化療誘導的腫瘤細胞應激衰老
——“是利還是弊？”

翟志敏

(安徽醫科大學第二附屬醫院血液科，安徽醫科大學血液病研究中心，安徽 合肥 230601)

惡性腫瘤(亦稱“癌癥”)是世界范圍內的主要公共衛生問題。由于經濟發展、老齡化等因素，惡性腫瘤發病率和死亡率正在迅速增長，全球最新數據顯示：在2020年全世界新發癌癥病例有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致死亡的主要原因之一，血癌(白血病)是1～14歲兒童發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[1]。

1 抗腫瘤治療現狀

手術、放療和化療是治療惡性腫瘤的3種經典方法，在人類抗腫瘤的歷史進程中發揮了重要作用，大數據顯示，只有早期診斷的惡性腫瘤有可能治愈，但大多數腫瘤患者在臨床診斷時已有擴散或轉移，此時化療成為可選擇的主要治療方法，但療效不盡人意，甚至在化療后或復發時，腫瘤細胞表現出更強的增殖能力和侵襲性[1-2]。近20年來，醫藥界紛紛把焦點轉向分子和免疫靶向新藥的開發，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細胞治療白血病和淋巴瘤等，甚至有學者提出“去化療治療腫瘤”的新理念，這些新型抗癌機制下研發的一些新藥在臨床應用取得了一定進步，但真實世界數據顯示，單純采用這些新藥仍然存在腫瘤復發和難治愈的問題[3-4]。回顧和總結人類抗癌歷程，面對目前腫瘤現狀，令人反省和思考一些問題，如化療對遏制腫瘤究竟發揮“多少效能”？化療對遏制腫瘤是“朋友”還是“敵人”？未來抗癌策略中“化療藥”何去何從？本文即從化療誘導的腫瘤細胞應激衰老的角度，查閱相關文獻和研究最新進展，進一步分析、討論化療在抗癌過程中的作用機制和潛能，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、研發抗腫瘤新藥提供一些新的思路和理論依據。

2 化療和應激性衰老

眾所周知，化療是采用細胞毒藥物治療腫瘤，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胞，誘導細胞凋亡，或直接殺傷細胞。與正常組織細胞相比，腫瘤組織中處于增殖分裂期的細胞更多、更活躍，因此，化療藥物進入機體后以殺傷腫瘤細胞為主，對正常細胞影響相對較輕。這是實施腫瘤化療的基本理念和依據[5]。應激是指機體、組織或細胞由于各種內外環境因素變化、受到異常刺激或壓力時引發、產生的系列反應。應激不僅影響人體的情緒、心理和精神狀態，還可以通過刺激神經-內分泌軸、干擾破壞機體免疫系統[6]。由此可見，實際上化療對機體而言也是一種非預期、外源性的刺激和壓力，除引起全身系統性應激反應之外，對局部腫瘤組織和細胞究竟產生何種效應？體外和腫瘤化療臨床研究數據均顯示，大多數新診斷的原代腫瘤細胞對化療藥都是敏感的，并且提升化療藥的強度到一定閾值，幾乎可殺滅所有腫瘤細胞，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正常細胞的損傷也會加劇，以及個體對化療藥物的敏感性和耐受性差異，臨床實際應用不可能任意提高化療藥強度，相反，很多患者因化療全身性的毒副反應、伴有其他疾病、高齡等因素不得不減低化療劑量。當這些因素影響到化療藥的使用強度，即化療藥在患者體內的濃度或作用時間未能達到致使腫瘤細胞滅亡的最低閾值時，藥物會刺激細胞內DNA啟動應激反應，使細胞進入一種“脫離細胞周期、喪失增殖能力的持續靜止期狀態”，這種狀態目前稱之為“應激衰老”(stress-induced senescence，SIS)。因此，化療藥可以殺死腫瘤細胞，使腫瘤縮小、甚至消失，也可能誘導部分腫瘤細胞進入SIS狀態[6-7]。

傳統觀點認為，化療誘導的SIS有利于遏制腫瘤細胞增殖和腫瘤進展，對抗癌治療有積極效應[8-9]。但隨著長期以來對化療抗腫瘤效果真實世界的觀察和研究，腫瘤復發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腫瘤細胞應激衰老的真實過程和潛能[10]。已有研究發現，誘導腫瘤細胞衰老可以抑制腫瘤生長，但前提是必須確保衰老細胞不會重新進入細胞周期，如果化療藥物濃度偏低或快速被代謝、清除之后，衰老細胞會重返細胞周期 并增殖，這些從“蟄伏狀態”中復活的腫瘤細胞，顯示出更強的抵抗性和侵襲性[11]。 因此，目前有學者認為：化療對“腫瘤細胞”既是殺手，又是幫助腫瘤逃逸、演進的“隱形防護屏障和推手”，其中化療誘導的SIS可能是促進腫瘤復發和產生治療抵抗的重要因素[12-13]。

3 化療誘導的應激衰老干擾抗腫瘤的機制

3.1 衰老相關的重編程可促進癌細胞干性化一般情況下，細胞產生SIS其本質是在遭遇遺傳毒性物質、氧化、輻射、感染等不利因素作用時，自身DNA為防止細胞嚴重損傷或惡性變做出的一種保護性反應，系端粒非依賴性早衰。SIS不同于細胞因分裂次數過多、端粒縮短或功能缺陷引起的生理性衰老，細胞生理性衰老一般進入不可逆性DNA合成靜止期、最終走向凋亡。但SIS當壓力解除或環境改變時衰老細胞可能復活，并再次進入細胞增殖周期，尤其是腫瘤細胞在利用SIS、免遭被殺滅的過程中，還會激活干細胞性相關基因、編輯周圍微環境，獲得更強的生存和擴張能力[14-15]。

Milanovic等[16]通過人類和小鼠起源的各種腫瘤細胞模型、以及小鼠成瘤模型體內試驗，系統研究化療誘導的SIS對腫瘤細胞成瘤性、基因譜表達等方面的影響。結果顯示化療藥可誘導腫瘤細胞發生應激衰老，撤除化療等誘導衰老的因素之后，應激衰老的腫瘤細胞可以復活，并且反復經歷應激衰老的腫瘤細胞比那些沒有經歷衰老的腫瘤細胞增殖能力和體內成瘤性均更強。也就是說如果癌細胞能夠突破應激衰老屏障，從昏睡中“蘇醒、復活”，這些細胞可能獲取更強再生腫瘤的能力。進一步采用單細胞分選和基因譜分析等技術深入研究顯示，腫瘤細胞向惡性度更高的轉變可能是由于調控應激衰老的p53/H3K9me3分子活化后，啟動和編輯與干細胞密切相關的WNT信號級聯等相關基因的表達，使非干細胞性的腫瘤細胞向“干細胞化”演變，故在脫離衰老后顯現出“腫瘤干細胞”樣的生存、擴增和抵抗特征。Karabicici等[17]針對肝癌細胞系HuH-7的最新研究報道也顯示，化療藥阿霉素可誘導非干細胞性EpCAM-/CD133-和干細胞性EpCAM+/CD133+兩群細胞衰老，期間伴有SOX2/KLF4/c-MYC重編程基因，EpCAM/CK19/ANXA3肝臟干細胞相關基因、以及ABCG2多藥耐藥相關基因的表達顯著增加。此外，阿霉素處理可顯著增加非干細胞群中EpCAM陽性細胞增多，這些細胞的Wnt/β-catenin靶基因也增加，而抑制該信號通路則降低了干細胞基因EpCAM的表達。關鍵是動物模型體內實驗顯示，阿霉素處理的EpCAM-/CD133-非干細胞群的成瘤能力增強。這些研究均證明在應激衰老過程中，Wnt/β-catenin干細胞信號級聯被激活，也就是說化療藥在誘導原認為可以阻止腫瘤生長的瘤細胞衰老過程中，反而編輯啟動了與腫瘤發生和治療抵抗密切相關的 “干細胞”基因表達上調，這些發現具有顛覆性意義，提示化療誘導的應激衰老具備促進非干細胞性腫瘤細胞向干細胞轉化，或者獲得耐藥潛能，因此化療很難徹底清除、殺滅腫瘤細胞，甚至反向成為腫瘤復發和進展的幫手。

3.2 衰老相關分泌表型促進免疫耐受微環境應激對免疫功能的影響已被廣泛認知，既往對其機制主要從應激刺激神經-內分泌系統產生的整體應答和系統反應進行研究和解釋[6]。但實際在腫瘤局部組織，化療誘導的應激反應對腫瘤微環境也會產生顯著影響。在化療藥作用下，進入應激衰老狀態的腫瘤細胞，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、細胞因子、蛋白酶和基質重塑蛋白，這種特定的分泌現象目前統一命名為“衰老相關的分泌表型”(senescence-associated secretory phenotype，SASP)[18]。當腫瘤組織多次遭受化療打擊，應激衰老的腫瘤細胞逐步增多積累，并通過SASP與周圍細胞進行動態對話，誘使微環境向有利于腫瘤細胞生存和進展的構成轉變，其中包括強大的誘導免疫抑制細胞功能，編輯和促成免疫耐受微環境。

SASP如何與周圍細胞對話、達到重塑腫瘤免疫耐受微環境的目的？近期多項研究顯示，髓系來源的抑制性細胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)發揮了至關重要的作用。MDSC是起源骨髓或脾臟的一群異質性細胞，包括髓系前體細胞、未成熟的粒細胞、單核細胞和樹突狀細胞，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胞。正常情況下，MDSCs能迅速地分化為成熟的粒細胞、單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞，并進入相應的器官、組織，保持機體血細胞代謝平衡和基本的免疫功能。但在腫瘤、感染等異常應激病理情況下，受細胞因子等作用，髓系前體細胞成熟受阻，停留在各個分化階段，成為具有免疫抑制功能的MDSCs。粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)和粒細胞集落刺激因子(granulocyte-colony stimulating factor，G-CSF)是人類和小鼠骨髓中產生MDSC的有效誘導劑，CCL2、CXCL2和CXCL8 (IL-8)等是吸引、募集MDSCs至腫瘤微環境的關鍵趨化因子；而IL-1、IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等可誘導MDSC增殖、并激活增強其功能[19-20]。已有大量研究證明MDSCs通過分泌抑制性細胞因子如轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、增加氨基酸分解酶的表達(例如精氨酸酶-1，Arginase-1)、上調抑制性配體PD-L1等途徑對免疫系統幾乎所有細胞發揮負向調控或抑制功能。其分泌的TGF-β不僅可以增強調節性T細胞(Tregs)和腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages，TAMs)，還可以促進腫瘤血管新生等[20]。特別引人關注的是，分析化療誘導應激衰老時的SASP分泌譜，發現與MDSCs擴增、募集和活化需要的細胞因子譜之間有驚人的相似性[21-22]。筆者團隊近期研究數據也顯示MDSC具有免疫抑制特性，且衰老淋巴瘤細胞可分泌具有增強MDSCs效能的SASP[23-25]。我們的多項臨床研究同樣證明，MDSCs與轉化生長因子異常升高、以及腫瘤復發進展和預后差密切相關[26-28]。由此可見，化療相關應激衰老產生的SASP是刺激、誘導MDSCs產生、功能活化、并向腫瘤病灶趨化聚集的重要因素，兩者在腫瘤病灶內相輔相成、共同營造免疫耐受微環境的形成。

4 展望

腫瘤細胞在化療藥作用下會啟動并且利用應激衰老程序來保護自己，在此過程中通過基因重編、SASP重塑微環境等方式，使“假死”或呈“蟄伏”狀態的衰老腫瘤細胞獲得更強抵抗和侵襲性，并逃逸免疫系統的監視和清除，從而成為根治腫瘤的一道屏障。但適當強度的化療也可能殺滅腫瘤，至少一定時間內遏制腫瘤細胞的增長。因此，明辨化療抗腫瘤的“利弊”雙重效應，并揭示其作用機制，對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”，從而達到優化、改良傳統化療方案的目的？揭開腫瘤細胞衰老有益于抗癌的面紗，進一步深層次研究、闡明其發生機制和潛存的實際效能，可能是重要的突破口[29-30]。在此基礎上研發具有阻止應激衰老發生、或者遏制衰老腫瘤細胞復蘇再生、阻斷其SASP重塑腫瘤微環境向免疫耐受轉化的靶點和藥物，是今后改革化療方案、根治腫瘤的新策略和努力方向。