活性，导致β-catenin 信号增强，促进肿瘤细胞增殖。
同样也存在着GABA 自分泌抑制肿瘤增殖的研究，例如早期有研究发现，恶性肝癌细胞内GABA 能活性增加，抑制HepG2 的甲胎蛋白表达和细胞增殖。肿瘤细胞自分泌GABA 除影响增殖外，也影响侵袭和转移。Zhang 等发现，乳腺癌细胞中GAD65/67 显著上调，GABA 受体表达也明显增加。
GABA 能信号可通过GABABR 途径促进乳腺癌细胞在体外迁移和体内转移，此过程由促进ERK1/2 的磷酸化和随后增加的MMP-2 表达所介导。Chen 等的研究既证明了GABA 不仅具有促进肿瘤增殖效应，也能通过Ca2+/NFAT1 轴为乳腺癌细胞提供转移便利。然而有研究者通过延时视频显微镜观察到，GABA将SW480 结肠癌细胞在三维胶原蛋白基质中的去甲肾上腺素诱导的迁移活动降低到了自发迁移水平，并且这种抑制迁移效应是通过GABABR 介导的，cAMP 水平随之降低，从而阻碍了PKA 的激活。近年来GABA 能信号与肿瘤迁移能力减弱的关系研究，更注重受体及其相关蛋白的功能而不是GABA的自分泌效应。
Huang 等分析非小细胞肺癌和结肠腺癌细胞自分泌的GABA 调节肿瘤免疫的潜在机制：肿瘤细胞内GABA 信号增强，导致β-catenin 稳定减弱肿瘤细胞分泌趋化因子CCL4 和CCL5 的能力，进而抑制CD8+ T 细胞和树突状细胞在肿瘤微环境内的浸润，这也部分解释了2 种肿瘤对免疫检查点抑制剂抵抗的原因。
3.3 细胞旁分泌信号
如前所述，大量的研究关注肿瘤细胞分泌的GABA 作用于自身所引起的效应，但目前还无肿瘤细胞分泌到微环境中的GABA 作用于其他细胞成分引起相应功能变化的证据。因此，在此列举的旁分泌作用是指由TMEs 中一种特殊亚群的B 细胞分泌的GABA，对肿瘤细胞以及其他免疫细胞的效应。
Zhang 等的研究发现，B 细胞衍生的GABA 促进单核细胞分化为M2 型巨噬细胞，该类型的巨噬细胞分泌IL-10 并抑制CD8+ T 细胞的杀伤功能，使后者颗粒酶和穿孔素的表达降低，IFNγ 和TNF 等细胞因子分泌减少。如果在小鼠中耗竭B 细胞或抑制B细胞中GAD67 的活性，则可增强抗肿瘤免疫。该研究证实了GABA 串扰分子的角色，即GABA 或是TMEs 中各细胞成分进行信号交流的重要桥梁，但仍需更多研究证据支持这一论断。当肿瘤具有神经浸润时，我们有理由怀疑神经细胞将成为GABA 的又一个“生产者”或“消费者”，这是未来研究中值得关注的问题。
4.总结与展望
正常生理状态下，GABA 除发挥神经递质功能外，也存在于周围组织器官并影响细胞分泌、增殖和免疫状态。近年来许多研究发现，TMEs 中GABA 能信号存在异常变化并可能调控肿瘤进展。TMEs 中的GABA 来源于谷氨酰胺或葡萄糖和精氨酸的代谢中间产物α-KG 和腐胺等。
过度累积的GABA 既可作为额外碳源经下游代谢酶催化进入TCA 循环，又能分泌到TMEs 中与各种细胞成分的膜受体结合，启动下游信号转导。因此，GABA 发挥功能的途径有3 条：代谢燃料补给、自分泌作用及旁分泌作用，后两者意味着TMEs 中各种细胞成分都可能是GABA 的生产者或消费者。
TMEs 中GABA 能信号的改变，可能影响肿瘤的恶性表型并调节抗肿瘤免疫。在中枢神经系统中，GABA 诱发的神经传递是依赖GATs 的快速吸收而终止的。但目前几乎没有GATs 与肿瘤进展的相关研究，我们有理由相信，TMEs 中的一种细胞成分所分泌的GABA 可能被另一种细胞成分通过GATs 的形式摄取作为能量来源，或用以合成相应氨基酸。
头颈部恶性肿瘤是免疫抑制现象非常显著的瘤种（肿瘤原发病灶新辅助免疫治疗的主要反应率为9.7%，完全反应率为2.9%），同时又具备物理距离上邻近中枢神经系统的特点。因此，我们设想，GABA 可能在免疫抑制中发挥了关键作用，同时猜测肿瘤细胞分泌的GABA 可能发挥抑制性神经递质作用，从而导致宿主情绪放松，逃避监管，未来需进行深入研究加以验证。
