非靶向常規(guī)化療藥物的致衰老作用與癌癥的治療

李 雪，李雪森

1.西南醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)學(xué)研究所（瀘州646000）;2.德陽市人民醫(yī)院（德陽 618000）

醫(yī)學(xué)期刊《柳葉刀》2018年發(fā)布的全球癌癥生存率變化趨勢監(jiān)測報告顯示，全球范圍內(nèi)，癌癥生存率有普遍上升的趨勢。在2010年至2014年確診乳腺癌癥的女性中，中國患者的5 年生存率達到了83.2%，而澳大利亞和美國的數(shù)據(jù)則已經(jīng)分別達到89.5%和90.2%，一些致死率高的癌癥的生存率也在提高，肝癌、胰腺癌、肺癌的生存率已經(jīng)上升了5%[1]。因此，隨著癌癥幸存者的不斷增多及生存期逐漸延長，延長癌癥患者的生命已經(jīng)不是我們的唯一目標，如何降低癌癥治療帶來的副作用，讓癌癥患者獲得有效的治愈之外，長期生活質(zhì)量和健康狀況得以改善已經(jīng)是當前癌癥治療中必需要考慮和重視的問題。

化療作為常用的癌癥治療手段，在臨床上的使用已經(jīng)超過了一個世紀，大部分的癌癥幸存者都經(jīng)歷過化療，無論是作為主要的癌癥治療手段還是輔助治療措施，傳統(tǒng)的化療手段在癌癥的治療中都占據(jù)著重要位置[2]。按抗癌作用與細胞增殖周期的關(guān)系，可將抗癌藥物分為細胞周期特異性藥物和細胞周期非特異性藥物兩大類。細胞周期非特異性藥物（包括烷化劑、大部分抗生素及鉑類藥物）直接破壞DNA或影響其復(fù)制與功能，可以殺死包括處于G0期在內(nèi)的各個細胞周期的細胞，其抗腫瘤效果與藥物劑量成正比。細胞周期特異性藥物（如5-氟尿嘧啶）僅對增殖周期內(nèi)某些階段的細胞敏感，對處于G0期的細胞不敏感。與細胞周期非特異性藥物不同，細胞周期特異性藥物藥量過分增大并不能成正比的增加對細胞的殺傷力。從化療藥物分子水平的作用機制又可劃分為5類：①阻斷DNA復(fù)制藥物，以環(huán)磷酰胺為代表的烷化劑和亞硝脲類；②影響RNA 轉(zhuǎn)錄藥物，如放線菌素D；③抑制蛋白質(zhì)合成藥物，如門冬酰胺酶抑制劑；④阻滯細胞分裂藥物，如長春堿類；⑤拓撲異構(gòu)酶抑制劑，如阿霉素?；熕幬锏淖饔脵C制注定其伴隨著很多不良反應(yīng)，最新的研究顯示癌癥及其治療可能會加速年輕患者的衰老。在青少年癌癥患者中，不少化療后癌癥幸存者會伴有早衰癥狀，表現(xiàn)為與年齡不相稱的運動能力的喪失、認知功能下降，以及慢性疾病的早期發(fā)展，其中也包括了癌癥的復(fù)發(fā)或新發(fā)[3-4]。因此，化療誘導(dǎo)的早衰可能是導(dǎo)致兒童癌癥幸存者成年后發(fā)生二次癌癥的主要因素之一[5]。

1 化療與衰老

1.1 化療與正常細胞衰老

細胞遭受壓力破壞后會發(fā)生細胞損傷，細胞為應(yīng)對這種損傷會有兩種極端情況發(fā)生，一種是損傷被逆轉(zhuǎn)，細胞的結(jié)構(gòu)和功能的完整性得到恢復(fù)；第二種損傷不可逆轉(zhuǎn)，細胞激活死亡機制以限制損傷對組織造成重大影響。在這兩個極端之間，細胞也可以獲得其他狀態(tài)，這些狀態(tài)通常與生存有關(guān)，也與永久性的結(jié)構(gòu)和功能變化有關(guān)。細胞的非增殖但有活力的狀態(tài)，不同于G0靜止和末端分化，稱為細胞衰老[6]。細胞衰老與G0 靜止和末端分化都有細胞周期的停滯，但不同之處在于衰老細胞具有活躍的基因表達，能夠分泌大量的細胞因子，包括促炎因子、趨化因子、生長調(diào)節(jié)劑、血管生成因子和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）等，統(tǒng)稱為衰老相關(guān)分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）[7-8]?；熕幬镎T導(dǎo)正常細胞的衰老已經(jīng)在很多細胞（如成纖維細胞和乳腺上皮細胞MCF-10A[3]）中得到確認。對病人的跟蹤調(diào)查也支持化療藥物的致衰老作用，在一組對兒童和青少年癌癥患者的研究數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，接受化療的患者可能會加速衰老，并且衰老的進程加速極為顯著，甚至可以達到幾十年的差距[4]。

衰老細胞的影響主要通過SASP來實現(xiàn)。在正常細胞中，SASP 基因通常被高度抑制，以防止炎癥信號的不恰當表達，然而在衰老細胞中SASP基因卻高水平表達。SASP 是一柄雙刃劍[9]，一方面，在DNA 損傷后，p38MAPK通路被持續(xù)激活，通過增加NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性誘導(dǎo)SASP 的分泌，上調(diào)IL-2、IL-4、IL-6、IL-8 和TNF-α等細胞因子的表達[10]。這些因子在正常細胞中正向調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，刺激免疫監(jiān)視，保護人體免受細菌、病毒感染及有害環(huán)境因素的影響，并清除受損的細胞[11]；另一方面，衰老細胞通過分泌SASP因子向鄰近細胞傳遞衰老信號，阻斷細胞的分化，阻止受損細胞的更新，干擾組織的年輕化，進一步加速衰老[12]。持續(xù)存在的衰老細胞在體內(nèi)大量積累，衰老細胞產(chǎn)生的促炎因子能夠招募免疫細胞到組織中清除衰老細胞，這種分泌過程可能會使許多與年齡相關(guān)的疾病背后的低水平慢性炎癥狀態(tài)持續(xù)存在。發(fā)生這種改變的機體微環(huán)境有利于腫瘤增殖、遷移、侵襲和血管生成，最終導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移[13]。SASP的促腫瘤作用已在乳腺癌細胞（MCF-7）中被證明[3]。因此，在這種背景下，組織中衰老細胞的存在可能會促進鄰近細胞腫瘤特征的獲得，或者以其他方式促進促炎環(huán)境的產(chǎn)生并誘發(fā)腫瘤[7，14]。

雖然細胞衰老早期也有利于免疫系統(tǒng)的激活，但就長遠來看，衰老細胞可以通過SASP為腫瘤的生長、侵襲和轉(zhuǎn)移提供更加便利的環(huán)境。提高化療藥物的特異性，減少化療藥物對正常細胞的損傷仍然是目前腫瘤學(xué)家需要攻克的主要難題之一。

1.2 化療與腫瘤細胞衰老

無論是在體外還是在體內(nèi)，衰老都是實體瘤對化療和放療的主要細胞反應(yīng)之一[15]，低劑量抗癌藥物治療很容易在腫瘤細胞中誘發(fā)一種稱為應(yīng)激誘導(dǎo)衰老的過程。在體外藥物誘導(dǎo)衰老模型中，乳腺癌細胞（MCF-7）和胃癌細胞（AGS）暴露于細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinases，CDK）4/6 抑制劑Palbociclib 后誘導(dǎo)細胞衰老[3]。阿霉素（Doxorubicin）可以在體外誘導(dǎo)一半以上視網(wǎng)膜母細胞瘤（retinoblastoma，Rb）與p53突變的骨肉瘤細胞（SAOS-2）和前列腺癌細胞（DU145）發(fā)生衰老[16-17]。在前列腺癌細胞系中，250 nM劑量的Doxorubicin可誘導(dǎo)細胞凋亡，而較低的25 nM 劑量的Doxorubicin 可誘導(dǎo)細胞衰老[16]。目前認為癌癥發(fā)生后，衰老和凋亡作為腫瘤的兩種抑制機制，會被化療激活[17]。細胞在凋亡和衰老之間的決定在一定程度上取決于癌細胞所受壓力的大小。較低的損傷水平可能會觸發(fā)衰老相關(guān)的抗增殖反應(yīng)，而不會激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）的級聯(lián)活化[17-18]。

過去的觀點普遍認為優(yōu)良的化療標志是腫瘤停止或減緩生長，化療誘導(dǎo)的衰老最初與凋亡一樣被認為是化療的有利結(jié)果，畢竟衰老的腫瘤細胞已經(jīng)退出細胞周期，這意味著細胞停留在它們所在的細胞周期階段，且不會進一步生長，有利于控制癌細胞的增殖[5]。衰老細胞分泌的SASP 因子可激活機體免疫系統(tǒng)，抑制腫瘤的進展，還可促進周圍細胞衰老表型的獲得，擴大衰老范圍[19]。除此之外，細胞衰老在癌前病變的組織中發(fā)揮著重要的作用，它通過限制癌前細胞的異常增殖來防止癌癥的發(fā)展[20]。，然而由于化療誘導(dǎo)衰老的不完全或腫瘤的適應(yīng)性等原因，使得部分癌細胞可以以休眠體等形式暫時停止增殖從而繞過化療誘導(dǎo)的衰老，演變?yōu)檫w移和侵襲能力更強的癌細胞，即發(fā)生了腫瘤細胞的衰老逃逸[21]。

2 腫瘤細胞發(fā)生衰老逃逸的機制

2.1 癌細胞發(fā)生衰老逃逸與參與衰老維持的蛋白p16，p53的失活相關(guān)

衰老細胞的一個關(guān)鍵特征是它們處于永久性的細胞周期停滯狀態(tài)，通常由p53-p21-RB 和p16-RB腫瘤抑制通路啟動和維持。p16通過直接抑制CDK2/4，阻止RB蛋白磷酸化，從而沉默某些與增殖相關(guān)的基因，促進衰老[22]。在一些細胞中，細胞衰老狀態(tài)的維持依賴于p16的高表達。p53則是通過反式激活抑制增殖的基因（如p21）來促進衰老，p53在調(diào)節(jié)衰老和癌癥方面可以起到兩種不同的作用[23-24]。當細胞被DNA 損傷反應(yīng)激活進入衰老前期時，p53 的水平和活性就會增加，這在啟動細胞衰老過程中起著重要的作用[25]。但是在一些衰老細胞中如角質(zhì)形成細胞[26]、人成纖維細胞系[26-27]以及人前列腺上皮和尿路上皮細胞[28]中發(fā)現(xiàn)p53低表達。研究者認為這些細胞高表達p16，所以p53 不是維持細胞衰老狀態(tài)所必須的。在一些低表達p16的細胞中，p53介導(dǎo)了衰老狀態(tài)的維持[3]。雖然p53-p21 和p16-Rb 通路同時參與促進衰老，但它們對衰老的相對貢獻可能依賴于細胞類型。由于在癌癥組織中，p16/p21 通路通常處于突變失活狀態(tài)[25]，因此癌細胞衰老逃逸很容易發(fā)生，或者衰老成為可逆過程。

2.2 癌細胞發(fā)生衰老逃逸與p21表達水平相關(guān)

p21是一個受p53轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基因，在DNA損傷時，p53可激活p21，抑制CDK來阻止細胞周期[29]。有研究顯示，p21的表達過高或者過低都會誘導(dǎo)癌細胞的衰老。高表達p21 的癌細胞通過抑制CDK 發(fā)生衰老；低表達p21 的癌細胞，則順利進入S/G2 期，在Hsu 等[30]的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)Doxorubicin 處理后，處于S/G2 期的細胞比G0/G1 細胞遭受更多的DNA 損傷，也呈現(xiàn)出明顯的衰老狀態(tài)。但是，當p21表達水平升高，但還未高至致細胞衰老的水平時，就會使細胞暫時停留在G0/G1 期，而G0/G1 期被稱為癌細胞化療中的“安全空間”[30]。因此，這意味著在某些化療期間，我們可能需要促進癌細胞進入S期進行增殖，而不是一味的抑制。因為化療期間有部分p21 表達介于過高和過低水平的癌細胞可能停留在G0期，處于休眠狀態(tài)，但是化療停止后，這部分細胞會重新進入細胞周期進行增殖，甚至比之前惡性更高，增殖能力更強。

2.3 癌細胞發(fā)生衰老逃逸與表觀遺傳的不穩(wěn)定相關(guān)

有證據(jù)表明，表觀遺傳改變在衰老過程中起著重要作用。首先，在衰老過程中積累的表觀遺傳漂移或突變可能導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定的變化和基因表達譜的變化，其特征是基因表達噪聲增加，這與衰老有關(guān)。其次，在一代人中積累的表觀遺傳改變可能會遺傳給下一代，并影響后代的衰老過程。在癌細胞的衰老逃逸中，表觀遺傳也扮演者重要角色。最近的研究表明，在衰老的細胞中復(fù)制依賴型組蛋白的表達減少。然而，這些細胞保留特定的組蛋白，表達一個選擇性剪接的外顯子2，以防止它們的降解[31]。非常規(guī)組蛋白，如組蛋白變異體H3.3，與組蛋白H4 上賴氨酸位點（H4K16）乙酰化標記一起被Hira伴侶蛋白結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始點附近，阻止組蛋白摻入可以繞過衰老，并出現(xiàn)高表達p53和p21的細胞[21]。因此，Hira和組蛋白翻轉(zhuǎn)在衰老的穩(wěn)定性中起著關(guān)鍵作用。在化療誘導(dǎo)衰老期間，表觀遺傳標記的維持是否穩(wěn)定，以及它如何受到持續(xù)的DNA 損傷的影響，仍有待確定。如果這種保真度在接下來的幾輪化療中被改變，我們可以預(yù)期衰老細胞的染色質(zhì)組織最終將被改變[21]。

總的來說，腫瘤細胞發(fā)生衰老逃逸的機制很復(fù)雜，尚不是很清楚。目前部分研究顯示p16，p53等介導(dǎo)細胞衰老的重要蛋白的突變，p21的表達水平高低以及衰老相關(guān)的表觀遺傳的不穩(wěn)定性，都可能促進癌細胞發(fā)生衰老逃逸，使得腫瘤細胞衰老不完全。進一步探索腫瘤細胞衰老逃逸的機制，可以有助于化療藥物的改進與發(fā)展。

3 衰老細胞清除劑在腫瘤治療中的使用及局限性

3.1 抗凋亡的衰老細胞清除劑

雖然細胞衰老是一種有效的腫瘤抑制機制，但是它與腫瘤的發(fā)展也不總是相悖的，衰老細胞和腫瘤細胞也存在很多相似的地方。例如，抗凋亡（細胞程序性死亡的一種形式）是癌細胞和衰老細胞的共同特征，抗凋亡蛋白B 細胞淋巴瘤2（bcl-2）蛋白家族成員經(jīng)常在癌細胞和衰老細胞中過度表達。兩種靶向癌癥治療藥物ABT-263 和ABT-737 可以通過靶向抗凋亡蛋白bcl-2、bcl-xl和bcl-W，選擇性地消除小鼠體內(nèi)的衰老細胞[32]。因此通過尋找腫瘤細胞和衰老細胞的共同靶點，可能會成為治療人類癌癥的潛在研究方向。但這一策略還存在很多有待解決的問題，例如，全身給藥時選擇性、安全性以及如何有效地消除衰老細胞等。

3.2 天然的衰老細胞清除劑

現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在自然界中有一些具有抗癌特性的天然產(chǎn)物如槲皮素，在體外和小鼠體內(nèi)都可以消除衰老細胞[33]。但它們各自作用于多種生物學(xué)過程，很難確定這些藥物是如何消除衰老細胞或以其他方式影響衰老細胞的，也很難將它們在臨床試驗中可能產(chǎn)生的任何治療或有害作用歸因于致衰老作用。

3.3 抑制SASP的衰老細胞清除劑

衰老細胞的影響力主要通過SASP實現(xiàn)，不斷分泌的SASP 可以通過改變腫瘤周圍微環(huán)境促進腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移。通過抗體消除SASP 以降低炎癥和旁觀效應(yīng)是抗衰老的另一思路，例如用于自身免疫疾病治療的依那西普[33]、托珠單抗[34]，但是該療法的局限性在于：SASP 被認為是組織惡化和疾病的驅(qū)動力，靶向SASP 并沒有起到衰老細胞清除的作用，只是減輕了衰老細胞對組織造成的損傷。目前尚不清楚SASP 因子通過進入循環(huán)在多大程度上系統(tǒng)地推動了與年齡相關(guān)疾病的病理改變。因此，局部清除特定疾病部位的衰老細胞可能不能提供治療益處，可能需要全身性的清除衰老細胞。同時，細胞培養(yǎng)實驗表明，SASP的組成隨細胞類型和衰老應(yīng)激源的不同而不同。SASP組成的多樣性在多大程度上轉(zhuǎn)化為疾病和衰老的表型異質(zhì)性仍有待確定。此外，SASP 是由數(shù)百種分泌蛋白組成，這便提出了一個問題，即表型是由全部或大部分因子造成的，還是其中一個子集的影響造成的。

如上所述，細胞衰老有各種對健康不利的影響，但其導(dǎo)致細胞周期停滯等還是給腫瘤治療學(xué)家提供了新的啟示。傳統(tǒng)的癌癥治療策略在于使用細胞毒性藥物殺死細胞，這種策略要求這些毒性藥物能夠完全殺死癌細胞，這要求化療藥物劑量較高。大劑量化療藥物的使用能夠有效地殺死實體瘤內(nèi)的大部分細胞，同時也會對患者造成嚴重的副作用，使得臨床醫(yī)生在化療藥物的使用中面臨兩難的境地。因此他們提出了一種新的治療策略，先用小劑量的化療藥物迫使腫瘤細胞進入衰老狀態(tài)，再利用衰老細胞清除劑清除癌細胞。該治療策略目前還有很多難點有待克服，例如如何預(yù)防癌細胞的衰老逃逸，如何提高藥物誘導(dǎo)的腫瘤細胞衰老的效率，如何檢測腫瘤細胞的衰老及衰老細胞清除劑的使用時機，如何選擇合適的衰老細胞清除劑和化療藥物的組合等等。雖然面臨很多的問題，但是此策略既能有效抑制腫瘤的生長，又能顯著減少大劑量化療藥物帶來的毒副作用[35]，因此值得進一步研究。