化療誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞應(yīng)激衰老
——“是利還是弊？”

翟志敏

(安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院血液科，安徽醫(yī)科大學(xué)血液病研究中心，安徽 合肥 230601)

惡性腫瘤(亦稱“癌癥”)是世界范圍內(nèi)的主要公共衛(wèi)生問題。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、老齡化等因素，惡性腫瘤發(fā)病率和死亡率正在迅速增長，全球最新數(shù)據(jù)顯示：在2020年全世界新發(fā)癌癥病例有1 929萬，中國457萬(約占23.7%)；全球癌癥死亡病例996萬例，中國300萬(約占30%)。其中肺癌是成人最常見腫瘤和導(dǎo)致死亡的主要原因之一，血癌(白血病)是1～14歲兒童發(fā)病率最高的腫瘤和主要死因。惡性腫瘤的防治工作任重道遠(yuǎn)[1]。

1 抗腫瘤治療現(xiàn)狀

手術(shù)、放療和化療是治療惡性腫瘤的3種經(jīng)典方法，在人類抗腫瘤的歷史進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用，大數(shù)據(jù)顯示，只有早期診斷的惡性腫瘤有可能治愈，但大多數(shù)腫瘤患者在臨床診斷時(shí)已有擴(kuò)散或轉(zhuǎn)移，此時(shí)化療成為可選擇的主要治療方法，但療效不盡人意，甚至在化療后或復(fù)發(fā)時(shí)，腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的增殖能力和侵襲性[1-2]。近20年來，醫(yī)藥界紛紛把焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向分子和免疫靶向新藥的開發(fā)，如酪氨酸激酶抑制劑等分子靶向藥物治療腫瘤，基因工程編輯的T細(xì)胞治療白血病和淋巴瘤等，甚至有學(xué)者提出“去化療治療腫瘤”的新理念，這些新型抗癌機(jī)制下研發(fā)的一些新藥在臨床應(yīng)用取得了一定進(jìn)步，但真實(shí)世界數(shù)據(jù)顯示，單純采用這些新藥仍然存在腫瘤復(fù)發(fā)和難治愈的問題[3-4]?；仡櫤涂偨Y(jié)人類抗癌歷程，面對(duì)目前腫瘤現(xiàn)狀，令人反省和思考一些問題，如化療對(duì)遏制腫瘤究竟發(fā)揮“多少效能”？化療對(duì)遏制腫瘤是“朋友”還是“敵人”？未來抗癌策略中“化療藥”何去何從？本文即從化療誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞應(yīng)激衰老的角度，查閱相關(guān)文獻(xiàn)和研究最新進(jìn)展，進(jìn)一步分析、討論化療在抗癌過程中的作用機(jī)制和潛能，期望為解答這些問題提供線索和答案，也為今后如何改良抗腫瘤方案、研發(fā)抗腫瘤新藥提供一些新的思路和理論依據(jù)。

2 化療和應(yīng)激性衰老

眾所周知，化療是采用細(xì)胞毒藥物治療腫瘤，具有基因或蛋白毒性的化療藥物主要作用于增殖分裂期細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，或直接殺傷細(xì)胞。與正常組織細(xì)胞相比，腫瘤組織中處于增殖分裂期的細(xì)胞更多、更活躍，因此，化療藥物進(jìn)入機(jī)體后以殺傷腫瘤細(xì)胞為主，對(duì)正常細(xì)胞影響相對(duì)較輕。這是實(shí)施腫瘤化療的基本理念和依據(jù)[5]。應(yīng)激是指機(jī)體、組織或細(xì)胞由于各種內(nèi)外環(huán)境因素變化、受到異常刺激或壓力時(shí)引發(fā)、產(chǎn)生的系列反應(yīng)。應(yīng)激不僅影響人體的情緒、心理和精神狀態(tài)，還可以通過刺激神經(jīng)-內(nèi)分泌軸、干擾破壞機(jī)體免疫系統(tǒng)[6]。由此可見，實(shí)際上化療對(duì)機(jī)體而言也是一種非預(yù)期、外源性的刺激和壓力，除引起全身系統(tǒng)性應(yīng)激反應(yīng)之外，對(duì)局部腫瘤組織和細(xì)胞究竟產(chǎn)生何種效應(yīng)？體外和腫瘤化療臨床研究數(shù)據(jù)均顯示，大多數(shù)新診斷的原代腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥都是敏感的，并且提升化療藥的強(qiáng)度到一定閾值，幾乎可殺滅所有腫瘤細(xì)胞，這種效能讓有些腫瘤患者獲得治愈可能。但由于高濃度化療藥對(duì)正常細(xì)胞的損傷也會(huì)加劇，以及個(gè)體對(duì)化療藥物的敏感性和耐受性差異，臨床實(shí)際應(yīng)用不可能任意提高化療藥強(qiáng)度，相反，很多患者因化療全身性的毒副反應(yīng)、伴有其他疾病、高齡等因素不得不減低化療劑量。當(dāng)這些因素影響到化療藥的使用強(qiáng)度，即化療藥在患者體內(nèi)的濃度或作用時(shí)間未能達(dá)到致使腫瘤細(xì)胞滅亡的最低閾值時(shí)，藥物會(huì)刺激細(xì)胞內(nèi)DNA啟動(dòng)應(yīng)激反應(yīng)，使細(xì)胞進(jìn)入一種“脫離細(xì)胞周期、喪失增殖能力的持續(xù)靜止期狀態(tài)”，這種狀態(tài)目前稱之為“應(yīng)激衰老”(stress-induced senescence，SIS)。因此，化療藥可以殺死腫瘤細(xì)胞，使腫瘤縮小、甚至消失，也可能誘導(dǎo)部分腫瘤細(xì)胞進(jìn)入SIS狀態(tài)[6-7]。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，化療誘導(dǎo)的SIS有利于遏制腫瘤細(xì)胞增殖和腫瘤進(jìn)展，對(duì)抗癌治療有積極效應(yīng)[8-9]。但隨著長期以來對(duì)化療抗腫瘤效果真實(shí)世界的觀察和研究，腫瘤復(fù)發(fā)和難治愈成為越來越突出的難題，人們開始重新思考和探索化療誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞應(yīng)激衰老的真實(shí)過程和潛能[10]。已有研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞衰老可以抑制腫瘤生長，但前提是必須確保衰老細(xì)胞不會(huì)重新進(jìn)入細(xì)胞周期，如果化療藥物濃度偏低或快速被代謝、清除之后，衰老細(xì)胞會(huì)重返細(xì)胞周期 并增殖，這些從“蟄伏狀態(tài)”中復(fù)活的腫瘤細(xì)胞，顯示出更強(qiáng)的抵抗性和侵襲性[11]。 因此，目前有學(xué)者認(rèn)為：化療對(duì)“腫瘤細(xì)胞”既是殺手，又是幫助腫瘤逃逸、演進(jìn)的“隱形防護(hù)屏障和推手”，其中化療誘導(dǎo)的SIS可能是促進(jìn)腫瘤復(fù)發(fā)和產(chǎn)生治療抵抗的重要因素[12-13]。

3 化療誘導(dǎo)的應(yīng)激衰老干擾抗腫瘤的機(jī)制

3.1 衰老相關(guān)的重編程可促進(jìn)癌細(xì)胞干性化一般情況下，細(xì)胞產(chǎn)生SIS其本質(zhì)是在遭遇遺傳毒性物質(zhì)、氧化、輻射、感染等不利因素作用時(shí)，自身DNA為防止細(xì)胞嚴(yán)重?fù)p傷或惡性變做出的一種保護(hù)性反應(yīng)，系端粒非依賴性早衰。SIS不同于細(xì)胞因分裂次數(shù)過多、端?？s短或功能缺陷引起的生理性衰老，細(xì)胞生理性衰老一般進(jìn)入不可逆性DNA合成靜止期、最終走向凋亡。但SIS當(dāng)壓力解除或環(huán)境改變時(shí)衰老細(xì)胞可能復(fù)活，并再次進(jìn)入細(xì)胞增殖周期，尤其是腫瘤細(xì)胞在利用SIS、免遭被殺滅的過程中，還會(huì)激活干細(xì)胞性相關(guān)基因、編輯周圍微環(huán)境，獲得更強(qiáng)的生存和擴(kuò)張能力[14-15]。

Milanovic等[16]通過人類和小鼠起源的各種腫瘤細(xì)胞模型、以及小鼠成瘤模型體內(nèi)試驗(yàn)，系統(tǒng)研究化療誘導(dǎo)的SIS對(duì)腫瘤細(xì)胞成瘤性、基因譜表達(dá)等方面的影響。結(jié)果顯示化療藥可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生應(yīng)激衰老，撤除化療等誘導(dǎo)衰老的因素之后，應(yīng)激衰老的腫瘤細(xì)胞可以復(fù)活，并且反復(fù)經(jīng)歷應(yīng)激衰老的腫瘤細(xì)胞比那些沒有經(jīng)歷衰老的腫瘤細(xì)胞增殖能力和體內(nèi)成瘤性均更強(qiáng)。也就是說如果癌細(xì)胞能夠突破應(yīng)激衰老屏障，從昏睡中“蘇醒、復(fù)活”，這些細(xì)胞可能獲取更強(qiáng)再生腫瘤的能力。進(jìn)一步采用單細(xì)胞分選和基因譜分析等技術(shù)深入研究顯示，腫瘤細(xì)胞向惡性度更高的轉(zhuǎn)變可能是由于調(diào)控應(yīng)激衰老的p53/H3K9me3分子活化后，啟動(dòng)和編輯與干細(xì)胞密切相關(guān)的WNT信號(hào)級(jí)聯(lián)等相關(guān)基因的表達(dá)，使非干細(xì)胞性的腫瘤細(xì)胞向“干細(xì)胞化”演變，故在脫離衰老后顯現(xiàn)出“腫瘤干細(xì)胞”樣的生存、擴(kuò)增和抵抗特征。Karabicici等[17]針對(duì)肝癌細(xì)胞系HuH-7的最新研究報(bào)道也顯示，化療藥阿霉素可誘導(dǎo)非干細(xì)胞性EpCAM-/CD133-和干細(xì)胞性EpCAM+/CD133+兩群細(xì)胞衰老，期間伴有SOX2/KLF4/c-MYC重編程基因，EpCAM/CK19/ANXA3肝臟干細(xì)胞相關(guān)基因、以及ABCG2多藥耐藥相關(guān)基因的表達(dá)顯著增加。此外，阿霉素處理可顯著增加非干細(xì)胞群中EpCAM陽性細(xì)胞增多，這些細(xì)胞的Wnt/β-catenin靶基因也增加，而抑制該信號(hào)通路則降低了干細(xì)胞基因EpCAM的表達(dá)。關(guān)鍵是動(dòng)物模型體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示，阿霉素處理的EpCAM-/CD133-非干細(xì)胞群的成瘤能力增強(qiáng)。這些研究均證明在應(yīng)激衰老過程中，Wnt/β-catenin干細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)被激活，也就是說化療藥在誘導(dǎo)原認(rèn)為可以阻止腫瘤生長的瘤細(xì)胞衰老過程中，反而編輯啟動(dòng)了與腫瘤發(fā)生和治療抵抗密切相關(guān)的 “干細(xì)胞”基因表達(dá)上調(diào)，這些發(fā)現(xiàn)具有顛覆性意義，提示化療誘導(dǎo)的應(yīng)激衰老具備促進(jìn)非干細(xì)胞性腫瘤細(xì)胞向干細(xì)胞轉(zhuǎn)化，或者獲得耐藥潛能，因此化療很難徹底清除、殺滅腫瘤細(xì)胞，甚至反向成為腫瘤復(fù)發(fā)和進(jìn)展的幫手。

3.2 衰老相關(guān)分泌表型促進(jìn)免疫耐受微環(huán)境應(yīng)激對(duì)免疫功能的影響已被廣泛認(rèn)知，既往對(duì)其機(jī)制主要從應(yīng)激刺激神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生的整體應(yīng)答和系統(tǒng)反應(yīng)進(jìn)行研究和解釋[6]。但實(shí)際在腫瘤局部組織，化療誘導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)對(duì)腫瘤微環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生顯著影響。在化療藥作用下，進(jìn)入應(yīng)激衰老狀態(tài)的腫瘤細(xì)胞，雖然失去增殖、分裂能力，但仍保持代謝活性，并且分泌一系列生長因子、細(xì)胞因子、蛋白酶和基質(zhì)重塑蛋白，這種特定的分泌現(xiàn)象目前統(tǒng)一命名為“衰老相關(guān)的分泌表型”(senescence-associated secretory phenotype，SASP)[18]。當(dāng)腫瘤組織多次遭受化療打擊，應(yīng)激衰老的腫瘤細(xì)胞逐步增多積累，并通過SASP與周圍細(xì)胞進(jìn)行動(dòng)態(tài)對(duì)話，誘使微環(huán)境向有利于腫瘤細(xì)胞生存和進(jìn)展的構(gòu)成轉(zhuǎn)變，其中包括強(qiáng)大的誘導(dǎo)免疫抑制細(xì)胞功能，編輯和促成免疫耐受微環(huán)境。

SASP如何與周圍細(xì)胞對(duì)話、達(dá)到重塑腫瘤免疫耐受微環(huán)境的目的？近期多項(xiàng)研究顯示，髓系來源的抑制性細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。MDSC是起源骨髓或脾臟的一群異質(zhì)性細(xì)胞，包括髓系前體細(xì)胞、未成熟的粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，由于具有顯著免疫抑制功能，也曾被稱為未成熟的免疫抑制細(xì)胞。正常情況下，MDSCs能迅速地分化為成熟的粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，并進(jìn)入相應(yīng)的器官、組織，保持機(jī)體血細(xì)胞代謝平衡和基本的免疫功能。但在腫瘤、感染等異常應(yīng)激病理情況下，受細(xì)胞因子等作用，髓系前體細(xì)胞成熟受阻，停留在各個(gè)分化階段，成為具有免疫抑制功能的MDSCs。粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)和粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-colony stimulating factor，G-CSF)是人類和小鼠骨髓中產(chǎn)生MDSC的有效誘導(dǎo)劑，CCL2、CXCL2和CXCL8 (IL-8)等是吸引、募集MDSCs至腫瘤微環(huán)境的關(guān)鍵趨化因子；而IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等可誘導(dǎo)MDSC增殖、并激活增強(qiáng)其功能[19-20]。已有大量研究證明MDSCs通過分泌抑制性細(xì)胞因子如轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、增加氨基酸分解酶的表達(dá)(例如精氨酸酶-1，Arginase-1)、上調(diào)抑制性配體PD-L1等途徑對(duì)免疫系統(tǒng)幾乎所有細(xì)胞發(fā)揮負(fù)向調(diào)控或抑制功能。其分泌的TGF-β不僅可以增強(qiáng)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages，TAMs)，還可以促進(jìn)腫瘤血管新生等[20]。特別引人關(guān)注的是，分析化療誘導(dǎo)應(yīng)激衰老時(shí)的SASP分泌譜，發(fā)現(xiàn)與MDSCs擴(kuò)增、募集和活化需要的細(xì)胞因子譜之間有驚人的相似性[21-22]。筆者團(tuán)隊(duì)近期研究數(shù)據(jù)也顯示MDSC具有免疫抑制特性，且衰老淋巴瘤細(xì)胞可分泌具有增強(qiáng)MDSCs效能的SASP[23-25]。我們的多項(xiàng)臨床研究同樣證明，MDSCs與轉(zhuǎn)化生長因子異常升高、以及腫瘤復(fù)發(fā)進(jìn)展和預(yù)后差密切相關(guān)[26-28]。由此可見，化療相關(guān)應(yīng)激衰老產(chǎn)生的SASP是刺激、誘導(dǎo)MDSCs產(chǎn)生、功能活化、并向腫瘤病灶趨化聚集的重要因素，兩者在腫瘤病灶內(nèi)相輔相成、共同營造免疫耐受微環(huán)境的形成。

4 展望

腫瘤細(xì)胞在化療藥作用下會(huì)啟動(dòng)并且利用應(yīng)激衰老程序來保護(hù)自己，在此過程中通過基因重編、SASP重塑微環(huán)境等方式，使“假死”或呈“蟄伏”狀態(tài)的衰老腫瘤細(xì)胞獲得更強(qiáng)抵抗和侵襲性，并逃逸免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和清除，從而成為根治腫瘤的一道屏障。但適當(dāng)強(qiáng)度的化療也可能殺滅腫瘤，至少一定時(shí)間內(nèi)遏制腫瘤細(xì)胞的增長。因此，明辨化療抗腫瘤的“利弊”雙重效應(yīng)，并揭示其作用機(jī)制，對(duì)打破目前化療抗癌的困境，將具有重要意義。那么如何“取其利”而“棄其弊”，從而達(dá)到優(yōu)化、改良傳統(tǒng)化療方案的目的？揭開腫瘤細(xì)胞衰老有益于抗癌的面紗，進(jìn)一步深層次研究、闡明其發(fā)生機(jī)制和潛存的實(shí)際效能，可能是重要的突破口[29-30]。在此基礎(chǔ)上研發(fā)具有阻止應(yīng)激衰老發(fā)生、或者遏制衰老腫瘤細(xì)胞復(fù)蘇再生、阻斷其SASP重塑腫瘤微環(huán)境向免疫耐受轉(zhuǎn)化的靶點(diǎn)和藥物，是今后改革化療方案、根治腫瘤的新策略和努力方向。