化疗诱导的肿瘤细胞应激衰老——“是利还是弊？”

翟志敏

(安徽医科大学第二附属医院血液科，安徽医科大学血液病研究中心，安徽 合肥 230601)

恶性肿瘤(亦称“癌症”)是世界范围内的主要公共卫生问题。由于经济发展、老龄化等因素，恶性肿瘤发病率和死亡率正在迅速增长，全球最新数据显示：在2020年全世界新发癌症病例有1 929万，中国457万(约占23.7%)；全球癌症死亡病例996万例，中国300万(约占30%)。其中肺癌是成人最常见肿瘤和导致死亡的主要原因之一，血癌(白血病)是1～14岁儿童发病率最高的肿瘤和主要死因。恶性肿瘤的防治工作任重道远[1]。

1 抗肿瘤治疗现状

手术、放疗和化疗是治疗恶性肿瘤的3种经典方法，在人类抗肿瘤的历史进程中发挥了重要作用，大数据显示，只有早期诊断的恶性肿瘤有可能治愈，但大多数肿瘤患者在临床诊断时已有扩散或转移，此时化疗成为可选择的主要治疗方法，但疗效不尽人意，甚至在化疗后或复发时，肿瘤细胞表现出更强的增殖能力和侵袭性[1-2]。近20年来，医药界纷纷把焦点转向分子和免疫靶向新药的开发，如酪氨酸激酶抑制剂等分子靶向药物治疗肿瘤，基因工程编辑的T细胞治疗白血病和淋巴瘤等，甚至有学者提出“去化疗治疗肿瘤”的新理念，这些新型抗癌机制下研发的一些新药在临床应用取得了一定进步，但真实世界数据显示，单纯采用这些新药仍然存在肿瘤复发和难治愈的问题[3-4]。回顾和总结人类抗癌历程，面对目前肿瘤现状，令人反省和思考一些问题，如化疗对遏制肿瘤究竟发挥“多少效能”？化疗对遏制肿瘤是“朋友”还是“敌人”？未来抗癌策略中“化疗药”何去何从？本文即从化疗诱导的肿瘤细胞应激衰老的角度，查阅相关文献和研究最新进展，进一步分析、讨论化疗在抗癌过程中的作用机制和潜能，期望为解答这些问题提供线索和答案，也为今后如何改良抗肿瘤方案、研发抗肿瘤新药提供一些新的思路和理论依据。

2 化疗和应激性衰老

众所周知，化疗是采用细胞毒药物治疗肿瘤，具有基因或蛋白毒性的化疗药物主要作用于增殖分裂期细胞，诱导细胞凋亡，或直接杀伤细胞。与正常组织细胞相比，肿瘤组织中处于增殖分裂期的细胞更多、更活跃，因此，化疗药物进入机体后以杀伤肿瘤细胞为主，对正常细胞影响相对较轻。这是实施肿瘤化疗的基本理念和依据[5]。应激是指机体、组织或细胞由于各种内外环境因素变化、受到异常刺激或压力时引发、产生的系列反应。应激不仅影响人体的情绪、心理和精神状态，还可以通过刺激神经-内分泌轴、干扰破坏机体免疫系统[6]。由此可见，实际上化疗对机体而言也是一种非预期、外源性的刺激和压力，除引起全身系统性应激反应之外，对局部肿瘤组织和细胞究竟产生何种效应？体外和肿瘤化疗临床研究数据均显示，大多数新诊断的原代肿瘤细胞对化疗药都是敏感的，并且提升化疗药的强度到一定阈值，几乎可杀灭所有肿瘤细胞，这种效能让有些肿瘤患者获得治愈可能。但由于高浓度化疗药对正常细胞的损伤也会加剧，以及个体对化疗药物的敏感性和耐受性差异，临床实际应用不可能任意提高化疗药强度，相反，很多患者因化疗全身性的毒副反应、伴有其他疾病、高龄等因素不得不减低化疗剂量。当这些因素影响到化疗药的使用强度，即化疗药在患者体内的浓度或作用时间未能达到致使肿瘤细胞灭亡的最低阈值时，药物会刺激细胞内DNA启动应激反应，使细胞进入一种“脱离细胞周期、丧失增殖能力的持续静止期状态”，这种状态目前称之为“应激衰老”(stress-induced senescence，SIS)。因此，化疗药可以杀死肿瘤细胞，使肿瘤缩小、甚至消失，也可能诱导部分肿瘤细胞进入SIS状态[6-7]。

传统观点认为，化疗诱导的SIS有利于遏制肿瘤细胞增殖和肿瘤进展，对抗癌治疗有积极效应[8-9]。但随着长期以来对化疗抗肿瘤效果真实世界的观察和研究，肿瘤复发和难治愈成为越来越突出的难题，人们开始重新思考和探索化疗诱导肿瘤细胞应激衰老的真实过程和潜能[10]。已有研究发现，诱导肿瘤细胞衰老可以抑制肿瘤生长，但前提是必须确保衰老细胞不会重新进入细胞周期，如果化疗药物浓度偏低或快速被代谢、清除之后，衰老细胞会重返细胞周期 并增殖，这些从“蛰伏状态”中复活的肿瘤细胞，显示出更强的抵抗性和侵袭性[11]。 因此，目前有学者认为：化疗对“肿瘤细胞”既是杀手，又是帮助肿瘤逃逸、演进的“隐形防护屏障和推手”，其中化疗诱导的SIS可能是促进肿瘤复发和产生治疗抵抗的重要因素[12-13]。

3 化疗诱导的应激衰老干扰抗肿瘤的机制

3.1 衰老相关的重编程可促进癌细胞干性化一般情况下，细胞产生SIS其本质是在遭遇遗传毒性物质、氧化、辐射、感染等不利因素作用时，自身DNA为防止细胞严重损伤或恶性变做出的一种保护性反应，系端粒非依赖性早衰。SIS不同于细胞因分裂次数过多、端粒缩短或功能缺陷引起的生理性衰老，细胞生理性衰老一般进入不可逆性DNA合成静止期、最终走向凋亡。但SIS当压力解除或环境改变时衰老细胞可能复活，并再次进入细胞增殖周期，尤其是肿瘤细胞在利用SIS、免遭被杀灭的过程中，还会激活干细胞性相关基因、编辑周围微环境，获得更强的生存和扩张能力[14-15]。

Milanovic等[16]通过人类和小鼠起源的各种肿瘤细胞模型、以及小鼠成瘤模型体内试验，系统研究化疗诱导的SIS对肿瘤细胞成瘤性、基因谱表达等方面的影响。结果显示化疗药可诱导肿瘤细胞发生应激衰老，撤除化疗等诱导衰老的因素之后，应激衰老的肿瘤细胞可以复活，并且反复经历应激衰老的肿瘤细胞比那些没有经历衰老的肿瘤细胞增殖能力和体内成瘤性均更强。也就是说如果癌细胞能够突破应激衰老屏障，从昏睡中“苏醒、复活”，这些细胞可能获取更强再生肿瘤的能力。进一步采用单细胞分选和基因谱分析等技术深入研究显示，肿瘤细胞向恶性度更高的转变可能是由于调控应激衰老的p53/H3K9me3分子活化后，启动和编辑与干细胞密切相关的WNT信号级联等相关基因的表达，使非干细胞性的肿瘤细胞向“干细胞化”演变，故在脱离衰老后显现出“肿瘤干细胞”样的生存、扩增和抵抗特征。Karabicici等[17]针对肝癌细胞系HuH-7的最新研究报道也显示，化疗药阿霉素可诱导非干细胞性EpCAM-/CD133-和干细胞性EpCAM+/CD133+两群细胞衰老，期间伴有SOX2/KLF4/c-MYC重编程基因，EpCAM/CK19/ANXA3肝脏干细胞相关基因、以及ABCG2多药耐药相关基因的表达显著增加。此外，阿霉素处理可显著增加非干细胞群中EpCAM阳性细胞增多，这些细胞的Wnt/β-catenin靶基因也增加，而抑制该信号通路则降低了干细胞基因EpCAM的表达。关键是动物模型体内实验显示，阿霉素处理的EpCAM-/CD133-非干细胞群的成瘤能力增强。这些研究均证明在应激衰老过程中，Wnt/β-catenin干细胞信号级联被激活，也就是说化疗药在诱导原认为可以阻止肿瘤生长的瘤细胞衰老过程中，反而编辑启动了与肿瘤发生和治疗抵抗密切相关的 “干细胞”基因表达上调，这些发现具有颠覆性意义，提示化疗诱导的应激衰老具备促进非干细胞性肿瘤细胞向干细胞转化，或者获得耐药潜能，因此化疗很难彻底清除、杀灭肿瘤细胞，甚至反向成为肿瘤复发和进展的帮手。

3.2 衰老相关分泌表型促进免疫耐受微环境应激对免疫功能的影响已被广泛认知，既往对其机制主要从应激刺激神经-内分泌系统产生的整体应答和系统反应进行研究和解释[6]。但实际在肿瘤局部组织，化疗诱导的应激反应对肿瘤微环境也会产生显著影响。在化疗药作用下，进入应激衰老状态的肿瘤细胞，虽然失去增殖、分裂能力，但仍保持代谢活性，并且分泌一系列生长因子、细胞因子、蛋白酶和基质重塑蛋白，这种特定的分泌现象目前统一命名为“衰老相关的分泌表型”(senescence-associated secretory phenotype，SASP)[18]。当肿瘤组织多次遭受化疗打击，应激衰老的肿瘤细胞逐步增多积累，并通过SASP与周围细胞进行动态对话，诱使微环境向有利于肿瘤细胞生存和进展的构成转变，其中包括强大的诱导免疫抑制细胞功能，编辑和促成免疫耐受微环境。

SASP如何与周围细胞对话、达到重塑肿瘤免疫耐受微环境的目的？近期多项研究显示，髓系来源的抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)发挥了至关重要的作用。MDSC是起源骨髓或脾脏的一群异质性细胞，包括髓系前体细胞、未成熟的粒细胞、单核细胞和树突状细胞，由于具有显著免疫抑制功能，也曾被称为未成熟的免疫抑制细胞。正常情况下，MDSCs能迅速地分化为成熟的粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞，并进入相应的器官、组织，保持机体血细胞代谢平衡和基本的免疫功能。但在肿瘤、感染等异常应激病理情况下，受细胞因子等作用，髓系前体细胞成熟受阻，停留在各个分化阶段，成为具有免疫抑制功能的MDSCs。粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)和粒细胞集落刺激因子(granulocyte-colony stimulating factor，G-CSF)是人类和小鼠骨髓中产生MDSC的有效诱导剂，CCL2、CXCL2和CXCL8 (IL-8)等是吸引、募集MDSCs至肿瘤微环境的关键趋化因子；而IL-1、IL-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等可诱导MDSC增殖、并激活增强其功能[19-20]。已有大量研究证明MDSCs通过分泌抑制性细胞因子如转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、增加氨基酸分解酶的表达(例如精氨酸酶-1，Arginase-1)、上调抑制性配体PD-L1等途径对免疫系统几乎所有细胞发挥负向调控或抑制功能。其分泌的TGF-β不仅可以增强调节性T细胞(Tregs)和肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAMs)，还可以促进肿瘤血管新生等[20]。特别引人关注的是，分析化疗诱导应激衰老时的SASP分泌谱，发现与MDSCs扩增、募集和活化需要的细胞因子谱之间有惊人的相似性[21-22]。笔者团队近期研究数据也显示MDSC具有免疫抑制特性，且衰老淋巴瘤细胞可分泌具有增强MDSCs效能的SASP[23-25]。我们的多项临床研究同样证明，MDSCs与转化生长因子异常升高、以及肿瘤复发进展和预后差密切相关[26-28]。由此可见，化疗相关应激衰老产生的SASP是刺激、诱导MDSCs产生、功能活化、并向肿瘤病灶趋化聚集的重要因素，两者在肿瘤病灶内相辅相成、共同营造免疫耐受微环境的形成。

4 展望

肿瘤细胞在化疗药作用下会启动并且利用应激衰老程序来保护自己，在此过程中通过基因重编、SASP重塑微环境等方式，使“假死”或呈“蛰伏”状态的衰老肿瘤细胞获得更强抵抗和侵袭性，并逃逸免疫系统的监视和清除，从而成为根治肿瘤的一道屏障。但适当强度的化疗也可能杀灭肿瘤，至少一定时间内遏制肿瘤细胞的增长。因此，明辨化疗抗肿瘤的“利弊”双重效应，并揭示其作用机制，对打破目前化疗抗癌的困境，将具有重要意义。那么如何“取其利”而“弃其弊”，从而达到优化、改良传统化疗方案的目的？揭开肿瘤细胞衰老有益于抗癌的面纱，进一步深层次研究、阐明其发生机制和潜存的实际效能，可能是重要的突破口[29-30]。在此基础上研发具有阻止应激衰老发生、或者遏制衰老肿瘤细胞复苏再生、阻断其SASP重塑肿瘤微环境向免疫耐受转化的靶点和药物，是今后改革化疗方案、根治肿瘤的新策略和努力方向。