永生神话的破灭，癌细胞也有“老死”的一天

撰文 | 咸姐

人，终究会老。我们总是把衰老看成一件悲伤的事，但其实衰老是我们的细胞在应对体内外环境中的各种应激信号时做出的一种防御性反应。

每一个细胞在其一生中都会因为各种应激条件而逐渐积累着各种损伤，尽管存在着一系列修复机制，但有时损伤会持续存在。倘若在细胞进行复制时缺少适当的防御机制，那么这些持续应激就会导致组织退化甚至促进癌症的发生。这些防御机制之一就是让细胞切换至一种稳定的非增殖、代谢活跃的生存状态，称为细胞衰老。经历了衰老的细胞可以避免进一步的基因组不稳定性和 DNA 损伤的积累。这些由应激刺激而非端粒损伤所引起的衰老有时被称为应激诱导的早衰。

癌细胞的一个最重要的特征就是无限增殖，给人的印象似乎就是“永生”，但你可曾想过，事实上，癌细胞也可以产生衰老反应。衰老之于癌细胞，更多的代表了一种针对癌症的强大防御机制，因为应激诱导的衰老可导致稳定的细胞周期的阻滞。癌细胞的永生神话可以破灭了，等待它们的将是衰老和死亡。

2022年3月3日，来自荷兰癌症研究所的王力勤教授和René Bernards教授等人在Nature Reviews上在线发表题为Exploiting senescence for the treatment of cancer的文章，详细阐述了在癌细胞中诱导衰老的方法，描述了衰老癌细胞的独特特征，以及如何利用这些细胞生理学的变化来选择性地去除这些细胞（衰老细胞裂解法senolysis），探讨了对癌症进行促衰老和抗衰老的“（one-two punch）”疗法所带来的挑战和机遇。

肿瘤细胞的衰老诱导

大量的抗癌干预可以通过触发基因毒性应激、有丝分裂信号的过度激活或氧化应激而诱导癌细胞衰老，从而导致稳定的细胞周期阻滞和衰老相关的分泌表型（SASP，可分泌促炎细胞因子，生长因子和基质金属蛋白酶MMP）的诱导。因此，以治疗为目的而诱导的衰老作为一种初始的抗肿瘤机制可以阻止增殖并防止进一步的基因组不稳定性（图1）。

1. 癌基因诱导

早在1997年就首次在体内证实了致癌基因（如 HRASV12）的激活会触发生长停滞，称为致癌基因诱导的衰老（OIS）。类似的，肿瘤抑制基因（如 Pten）的缺失也可诱导细胞衰老，称为PTEN 缺失诱导的细胞衰老（PICS）。多种信号途径被发现介导了OIS和PICS过程，如起着核心作用的p53通路以及不依赖于p53 激活和 DNA 损伤信号传导的INK4A-RB 途径的激活等。值得一提的是，获得性遗传改变造成这些途径的失调是肿瘤细胞规避衰老反应的常见方式。

图1 癌症的衰老诱导疗法

2. 化疗和放疗诱导

尽管恶性肿瘤有逃避衰老的能力，但是仍然可以利用治疗方法而使癌细胞被迫进入衰老状态，即治疗诱导的衰老。最常见的方法就是化疗或放疗，然而并非所有癌细胞都会因此进入衰老状态，因为衰老反应仅在特定的DNA损伤窗口中触发。研究发现，低剂量的化疗更容易引发人类癌细胞的衰老细胞状态，而高剂量的化疗则会诱导细胞凋亡。虽然相当多的现有化疗药物可以通过造成癌细胞的DNA损伤而具有诱导衰老的能力，但凋亡反应在大多数癌症中占主导地位。同理，放疗也可通过诱导无法修复的 DNA 损伤反应，激活 ATM 或 ATR 和 p53-p21 通路介导的细胞凋亡和细胞衰老。

3. 细胞周期抑制诱导

衰老细胞的一个标志是上调细胞周期依赖性激酶（CDK）抑制剂蛋白以诱导细胞周期阻滞，而癌细胞中CDK水平通常上调，以便促进细胞周期的进展。因此，抑制 CDK 或提高 CDK 抑制剂蛋白水平的药物可用于诱导癌症的衰老治疗，如CDK4/6抑制剂、CDK2抑制剂、Aurora 激酶（AURK）抑制剂。

4. 端粒酶抑制诱导

癌细胞通常可以通过重新激活端粒酶活性来规避因端粒损伤而造成的复制性衰老，迄今为止，许多抑制端粒酶复合物的化合物已被确定为抗癌治疗的候选药物。例如BIBR15 和 GRN163L可有效诱导端粒酶，诱导衰老并抑制癌细胞增殖。

5. 表观遗传调节剂诱导

另一种诱导衰老的方法是调节癌细胞的表观基因组，如抑制 DNA 甲基转移酶的地西他滨和组蛋白去乙酰化酶抑制剂伏立诺他。

6. 靶向肿瘤抑制因子或癌基因诱导

在小鼠模型中，Trp53 的基因恢复可通过诱导衰老反应而抑制肉瘤和肝癌。目前，已有多种激活p53的化合物正在研发中。此外，体外和小鼠体内实验还发现，PTEN抑制剂VO-OHpic具有促进癌症衰老治疗的潜力。鉴于人类癌症中 TP53 和 RB1 途径的频繁突变，而这些途径对衰老反应又至关重要，或许有人会认为癌细胞大多对衰老的诱导具有抗性。然而，情况并非如此——几乎所有肿瘤细胞系都可以在体外使用 DNA 损伤剂或 AURK 抑制剂诱导衰老，而与RB1和TP53的突变状态无关。显然，虽然这些基因是癌细胞衰老反应的介质，但它们对于癌症的衰老诱导并不是必需的。

衰老细胞在肿瘤中的作用

细胞衰老在肿瘤中的作用和衰老诱导疗法的效果是非常复杂的，而且往往是不可预测的，这主要是因为 SASP 的双重作用（图2）。SASP的作用高度依赖于环境和细胞类型，并在癌症进展的不同阶段发生变化。

一方面，衰老癌细胞中产生的一些细胞因子，如IL-6、IL-8和CCL2，可以招募自然杀伤（NK）细胞和T细胞，有助于免疫监测。此外，IL-6和IL-8可以通过增加活性氧（ROS）的产生和持续的DNA损伤反应，以一种自分泌的方式加强细胞衰老。它们也可以以旁分泌的方式介导周围癌细胞的衰老，从而进一步控制肿瘤的生长。

另一方面，从长远来看，衰老癌细胞的 SASP 被认为在促进肿瘤生长、治疗抵抗、免疫抑制、转移和血管生成方面主要是有害的。例如，由衰老癌细胞分泌或由MMP从细胞外基质（ECM）释放的IL-6可招募骨髓源性抑制细胞（MDSC），从而形成支持肿瘤生长的慢性炎症和免疫抑制微环境。或者裂解的ECM成分释放的生长因子可以促进肿瘤的进一步生长和上皮-间质转化（EMT），从而导致转移等等。此外，衰老的癌细胞可能会长期处于休眠状态，从而逃避治疗并构成肿瘤复发的风险。另外值得关注的是治疗诱导衰老的肿瘤细胞所分泌的SASP也会扩散到周围健康组织并促它们也进入衰老状态,导致患者身体系统性的老化。大量的研究也证实与许多化疗和放疗所导致的副作用是由治疗诱导的衰老细胞有着直接关联。

图2 衰老细胞在肿瘤中的双重作用

抗癌治疗中的抗衰老疗法

如上所述，治疗后治疗诱导的衰老细胞的持续存在可能是有害的。因此，将促衰老疗法与抗衰老疗法结合起来的“one-two punch”治疗癌症或许才是最佳选择。除了通过“one-two punch”疗法直接靶向癌细胞并减少放化疗对正常组织的副作用外，抗衰老治疗还能消除肿瘤微环境中早期的癌前衰老细胞或其他衰老细胞，以抑制SASP的有害影响，主要分为以下两种：

1. 抗衰老药物靶向衰老细胞

衰老细胞的标志之一是染色质结构发生变化，导致基因表达发生变化。这些改变可以影响细胞凋亡调节等基本过程，导致衰老细胞中特有的新的脆性的发现，从而成为抗衰老药物的选择性靶点。例如靶向抗凋亡BCL-2家族蛋白的化合物已被深入研究用于抗衰老治疗，调节p53活性的化合物以及mTOR 抑制剂均在衰老癌细胞中显示出抗衰老作用等等。而此类化合物与衰老诱导疗法的联合使用或续贯性使用可能具有重要的临床效用。

2. 免疫反应介导的抗衰老治疗

SASP 细胞因子、趋化因子和其他调节免疫细胞的因子既可以促进也可以抑制衰老细胞的清除。比如，SASP因子CCL2可以使表面蛋白如NK细胞激活受体（NKG2D）和细胞间粘附分子1（ICAM1）表达上调，驱动NK细胞的招募以促进免疫监测，促进癌细胞的清除；相反，MMP则可以切割NK细胞上表达的NKG2D配体，从而抑制NK细胞的细胞毒作用。再比如，SASP的其他成分，如促血管生成因子VEGF和促炎症细胞因子及趋化因子CCL5、CXCL1和IL 6，可以招募CD8+ T 细胞以清除衰老细胞；然而，与免疫刺激作用相反，IL-6也可以吸引髓源性抑制细胞（MDSC）来抑制 NK 细胞和 T 细胞的抗衰老作用。类似的，衰老细胞可能会在主要组织相容性复合体（MHC）I 类上递呈特定抗原以激活 CD8+ 细胞；但是，作为一种免疫抑制机制，衰老细胞也可以上调 PDL1 以减弱 T 细胞反应。

总之，这些研究表明，将衰老诱导疗法与免疫疗法相结合可能会改善治疗效果。通过SASP，治疗诱导的衰老可以通过诱导炎症、招募免疫细胞、将衰老扩散到其他细胞以及以积极和消极的方式改变免疫细胞的功能来影响癌细胞及其周围组织。此外，SASP也可能因组织类型、衰老的诱导方式、时间和对激素的反应而在衰老癌细胞之间有所不同，从而可能影响免疫疗法的疗效。而开发可以识别衰老过程中表达上调的细胞表面蛋白的嵌合受体，利用嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法或许可以部分克服这些问题。

综上所述，将诱导衰老疗法与抗衰老疗法相结合无疑可以获得更好的抗肿瘤反应并抑制由SASP因子介导的肿瘤进展。然而本文作者也指出，这种“one-two punch”疗法仍面临着很多挑战，比如缺乏在高比例癌细胞中高效诱导衰老的药物，并且其对癌细胞的选择性应该高于对正常细胞的选择性；此外，缺乏广泛作用的抗衰老药物也是一个急需解决的问题，还包括肿瘤异质性等等诸多问题。另外，如何在时间上和疗效上把控诱导衰老与senolytic药物治疗之间的转化也是一个挑战。为此，我们也需要一套可以通过衰老细胞相关的生物标志物来监测患者体内衰老肿瘤细胞总量的系统。该系统可以根据患者对该疗法的反应来即时调整两种治疗之间的转化，从而更大程度上的把控不必要的副作用。尽管这些问题都尚未得到完全的解答，但不容否认的是，癌症的衰老疗法的关键优势已经显现，破坏癌细胞的永生神话不再只是梦！

王力勤博士师从Rene Bernards教授, 在The Netherlands Cancer Institute完成了博士学位与博士后研究。之后在 The Netherlands Cancer Institute担任副研究员，并在生物制药公司Oncosence（该公司被Nature Biotechnology报道为Senolytics领域先驱公司之一）担任科研主管。曾获荷兰皇家化学协会H.G.K.Westenbrink Prize，荷兰教育部优秀留学生Delta奖学金，中国留学基金委国家优秀自费留学生奖学金。迄今，课题研究成果以第一作者身份发表于Cell，Nature，European Urology，Cell Reports 和Nature Reviews Cancer等期刊。王力勤博士正以中山大学肿瘤防治中心研究员、独立课题组长（PI)身份组建研究团队，研究课题主要侧重于利用高通量基因筛选技术结合分子生物学研究肿瘤对药物治疗响应的分子机制和联合用药组合，并藉此进一步的开发精准有效的治疗策略。现今课题专注于促使肿瘤细胞衰老和Senolytic药物的研发。课题组计划招收分子生物学、细胞生物学、免疫学或相关专业背景的 Sub-PI与博士后（要求以第一作者身份在相关领域专业期刊发表过高水平研究性成果），以及优秀博士研究生。

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https://jinshuju.net/f/ZqXwZt

https://doi.org/10.1038/s41568-022-00450-9

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