衰老微環(huán)境對腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響及其機制

努爾斯曼古麗·買買提明 綜述；張莉 審閱（新疆醫(yī)科大學(xué) 第一附屬醫(yī)院 綜合內(nèi)一科，新疆 烏魯木齊 830054）

隨著我國老年化進程的加快，惡性腫瘤發(fā)病率增高，成為了威脅老年人生命的“第一殺手”[1]。隨年齡增長機體逐漸出現(xiàn)衰老的過程，通常表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)和機能衰退、適應(yīng)性和抵抗力減退[2]。細胞衰老是指隨著時間推進細胞增殖周期永久停滯的現(xiàn)象，視為個體衰老的主要原因。最初，衰老被認為與凋亡一樣是化療藥物抗腫瘤作用的一種重要途徑。然而，隨著對衰老的復(fù)雜性和其微環(huán)境的深入研究，發(fā)現(xiàn)衰老不僅僅抑制腫瘤發(fā)生和進展，在一定條件下衰老是腫瘤進展和轉(zhuǎn)移的重要危險因素[3]。研究[4]表明，衰老細胞主要通過累積在局部，形成特定衰老炎性微環(huán)境影響周圍組織細胞，從而將衰老表型擴散至局部或其他器官，并進一步表明衰老微環(huán)境是調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展的“罪魁禍首”，這一結(jié)論進一步解釋了對衰老宏觀定義上的爭論。機體組織微環(huán)境由多種成分組成，主要包括內(nèi)皮細胞、免疫細胞、成纖維細胞及細胞外基質(zhì)等。隨著微環(huán)境中衰老細胞的不斷累積，從而促進炎癥細胞因子、趨化因子、生長因子和蛋白酶的分泌，形成局部的衰老炎癥微環(huán)境[5]。相關(guān)研究[6]表明，衰老微環(huán)境會促使衰老相關(guān)分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）、細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）剛性增加及免疫細胞功能降低，從而誘導(dǎo)了惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，然而其通過何種機制發(fā)揮作用尚未明確。本文中總結(jié)了衰老微環(huán)境對腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響及其機制，為惡性腫瘤的治療提供新思路。

1 SASP促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展

衰老微環(huán)境中常伴有多種細胞因子表達的上調(diào)和細胞分泌能力的增強，即為SASP[7]。SASP被認為是調(diào)控衰老微環(huán)境的重要因素之一，其通過兩種方式來推動衰老進程，一種是它以自分泌方式促進生長阻滯，另一種是它以旁分泌方式將衰老表型傳遞給周圍細胞。衰老細胞的微環(huán)境不但能刺激相鄰細胞發(fā)生病變，而且可以抑制腫瘤的發(fā)生和促進受損組織修復(fù)，因此認為SASP在腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有雙向調(diào)節(jié)作用[8]。正調(diào)節(jié)作用方面，一些SASP 因子能加強衰老細胞的生長阻滯、促進免疫系統(tǒng)清除衰老細胞、抑制纖維變性；負調(diào)節(jié)作用方面，SASP中的基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）能破壞衰老細胞形態(tài)，SASP中的某些趨化因子可以抑制衰老微環(huán)境中促癌基因的表達，從而促使組織早期腫瘤的發(fā)生[9]。另外，衰老微環(huán)境中成纖維細胞也會分泌SASP，破壞正常組織結(jié)構(gòu)，促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）[10]。此 外，某些衰老細胞分泌的促腫瘤形成和促轉(zhuǎn)移因子以細胞非自主的方式促進腫瘤演進，如在過表達HER2的轉(zhuǎn)基因小鼠乳腺癌中，IL-6 協(xié)同HER2 促進腫瘤演進，阻斷IL-6信號轉(zhuǎn)導(dǎo)會抑制乳腺癌演進，這說明衰老細胞分泌的IL-6 促進HER2 陽性乳腺癌進展[11]。研究表明，SASP 大部分發(fā)揮的都是促進慢性炎癥、促衰老及加速腫瘤發(fā)展等作用[12]，故如何抑制SASP的產(chǎn)生和分泌將有助于延緩衰老和衰老相關(guān)腫瘤的發(fā)生是目前研究的重點和熱點。

1.1 SASP促腫瘤的主要成分

SASP 在不同個體中普遍存在且種類繁多，包含生長因子如HGF、TGF-β 和GM-CSF，趨化因子如CXCL1/3 和CXCLl0，促炎細胞因子（IL-6、IL-8、IL-1α、IL-1β）和不可溶蛋白等。其中，IL-6 和IL-8 是SASP中表達最多的細胞因子[13]。另外，SASP也包括多種蛋白酶，例如復(fù)制性衰老或應(yīng)激性衰老的人和小鼠成纖維細胞持續(xù)分泌MMP，特別是MMPl 和MMP3。MMP 可以降解細胞外基質(zhì)成分，對腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移起到促進作用[14]。盡管不同細胞分泌的SASP 因子種類有一定相似性，但也會隨著細胞類型、衰老刺激因素等不同而發(fā)生改變。SASP并不是一成不變的，它的成分和功能受誘導(dǎo)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[15]。如細胞因子和趨化因子可以通過促進炎性反應(yīng)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(guān)；生長因子參與促進衰老細胞清除后的細胞增殖替換過程[16]。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(dǎo)致衰老加速及發(fā)生腫瘤等年齡相關(guān)疾病。例如，細胞因子白細胞介素（如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(dǎo)致腫瘤發(fā)生風險增加；MMP可以破壞ECM和基底膜，幫助腫瘤細胞侵襲與轉(zhuǎn)移；血管內(nèi)皮生長因子可以通過生成血管促進腫瘤轉(zhuǎn)移；而部分生長因子可以直接促進腫瘤細胞增殖[16]。

SASP 在體內(nèi)的作用取決于其所處衰老微環(huán)境，其在不同時期可能產(chǎn)生不同的SASP成分，并對機體產(chǎn)生有益或有害的影響[17]。目前，衰老微環(huán)境中SASP 相關(guān)的研究存在著局限性。許多腫瘤相關(guān)的研究仍然關(guān)注單個SASP因子并分析其直接作用，缺少對整體微環(huán)境中的綜合分析。在實驗?zāi)Ｐ偷倪x擇上，癌基因誘導(dǎo)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(dǎo)的SASP 是否能代表衰老的實際情況仍有待進一步確認。

1.2 SASP成分促腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要機制

研究[13]表明，在老年惡性腫瘤患者中，其衰老微環(huán)境大量的原致癌性成分，進一步增加腫瘤的侵襲力，從而導(dǎo)致更差的預(yù)后。SASAKI 等[18]證實，在衰老微環(huán)境中，SASP刺激衰老細胞增殖和癌前細胞轉(zhuǎn)化，從而促進腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。SASP具有多種表現(xiàn)形式，其中白介素是常見的SASP 炎癥細胞因子，它包括IL-lα、IL-l、IL-6、IL-8 等[19]。衰老微環(huán)境促進IL-6的表達并作用于腫瘤細胞，通過酪氨酸蛋白激酶JAK/STAT3、Ras/絲裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinases，MAPK）、磷酸肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激 酶 B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）等信號通路促進腫瘤細胞的生長及增殖[20]。此外，IL-6 可通過上調(diào)MMP-2、MMP-9和MMP-14或增加端粒酶活性，促進衰老細胞的惡性轉(zhuǎn)化[21]。ORTIZ等[22]研究表明，單獨用衰老條件培養(yǎng)液（senescence-conditioned medium，SCM）可誘導(dǎo)腫瘤細胞發(fā)生EMT和干細胞樣特征，增加CD44 的表達，使腫瘤細胞更具侵襲性。另外，衰老微環(huán)境中IL-8 的表達增高，并與腫瘤分級及晚期腫瘤預(yù)后不良相關(guān)。IL-8 在黑素瘤、結(jié)腸癌、卵巢癌以及前列腺癌中均具有促血管生成的作用[23]。與IL-6 相似，衰老微環(huán)境中存在大量的IL-8，這些IL-8通過下調(diào)p53 和（或）激活RAS 途徑使乳腺癌MCF-7細胞獲得干細胞樣特征，增強其侵襲性[24]。靶向調(diào)控IL-8 及其相關(guān)分子及信號通路聯(lián)合抗腫瘤藥物來改變衰老微環(huán)境可能會使癌癥治療有更顯著的療效[25]。

IL-1α既是早期SASP成分，又是SASP的重要調(diào)控因子，主要通過與細胞膜表面的IL-1α 受體結(jié)合，從而對靶細胞產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。研究[26]表明，干擾衰老微環(huán)境中IL-1α 的表達可顯著減少微環(huán)境中IL-6 和IL-8 的分泌。此外，白介素-1 受體相關(guān)激酶1（IL-1 receptor associated kinase，IRAK1）也可以調(diào)節(jié)SASP的分泌。IRAK1 是IL-1α/IL-1R 信號通路關(guān)鍵部分，當IL-1α 與IL-1R 結(jié)合時，骨髓分化 初級蛋白8 將IRAK4磷酸化為IRAK1，最終激活NF-kB通路，從而促進IL-6 和IL-8 的釋放。這說明IL-1α 是維持衰老微環(huán)境中IL-6和IL-8分泌所必需的細胞因子[27-28]。

除了炎癥因子之外，DNA 損傷反應(yīng)（DNA damage response，DDR）也被認為是促進衰老微環(huán)境分泌促癌SASP的重要機制。在衰老微環(huán)境中，衰老細胞生長阻滯并維持慢性低水平DDR 信號是分泌SASP 所必須的條件。慢性低水平DDR 可以刺激衰老微環(huán)境分泌SASP，進一步促進全身慢性炎癥環(huán)境的生成[29]。SASP 的產(chǎn)生和維持需要某些DDR 蛋白質(zhì)，包括共濟失調(diào)毛細血管擴張性突變蛋白激酶（ataxia telangiectasia-mutated gene，ATM）、NBSl 基因的編碼產(chǎn)物Nbsl和蛋白H2AX、CHK2等。在持續(xù)性DNA 損傷導(dǎo)致的衰老中，抑制DDR蛋白H2AX可減少SASP 因子如IL-6 和IL-8 的分泌[31-32]。此外，DNA損傷可以激活多種信號復(fù)合物，從而激活分泌SASP的主要信號通路NF-κB；同時可以通過活化p38MAPK 和視黃酸誘導(dǎo)型基因-l（retinoicacid induciblegene-1，RIG-1），激活NF-κB 信號通路，從而促進衰老微環(huán)境中惡性表型的轉(zhuǎn)化，并誘導(dǎo)腫瘤細胞的增殖和侵襲[30]。

NF-κB 信號通路在衰老微環(huán)境的形成和SASP的分泌過程中具有重要的調(diào)控作用[31]。NF-κB 具有明顯的抑制細胞凋亡的作用，是微環(huán)境衰老狀態(tài)下大多數(shù)SASP 因子（IL-6、IL-8、CXCL-1、GM-CSF 及ICAM-1 等）mRNA 的主要調(diào)控因子，在細胞衰老狀態(tài)下NF-kB活性明顯增強[32]。研究[33]表明，NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可促進SASP的產(chǎn)生，敲除NF-κB可以有效地降低SASP 的分泌。NF-κB 還參與細胞應(yīng)激和炎癥信號通路的調(diào)控。在炎癥調(diào)節(jié)中，NF-κB信號通路和C/EBPβ 之間是相關(guān)的，一般情況下，C/EBPβ 可以阻斷NF-κB 信號通路，從而抑制炎癥的發(fā)生。目前有幾種已知機制可以激活衰老微環(huán)境中NF-κB信號通路，并促進SASP 的分泌。如DDR 激活調(diào)節(jié)蛋白（NEMO）和應(yīng)激反應(yīng)誘導(dǎo)p38MAPK 激活及神經(jīng)酰胺的積累，均可以激活NF-κB，因此認為NF-κB 是衰老微環(huán)境刺激SASP分泌的主要信號通路[34]。

2 衰老微環(huán)境通過ECM促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展

ECM 是由細胞合成后分泌到胞外，并分布在細胞表面或細胞之間的大分子，主要是一些多糖、蛋白質(zhì)或蛋白聚糖。這些物質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支持和連接組織，并通過一些信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來影響衰老微環(huán)境的形成及其功能[35]。DI 等[36]采用dECM 技術(shù)來研究ECM與衰老之間的關(guān)系，結(jié)果表明，將衰老細胞接種到源自年輕人成纖維細胞的dECM 上可以使衰老細胞恢復(fù)增殖能力。EBLE等[37]報道，ECM通過整合素影響活性氧（ROS）的產(chǎn)生。隨著年齡的增長，細胞-ECM 不斷相互作用有可能導(dǎo)致ROS 的增加，ROS 通過直接破壞線粒體DNA 或與端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶的修飾協(xié)同作用來促進衰老微環(huán)境的形成；衰老微環(huán)境則進一步分泌SASP，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。衰老微環(huán)境和ECM 之間具有動態(tài)的相互作用，衰老誘導(dǎo)的MMP 和纖連蛋白分泌的增加可能會導(dǎo)致ECM 和微環(huán)境的重塑，以及與細胞硬度相關(guān)的細胞惡行生物學(xué)改變[38]。大部分學(xué)者認為這種動態(tài)作用會提高ECM 剛性，形成更適合腫瘤發(fā)展的僵硬衰老微環(huán)境。這種僵硬的衰老微環(huán)境改變使纖連蛋白或者透明質(zhì)酸（hyaluronic acid，HA）和蛋白多糖連接蛋 白1（hyaluronan and proteoglycan link protein 1，HAPLN1）等成分減少，造成了基質(zhì)密度和較遠交聯(lián)的減少，而這種現(xiàn)象已被證明是導(dǎo)致黑色素瘤進展和轉(zhuǎn)移的主要原因；該過程主要通過Rho家族介導(dǎo)下游胞內(nèi)PI3K/AKT通路激活，促進衰老微環(huán)境中細胞的進一步衰老[39]。Rho家族還可以激活MMP重塑微環(huán)境以及激活細胞骨架促進腫瘤的侵襲與遷移[40]。

此外，研究[41]證明，ECM介導(dǎo)的細胞內(nèi)信號通路可以作用于微環(huán)境，促使纖維排列增加，而這種基質(zhì)改變則可以充當腫瘤的遷移軌道，促進腫瘤的進展，如衰老微環(huán)境中ECM的排列改變則是乳腺癌進展的重要特征之一。衰老微環(huán)境也可以進一步促進ECM的膠原沉積，從而增加微環(huán)境的硬度，形成局部的缺氧微環(huán)境，導(dǎo)致惡行腫瘤的發(fā)生[42]。衰老微環(huán)境中ECM的生物學(xué)作用在腫瘤惡性生物學(xué)行為過程中的作用不斷受到關(guān)注,提示在關(guān)注衰老微環(huán)境中SASP的重要作用時,也需要加強對衰老微環(huán)境的物理特性的重視。目前關(guān)于衰老微環(huán)境中ECM介導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移的機制研究不夠深入,很多問題仍有待解決。

3 衰老微環(huán)境通過免疫機制促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展

腫瘤免疫微環(huán)境（TME）是指腫瘤細胞存在的周圍微環(huán)境，包括周圍的血管、免疫細胞、成纖維細胞、骨髓源性炎癥細胞、各種信號分子和ECM。腫瘤和周圍環(huán)境密切相關(guān)，不斷進行交互作用，腫瘤可以通過釋放細胞信號分子影響其微環(huán)境，促進腫瘤的血管生成和誘導(dǎo)免疫耐受，而微環(huán)境中的免疫細胞可影響癌細胞增長和發(fā)育[43]。大量的研究已證實，微環(huán)境衰老是腫瘤發(fā)生的獨立危險因素之一。衰老微環(huán)境表現(xiàn)為其免疫細胞的功能下降和免疫抑制，并處于慢性、低度的狀態(tài)中。隨著機體的衰老，其巨噬細胞、NK 細胞及樹突狀細胞的功能下降、免疫器官萎縮、抗體親和力下降及T細胞與B細胞幼稚細胞數(shù)量減少，這種免疫功能下降促進了腫瘤細胞的免疫逃逸過程，也有助于形成適合腫瘤生長的微環(huán)境[44]。

髓系來源抑制細胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）、腫瘤相關(guān)巨噬細胞（tumor associated macrophage，TAM）和調(diào)節(jié)性T（regulatory，Treg）細胞作為體內(nèi)主要的免疫抑制細胞群，它們在衰老機體中明顯增加[45]。研究[46]發(fā)現(xiàn)，SASP 中的IFN-γ、IL-4和TGF-β可以激活免疫抑制細胞，并抑制了NK細胞和巨噬細胞的功能，進一步促進了衰老微環(huán)境的功能，導(dǎo)致機體全身慢性炎癥的形成。這種慢性炎癥導(dǎo)致了免疫細胞的轉(zhuǎn)化和免疫檢查點的改變，這一過程也被認為是腫瘤進展的重要原因之一。年齡誘導(dǎo)的免疫衰老主要發(fā)生在效應(yīng)T 細胞和其他對腫瘤免疫至關(guān)重要的免疫細胞類型中，據(jù)推測，這些變化可能導(dǎo)致老年人中更多免疫抑制細胞群的激活和浸潤，這可能是他們增加癌癥和轉(zhuǎn)移易感性的關(guān)鍵[47]。M2 型TAM 具有免疫抑制表型，在24～28 個月小鼠脾臟和骨髓中的表達顯著增加，并形成局部的衰老微環(huán)境，促進了免疫逃逸過程。衰老微環(huán)境中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)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，從而抑制腫瘤的生長[48]。

衰老微環(huán)境往往伴隨著免疫功能的生理性衰退。體液免疫及細胞（T細胞、B細胞、NK細胞等）免疫均高度依賴于衰老的發(fā)生。隨著機體的衰老，首先是免疫器官（如胸腺）的衰老和萎縮，胸腺素分泌下降，免疫細胞分化及成熟過程延長，T 細胞分裂和增殖能力下降，NK細胞活性也降低[49]。其次，衰老微環(huán)境導(dǎo)致免疫細胞對抗原刺激的反應(yīng)下降，削弱了機體對體內(nèi)外抗原反應(yīng)的免疫應(yīng)答能力和免疫監(jiān)視能力，從而導(dǎo)致了炎癥因子、生長因子等分泌增加，衰老炎性微環(huán)境誘導(dǎo)腫瘤細胞的EMT，促進腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移[50]?？偠灾?，隨著衰老微環(huán)境對腫瘤發(fā)生發(fā)展作用的不斷深入研究，有望為惡性腫瘤提供可靠的靶點。

4 衰老微環(huán)境影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的機制對腫瘤治療的啟示

過去的相關(guān)研究中，衰老相關(guān)的抗腫瘤研究主要都集中在細胞衰老層面上，未對整體微環(huán)境進行評估和檢測，誘導(dǎo)細胞凋亡和衰老基本成為了腫瘤治療的主要手段。例如，放療、化療及靶向治療導(dǎo)致機體中殘留大量的衰老細胞，導(dǎo)致衰老細胞不斷地累積，促進衰老微環(huán)境的形成，增強SASP 分泌及免疫細胞的衰老，從而導(dǎo)致了腫瘤轉(zhuǎn)移及對治療耐藥[51]。因此，認為衰老微環(huán)境及其對腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用機制對腫瘤治療產(chǎn)生了新的啟示。

近年來有研究提出了“衰老療法”。該療法是首先通過放、化療誘導(dǎo)腫瘤細胞發(fā)生衰老，并發(fā)揮抑癌作用，再通過輔助藥物清除微環(huán)境中的衰老細胞、抑制SASP的分泌，有效避免了衰老微環(huán)境中產(chǎn)生腫瘤負調(diào)控作用。進一步通過體內(nèi)實驗證實，清楚小鼠體內(nèi)衰老細胞可以有效地降低SASP的含量，具有明顯的抑制腫瘤生長的作用[51]。在此基礎(chǔ)上的研究發(fā)現(xiàn)，酪氨酸激酶抑制劑達沙替尼聯(lián)合植物中提取的類黃酮化合物槲皮素等能有效地清除體內(nèi)衰老細胞，該藥物已經(jīng)在體內(nèi)外實驗取得了較好的結(jié)果，并以進入Ⅱ期臨床試驗，具有潛在的應(yīng)用前景[52]。除此之外，目前大量的研究者致力于研發(fā)抗衰老微環(huán)境相關(guān)的藥物，并取得了一定的成績[53]。相信隨著對衰老微環(huán)境相關(guān)研究的深入，干預(yù)腫瘤細胞衰老療法有望成為腫瘤綜合治療的重要手段。

5 結(jié)論

綜上所述，衰老的微環(huán)境可能對腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移產(chǎn)生巨大影響?；|(zhì)和免疫群體中與年齡相關(guān)的正常變化可能共同推動腫瘤細胞從初始緩慢生長狀態(tài)發(fā)展為高度侵襲性和轉(zhuǎn)移性疾病。這些變化的結(jié)果涉及分泌因子的變化、TME 和生物物理結(jié)構(gòu)的改變，甚至更宏觀層面的變化。同時衰老微環(huán)境中衰老細胞自身分泌的物質(zhì)容易引起局部的慢性炎癥，慢性炎癥促進腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，因此也得到了廣大研究者的重視。相信隨著大數(shù)據(jù)研究、生物信息學(xué)、各種組學(xué)研究及高通量二代測序等相關(guān)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，從而更加充分地了解衰老微環(huán)境的分子特征，為腫瘤發(fā)生發(fā)展及治療尋找新的靶點，進一步開發(fā)更多個體化的腫瘤治療方案。