衰老微環(huán)境與腫瘤△

程鈺，于中陽，胡凱文

1北京中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院，北京 100029

2北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院腫瘤科，北京 100078

近年來，人們發(fā)現(xiàn)癌癥的發(fā)病率呈年齡相關性的增長。流行病學研究顯示60歲以上人群的癌癥診斷率可增加兩倍余，中位診斷年齡為65歲，中位死亡年齡達74歲[1]。世界衛(wèi)生組織預計至2050年，世界60歲以上人口將超過20億，其中中國或成為老齡人口最多的國家。衰老是隨著時間的推移，機體功能儲備喪失，導致組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)降低和年齡相關疾病增加的狀態(tài)[2]。衰老與腫瘤之間的關系存在很大爭議，雖然已經(jīng)明確衰老是腫瘤的不利因素，但大量研究顯示細胞層面的衰老在胚胎發(fā)生、傷口愈合、宿主免疫甚至抑制腫瘤上具有積極作用。衰老概念上的混淆是該矛盾出現(xiàn)的主要原因。與宏觀概念的衰老不同，細胞衰老貫穿整個生命過程，是正常的生理現(xiàn)象。雖然衰老細胞的累積是機體衰老的基礎，但兩者并不完全共享誘導機制和分子標記[3-4]。目前尚不明確導致兩者差別的機制，抗腫瘤治療中對衰老細胞的策略也存在巨大分歧。微環(huán)境指的是間質(zhì)、體液以及相關細胞組成的參與細胞增殖、分化和代謝的生存環(huán)境，更能反映局部組織甚至全身機體變化的狀態(tài)。有證據(jù)顯示衰老可以編程基質(zhì)細胞，重塑微環(huán)境，從而促進腫瘤發(fā)展[5]。微環(huán)境衰老的表型特征可以歸納為化學信號改變、細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）完整性破壞和免疫衰老，本文便從以上三個方面分述衰老微環(huán)境對腫瘤的影響。

1 化學信號

衰老產(chǎn)生的最主要的環(huán)境效應是衰老相關分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）。SASP主要包括蛋白酶、細胞因子、趨化因子、生長因子以及多種調(diào)節(jié)因子[6]。SASP作為對腫瘤等年齡相關疾病的雙刃劍被人們熟知。機體對正常組織的SASP是積極的：細胞因子和趨化因子可以通過促進炎性反應吸引免疫細胞聚集，清除多余的衰老細胞；蛋白酶具有重塑微環(huán)境的作用，并與調(diào)控免疫細胞進出相關；生長因子參與促進衰老細胞清除后的細胞增殖替換過程[7]。但是隨著年齡的增長，衰老細胞出現(xiàn)累積，SASP在“自體/旁分泌衰老”的作用下持續(xù)分泌，從而導致衰老加速及腫瘤等年齡相關疾病的發(fā)生[8]。例如，細胞因子白細胞介素（interleukin，IL）-6、IL-8的過度分泌會引發(fā)老年人全身慢性炎癥，并進一步形成免疫抑制環(huán)境，導致腫瘤發(fā)生風險增加[9]；基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）可以破壞細胞外基質(zhì)和基底膜，幫助腫瘤細胞侵襲與轉移；血管內(nèi)皮生長因子可以通過生成血管促進腫瘤轉移；而部分生長因子可以直接促進腫瘤細胞增殖。最近，一些科學家開始將另一種成分——外泌體，視為SASP的一部分[10]。外泌體具有攜帶并轉移蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸等生物分子的作用。研究發(fā)現(xiàn)，衰老細胞的外泌體數(shù)量明顯增加且成分與年輕細胞有所不同[11]，這些成分的改變會引起細胞增殖、炎癥、免疫逃逸和染色體不穩(wěn)定，并與癌癥密切相關[12]。

SASP并不是一成不變的，他的成分和功能受誘導機制影響，可呈多階段變化，并最終決定于所有成分的組合作用和受體靶細胞。經(jīng)典DNA損傷反應是年齡相關衰老的主要依賴途徑，該過程通過毛細血管擴張性共濟失調(diào)癥突變蛋白（ataxiatelangiectasia mutation，ATM）/GATA結合蛋白4（GATA-binding protein 4，GATA-4）通路激活核因子κB（nuclear factor of kappa B，NF-κB）參與SASP的轉錄調(diào)節(jié)[13]。除了該經(jīng)典途徑，近年來研究認為部分衰老壓力可以通過蛋白激酶p38控制mRNA穩(wěn)定性調(diào)控SASP，且該途徑下產(chǎn)生的SASP與經(jīng)典途徑具有一定差別[14]。SASP成分可呈階段性改變。細胞衰老初階段可以分泌具有抗炎作用的IL-1α，當NF-κB和CCAAT增強子結合蛋白β參與轉錄調(diào)控后，便會產(chǎn)生第二階段SASP，但該階段的SASP相較于初階段的SASP似乎不那么“友好”，其中IL-6和IL-8兩種主要成分可促進惡性上皮-間充質(zhì)轉化[15-16]。此外，SASP的最終作用是由所有分泌成分的組合決定。例如，微環(huán)境的重塑取決于調(diào)節(jié)因子組織金屬蛋白酶抑制劑和MMP的平衡結果[17]，而胰島素樣生長因子結合蛋白則被報道可以促進部分SASP對年齡相關疾病的作用[18]。靶細胞也是影響因素之一，周圍細胞如果表達了致病性SASP成分的受體則被稱為易病性細胞，而衰老細胞本身如果同樣表達這些受體，在自分泌和旁分泌的不斷修飾下更易獲得致病性特征。

目前，衰老化學信號分泌相關的研究存在多個局限性問題。許多腫瘤相關SASP的研究仍然關注單個因子的表達并分析其直接作用效果，缺少對整體SASP的組合作用和細胞環(huán)境的考慮。在實驗模型的選擇上，癌基因誘導的SASP由于具有簡捷、快速的優(yōu)勢更受大部分研究者青睞，但癌基因激活途徑誘導的SASP是否能代表衰老的實際情況仍有待商榷。此外，人們對SASP的動態(tài)、多階段特征及其調(diào)節(jié)機制知之甚少。希望未來能出現(xiàn)更多集中于SASP重編程“調(diào)節(jié)開關”的相關研究。

2 細胞外基質(zhì)

ECM是由構成骨架的結構蛋白（膠原蛋白、彈性蛋白）、交通基質(zhì)與細胞的連接蛋白（纖連蛋白、層粘連蛋白）以及填充空間的蛋白多糖組成的非細胞三維高分子網(wǎng)絡。ECM不僅可以為組織提供結構支撐和機械穩(wěn)定，還可以控制細胞的黏附、凋亡、增殖、遷移等過程[19]。不同組織的基質(zhì)存在異質(zhì)性，皮膚、骨骼等致密組織更需要堅硬的保護環(huán)境，而乳腺、肺等軟組織則相反。微環(huán)境衰老表現(xiàn)為ECM結構及力學完整性的破壞，向失去保護的方向重塑[20]。

研究發(fā)現(xiàn)，衰老的乳腺以及肺組織會出現(xiàn)基質(zhì)蛋白沉積以及交聯(lián)增加的現(xiàn)象[21]。正常的ECM交聯(lián)可以維持基質(zhì)結構穩(wěn)定與彈性。雖然有學者認為在肺組織中的交聯(lián)增加可能是預防腫瘤侵襲的有利因素[23]，但大部分學者認為交聯(lián)增加會提高ECM剛性，形成更適合腫瘤發(fā)展的僵硬微環(huán)境[22]。這種僵硬的微環(huán)境改變通過纖連蛋白或者透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA）等成分將信號傳遞到細胞內(nèi)促進黏著斑形成。此外，該信號轉導還可以通過Rho家族介導下游胞內(nèi)磷脂酰肌醇激酶（phosphatidylinositide 3-kinases，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，也稱AKT）通路促進細胞增殖，Rho家族還可以激活MMP重塑以及激活細胞骨架促進腫瘤的侵襲與遷移[24-25]。近期還有研究認為微環(huán)境可以通過調(diào)節(jié)骨架蛋白改變能量利用方式，促進糖酵解，形成更利于腫瘤的代謝環(huán)境[26]。ECM導致的細胞內(nèi)信號改變還可以反過來加重微環(huán)境的僵硬程度，在應力作用下推動纖維排列變化。研究發(fā)現(xiàn)，衰老ECM基質(zhì)排列增加[27]。線性化的膠原纖維可以充當腫瘤遷移的軌道，并通過減少突起進一步提高遷移效率[28]。例如，膠原纖維被拉直并垂直于腫瘤邊界排列就是乳腺癌微環(huán)境的重要特征之一[29]。微環(huán)境衰老還可以促進ECM的礦物質(zhì)沉積增加微環(huán)境硬度。礦化會阻止組織蛋白酶對ECM的降解[30]，造成膠原沉積、交聯(lián)增加、纖維排列紊亂等一系列促癌性變化[31]。

事實上ECM硬度對腫瘤的促進作用并不是線性增加的，一項數(shù)字模型實驗發(fā)現(xiàn)硬度和侵襲性符合雙向關系，腫瘤運動能力還受細胞孔徑影響[32]。這或許解釋了在皮膚、骨骼等致密組織中衰老ECM反向重塑地更加“柔軟”，同樣增加了腫瘤的發(fā)生風險。年老的皮膚組織膠原蛋白、HA和蛋白多糖連接蛋白1（hyaluronan and proteoglycan link protein 1，HAPLN1）等成分明顯減少，造成了基質(zhì)密度以及膠原交聯(lián)的減少[33]，這種環(huán)境已被證明與黑色素瘤侵襲性和骨轉移密切相關[34-35]。上文提及的礦化修飾似乎更偏向于增加軟組織癌變風險，實際上，衰老的骨骼發(fā)生礦化后，可以通過過度的破骨細胞介導的骨吸收造成骨質(zhì)疏松表型，并增加骨轉移的風險[36]。同樣，HA的水平降低或與黑色素瘤的不良預后相關[37]，而在前列腺癌以及卵巢癌中出現(xiàn)了相反的情況[38]。有趣的是，HAPLN1在衰老組織中的缺失除了可以破壞淋巴組織促進腫瘤轉移[39]，還具有限制免疫細胞聚集的作用[34]。

3 免疫微環(huán)境

衰老的免疫微環(huán)境表現(xiàn)為免疫功能下降和免疫抑制，這種現(xiàn)象稱之為“免疫衰老”，并常伴隨著低度、慢性的炎癥狀態(tài)[40]。隨著年齡的增長，第一道固有免疫防線失穩(wěn)，主要表現(xiàn)為巨噬細胞吞噬作用下降、中心粒細胞遷移失準、自然殺傷（natural killer，NK）細胞功能受損及樹突狀細胞提呈作用減弱[41-42]。適應性免疫防線同樣面臨著免疫器官萎縮、抗體親和力下降以及T細胞與B細胞的幼稚細胞數(shù)量減少、記憶細胞增多造成應答多樣性下降的危機[43]。這種免疫功能的急劇下降是衰老細胞甚至腫瘤細胞無法及時清除的重要原因。

免疫衰老還表現(xiàn)為免疫抑制。免疫抑制細胞群如髓樣來源抑制細胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）、腫瘤相關巨噬細胞（tumor associated macrophage，TAM）和調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory cell，Treg）在老年組織和血液中顯著增加。MDSC是由髓系祖細胞產(chǎn)生的異質(zhì)性群體，在衰老微環(huán)境中更易發(fā)揮作用。SASP中的干擾素（interferon，IFN）-γ、IL-4和轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β可以活化MDSC，使其發(fā)揮抑制NK細胞毒性、T細胞增殖并增加Treg細胞的作用[44]。TAM是浸潤于腫瘤組織的巨噬細胞群體，以M2類型為主。巨噬細胞根據(jù)其表型和功能可以分為M1型和M2型，M1型主要分泌促炎因子且吞噬、殺傷作用更強，M2型則更偏向于免疫抑制作用。M1/M2平衡才可以維持機體的正常生命活動，但在疾病不同過程、不同組織和不同年齡階段表達水平不一。老年人淋巴、肺和肌肉組織中的M2型巨噬細胞明顯增加，是理想的腫瘤轉移前生態(tài)位[45]。TAM還可以分泌趨化因子和生長因子促進淋巴管和血管的生成。研究發(fā)現(xiàn)衰老組織中Treg細胞數(shù)量和免疫抑制功能均明顯增加，并可以通過分泌TGF-β和IL-10等因子抑制效應T細胞[46]。此外，免疫檢查點如程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）的年齡依賴性表達增加也是免疫抑制的主要原因。

衰老的微環(huán)境中SASP、年齡相關的腸道微生物群、肥胖和組織退化一起推動了炎性反應[47]。并且，微環(huán)境中抗炎因子成分同步增加，與促炎因子共同維持著低度、慢性的炎癥狀態(tài)。這種慢性炎癥的刺激容易導致免疫細胞轉化和免疫檢查點信號改變，從而產(chǎn)生免疫抑制。許多研究早已證明了這種現(xiàn)象：例如高水平的炎性因子IL-6同時與患者的年齡和預后相關[48]；在慢性炎癥模型中可發(fā)生繼發(fā)性MDSC和Treg細胞浸潤增加[49]。近年來，一些炎癥相關微小RNA（microRNA，miRNA）如miRNA-19b、miRNA-126和miRNA-146a的年齡相關性也被認為是癌癥進展的原因之一。

4 小結與展望

目前針對衰老的相關抗腫瘤治療策略仍然集中在細胞衰老上。由于細胞層面的衰老具有腫瘤抑制作用，因此誘導衰老治療已經(jīng)成為臨床常見的手段之一。例如，利用低劑量的電離輻射、化療以及靶向治療引起治療誘導性衰老（therapy-induced senescence，TIS），這似乎是一種“飲鴆止渴”的方法，大量衰老的腫瘤細胞累積，以及周圍環(huán)境老化帶來的免疫和SASP改變會引發(fā)更高的復發(fā)率與耐藥性[50]。又有研究者提出清除衰老細胞調(diào)和TIS的危害，B細胞淋巴瘤/白血病-2（B cell lymphoma/leukemia-2，Bcl-2）蛋白家族可以促進衰老細胞凋亡和自噬，但是臨床反饋不良反應較大；達沙替尼和槲皮素的聯(lián)合用藥彌補了前者的缺點，但因效果有限難以推進。清除衰老細胞若無法做到特異性靶向則危害更大，細胞衰老仍能維持自身部分功能及多樣性，而細胞凋亡常帶來剩余細胞肥大或干細胞增殖代償?shù)奈：Α?/p>

局限于衰老細胞的治療策略已經(jīng)陷入困境，針對衰老微環(huán)境的研究展現(xiàn)出更多的可能。關于SASP的治療手段已經(jīng)脫離了單個組件靶向的限制，人們開始意識到SASP整體重塑的價值。從SASP階段性改變?nèi)胧郑纂p胍被證明可以通過阻斷IL-1α下游的NF-κB限制炎癥過程[51]，雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）抑制劑雷帕霉素可以減少膜結合IL-1α的表達，改善衰老成纖維細胞對前列腺癌細胞增殖的促進作用[52]。信號轉導與轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）可以調(diào)節(jié)SASP的免疫抑制，通過抑制非受體型蛋白酪氨酸激酶（Janus kinase，JAK）重編程SASP激活免疫監(jiān)視[53]。免疫治療是目前腫瘤領域的研究熱點，但針對75歲以上人群的臨床研究仍顯不足。老年人PD-1/程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）的表達明顯升高，理論上免疫檢查點治療應該獲得更好的療效。部分小鼠實驗提示免疫治療在老年群體中療效更佳的可能，但臨床試驗結果卻不盡如人意，這可能受到T細胞的耗竭和Treg細胞增加程度的影響[54-55]。并且需要注意的是，免疫治療相關不良反應在老年人中更為常見[56]。最后，目前針對ECM的治療手段仍然沒有實質(zhì)進展，MMP抑制劑熱點已經(jīng)成為過去式，但近幾年有研究如JNJ0966和Fab 3369提示高選擇靶向特定MMP的治療可能[57-58]。

衰老是整體環(huán)境的改變，不能單純地針對衰老群體與年輕群體的差異進行補救試驗，這可能會破壞已搖搖欲墜的衰老平衡。此外，目前的指南性治療手段很少進行老年小鼠模型研究和臨床驗證。經(jīng)過換算，小鼠18個月齡才符合人類60歲的水平，而目前大部分的實驗小鼠模型多采用6～8個月齡，遠低于這一水平。不管是細胞還是微環(huán)境，衰老在腫瘤中的作用已經(jīng)受到越來越多學者們的重視。希望在未來與該領域的學者們共同探索，從衰老微環(huán)境角度為腫瘤患者帶來更多有效的治療方案。