从“阳虚阴实”病机探讨细胞衰老在肿瘤进展中的作用机制

王 栋,张 艳,张 傲,徐靖宣,孟静岩

(1. 天津中医药大学研究生院,天津 301617;2. 天津中医药大学中医学院,天津 301617)

根据2020年国际癌症研究机构统计,全球约有1 930万例新发癌症病例和近1 000万例癌症患者死亡。癌症的发病率和病死率依然居高不下,严重威胁了患者的生命和健康[1]。有研究发现,细胞衰老是肿瘤发生与进展的重要因素[2]。在肿瘤的治疗中,诱导细胞衰老是抑制肿瘤细胞增殖的有效方法。然而,衰老的肿瘤细胞分泌的衰老相关分泌表型(SASP)因子在肿瘤发生与进展中的作用不容忽视。SASP可影响肿瘤的多种生物学功能,包括侵袭、迁移、上皮间充质转化、耐药性和免疫抑制等[3]。越来越多的证据表明,放疗、化疗、靶向治疗、免疫疗法等治疗手段诱导的细胞衰老可能是肿瘤细胞对抗癌药物产生耐药性的重要原因[4]。然而,目前细胞衰老相关抑制剂的抗癌作用也存在局限性,如非恶性细胞的衰老产生的影响,细胞衰老的肿瘤抑制和肿瘤促进作用难以精准靶向,临床上难以定量评估其抗肿瘤治疗效果等[5]。因此,积极寻找靶向细胞衰老的药物及治疗手段对肿瘤患者的治疗和预后具有重要的临床意义。

传统医学认为,肿瘤归属于中医的“积聚”“岩”“癥瘕”等范畴。肿瘤的病机多为本虚标实,以正虚为本,阴实为标[6]。阳气亏虚,气血津液运行不畅,痰、湿、瘀等病理产物蓄积,阳愈虚,阴乃成形,阴形无阳以化,久之不去,积聚为实。正气亏虚,阴阳不和为病之本因,阳气亏虚、化气无力为病之主因,气血津液运行不畅、内浊渐生为病之内因,病理产物积聚为实,脏器损伤为病之表因,故“阳虚阴实”是肿瘤的核心病机[7]。从中医的角度出发,细胞衰老是阳气亏虚的微观体现,细胞衰老致SASP分泌增强,逃避免疫监视和促进免疫抑制性肿瘤微环境(TME)的形成,气血津液功能失调,致阴浊内生,痰、湿、瘀互结,阴实乃成,从而导致肿瘤的发生与发展。故本文从“阳虚阴实”角度出发,探讨中医对肿瘤发生与进展的认识,并结合细胞衰老,从中西医角度阐释肿瘤的宏观和微观机制。基于此,提出以“扶阳之虚,消阴之实”之法,组方遣药靶向调控细胞衰老以发挥其抗肿瘤进展的作用。

1 细胞衰老概述及SASP因子

细胞衰老是细胞处于一种永久性增殖停滞状态。细胞衰老分为复制性衰老和应激性衰老。复制性衰老是由于染色体两端的端粒缩短导致的永久性的细胞增殖能力丧失[8]。应激性衰老并不依赖于端粒,是各种内外刺激诱导的细胞衰老,包括DNA损伤、氧化应激、线粒体功能失调、致癌基因、表观遗传改变、治疗手段、旁分泌等诱导的细胞衰老[2]。衰老的细胞通常具有细胞体积增大、细胞粒度增加、DNA损伤灶及细胞衰老相关的β-半乳糖苷酶(SA-β-gal)活性增加等特征[9]。多项研究发现,细胞衰老最常见的机制可能与DNA损伤反应、细胞周期蛋白相关激酶抑制剂和细胞周期终止、分泌表型增强、凋亡抵抗、代谢重编程、内质网应激等相关[2]。近年来,细胞衰老已成为医学多个研究领域关注的焦点,调控细胞衰老在神经退行性疾病、心血管疾病、代谢性疾病、免疫系统疾病及肿瘤等多种疾病中均发挥重要作用[10]。细胞衰老在肿瘤发生和进展中具有双重作用,衰老的细胞会分泌SASP因子,SASP主要包括趋化因子、细胞因子、生长因子和蛋白酶,可通过免疫细胞(骨髓来源的抑制性细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞、T细胞等)的募集来调控免疫TME的转变,介导免疫监视的激活。此外,SASP因子还可通过调控血管生成影响肿瘤的发生和进展[11]。因此,靶向细胞衰老可能是肿瘤治疗的新视角。

2 “阳虚阴实”是肿瘤发生与进展的核心病机

肿瘤乃本虚标实之证,阳虚气化无力,疾病之本,阴形积聚为实,疾病之标[7]。脾肾阳气亏虚、气化无力为病之主因,为本;脏腑气血津液失调,痰饮、水湿、瘀血等阴形积聚为病之内因,为标。阳虚气化无力致痰、湿、瘀等病理产物积蓄,内浊久之不化,聚而为实,标实乃成。基于此,提出“阳虚阴实”是肿瘤的核心病机。

2.1“阳虚阴实”的理论和病理基础 《素问·阴阳应象大论》曰:“阴静阳燥,阳生阴长,阳杀阴藏,阳化气,阴成形。”“阳化气,阴成形”后经张景岳注释为“阳动而散,故化气;阴静而凝,故成形。”现后世多认为,阳性动而散,主化气;阴性静而凝,主成形。自然界万物的产生、发展和变化,离不开阴阳的相互作用。阳主动而散,可促进万物的气化,如阳气;阴主静而凝,可促进万物的成形,如精血津液。化气与成形,是物质的两种相辅相成的运动形式。这是对“阳化气,阴成形”,阴阳维持生理功能的阐述。倘若“阳化气,阴成形”失衡,尤其是阳化气不足,阴成形太过,出现阴阳不和之病理现象,久治不愈,导致疾病的发生[12]。正如《素问·刺法论》曰:“正气存内,邪不可干。”从生物学角度来说,细胞执行功能如细胞分化、细胞凋亡及细胞衰老,属于“阳化气”,细胞增殖如细胞数量、体积增长,属于“阴成形”,而增殖失控、凋亡抵抗及逃避衰老是肿瘤的基本生物学特征,与阳化气不足,阴成形太过相应。由此可以看出,肿瘤的本质就是阳气不足、阴寒积聚。综上所述,阳化气不足,阴成形太过是“阳虚阴实”的病理基础,也是肿瘤形成的必然结果。

2.2阳虚气化无力,疾病之本 《难经·八难》曰:“气者,人之根本也”。气是构成和维持生命活动的基本物质之一。阳气不足,则气化不利,无力卫外,稳内乏源,久之则发为疾病[13]。故《素问·举痛论》云“百病生于气也”,《素问·阴阳应象大论》云“精化为气”。脾为后天之本,主运化,气血生化之源。脾阳散精化气,辅以肺之清气,合为宗气,推动气血之运行。脾阳亏虚,则水谷运化不利,气血生化乏源;脾阳不足,则温散水湿无力,痰湿内生。正如《素问·至真要大论》云“诸湿肿满,皆属于脾”。肾为先天之本,肾主纳气,为生气之根。肾精乃先天之精,辅以水谷精微滋养,肾阳蒸腾而化生元气,温煦和推动脏腑之气化。肾为水脏,然肾阳不足,失于温煦,则水液无以为化,湿浊水饮横生;肾阳亏虚,推动无力,则气不行血而瘀血乃生。元阳不足,无以滋养后天,则气血生化乏源而致血行不畅。故《难经·三十六难》曰:“命门者,诸神精之所舍,原气之所系也。”心为君主之官,五脏六腑之大主。心阳受脾散精化赤化气而成荣气,以循行上下,营运周身,正如《灵枢·营气》曰:“营气之道,内谷为宝……终而复始,是谓天地之纪。”心阳充沛,赖以肺主气辅心以行血,肝畅气机以行气血,脾散精于心以化气血,肾藏精以滋气血。心阳不足,则诸脏皆虚,阳虚无以气化,气血生化乏源,阳虚推动无力,气血运行不畅,痰、湿、瘀等内浊乃生,阴形乃成[14]。因此,阳虚气化无力是肿瘤发生发展的根本。

2.3阴形积聚为实,疾病之标 气血津液是人体生命活动的物质基础。然诸阳亏虚,则生化乏源或推动无力,致气血津液生成不足或运行不畅,甚至停滞,痰饮、水湿、瘀血等病理产物形成,阳虚无以化阴,痰、湿、瘀等滞于五脏六腑,疾病乃生[12]。故《灵枢·口问》云“邪之所在,皆为不足”,脾肾阳虚,则运化、固摄、蒸腾无力,加肺之通调障碍,水停为湿,湿为阴邪,易损阳气,阻遏气机;或肝郁气滞,或郁而化热,炼液为痰,痰阻经脉,则气血运行不畅而致瘀;另脾之散精化气,肾之蒸腾化气,脾肾阳气不足,则气血生化乏源,气虚、血虚则血瘀。心主血脉,心阳化赤化气,阳气不足则化气、推动、温煦之力匮乏,加之肝失疏泄,气滞则血瘀,肺主一身之气,气虚则血瘀,肾为阳气之根,肾虚则寒,寒凝则血瘀。此外,阳气亏虚,不足以抵御外邪,外邪乘虚而入,客入机体,耗伤阳气,导致阳益虚、阴愈盛,最终阴邪在体内阳气最虚弱之处积聚成形,发为癥瘕[13-14]。正如《灵枢·百病始生》云“积之始生,得寒乃生”。综上所述,诸阳不足,则化气无力,痰、湿、瘀等病理产物遂成,内浊久之不去,缠绵难愈,致阴形积聚为实,发为肿瘤,标实之证凸显于外。

3 细胞衰老在肿瘤发生和进展中的作用

细胞衰老是处于稳定的细胞周期停滞状态,具有响应细胞应激的分泌特征。一般认为,它是一种内源性进化稳态机制,以消除受损细胞(包括具有恶性转化可能的受损细胞),从而预防肿瘤[15]。最近细胞衰老被认为是肿瘤发生与进展的新标志。衰老细胞的积累可通过SASP因子介导的免疫抑制性TME的形成发挥肿瘤促进作用。因此,细胞衰老越来越被认为是一种有前途的靶向抗肿瘤疗法[16]。但是,细胞衰老的体内外检测方法及在肿瘤患者预后中的意义的探索依然具有巨大的挑战性[17]。

3.1癌前病变中的细胞衰老 细胞衰老不仅在肿瘤的进展中发挥重要作用,癌前病变中细胞衰老的价值也不容忽视。CXC 趋化因子受体2(CXCR2)、早幼粒细胞白血病蛋白(PML)、细胞外调节蛋白激酶(ERK)、SA-β-gal及p16这几个细胞衰老相关蛋白在癌前病变中被检测。例如,前列腺上皮内瘤衍生样品中检测到CXCR2[18],而前列腺增生衍生样品中PML[19]和ERK[20]被发现。此外,在神经纤维瘤衍生样本中检测到SA-β-gal和p16的高表达[21]。结肠腺瘤是结肠癌的前体病变,发现SA-β-gal为阳性[22]。值得注意的是,研究人员在肝细胞癌患者的癌旁非恶性组织中检测到p21和多种SASP因子[23]。癌前病变是癌症的前体病变,对癌症的发生至关重要。因此,靶向细胞衰老对延缓癌前病变的进一步恶化具有重要的临床意义。

3.2细胞衰老抑制肿瘤进展 癌基因诱导的衰老(OIS)是由激活的癌基因驱动的细胞衰老[24]。OIS可诱导癌前细胞稳定生长的停滞,并在细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(如p16和p21)的强化下,形成了对癌症发生的天然屏障。因此,OIS是一种细胞固有的肿瘤抑制机制。衰老细胞(包括OIS)具有代谢重编程和SASP因子分泌的特征,且两者都以细胞外方式介导肿瘤抑制[25]。SASP因子可诱导邻近癌细胞的旁分泌衰老或稳定增殖阻滞,也可增强免疫监视和清除衰老细胞。此外,SASP因子还可诱导肿瘤细胞凋亡。例如,肿瘤坏死因子-α(TNF-α)能诱导活性氧(ROS)介导的大B细胞淋巴瘤的凋亡[26],而白细胞介素(IL)-6能诱导信号转导及转录激活蛋白3(STAT3)沉默的恶性T淋巴细胞的凋亡[27]。值得注意的是,衰老细胞介导的肿瘤抑制作用通过细胞外在的机制得到进一步加强。衰老细胞通过SASP因子直接作用于细胞或者细胞之间的相互作用来促进邻近细胞的衰老,从而也抑制了其周围尚未衰老的癌前细胞或肿瘤细胞的增殖。

越来越多的证据表明,OIS对促进肿瘤免疫监视具有重要作用。例如,巨噬细胞被CC趋化因子配体2(CCL2)所募集,并在CD4+T细胞辅助下,进一步活化,从而消除NRASG12V小鼠中衰老的癌前细胞[28]。此外,肿瘤抑制基因p53-p21轴可控制OIS反应,还通过SASP因子介导衰老癌细胞和免疫细胞之间的通讯[29]。值得注意的是,p53诱导的癌细胞凋亡和癌细胞衰老诱发的免疫清除可能是由集落刺激因子1(CSF1)、CCL2、IL-15和CXC趋化因子配体1(CXCL1)介导的[30]。此外,p53与核因子κB(NF-κB)通路协同调节SASP因子的分泌,这些SASP因子可激活巨噬细胞形成抑制性TME[31]。在肝癌小鼠模型中发现,p21诱导CXCL14和胰岛素样生长因子结合蛋白3(IGFBP3)的分泌,有助于巨噬细胞和淋巴细胞募集到肿瘤部位,从而激活免疫监控[29]。值得注意的是,癌基因Ras过度表达也激活了免疫监视,可能是通过p21介导的癌细胞或癌前细胞衰老抑制肿瘤生长[29]。综上所述,OIS和癌基因通过诱导细胞衰老、SASP因子分泌、免疫抑制性TME形成及免疫监视的激活调控肿瘤的发生与进展。

3.3细胞衰老促进肿瘤进展 衰老的细胞外机制,主要是SASP因子具有促进肿瘤进展的特性。SASP因子有助于肿瘤的形成、增殖、迁移、侵袭和转移,从而增强了肿瘤细胞的恶性进展[32]。此外,SASP因子还通过促进肿瘤血管生成和抑制免疫细胞的抗肿瘤作用来调节TME。例如,衰老相关的细胞因子IL-6和IL-8诱导自我和交叉增强的衰老或炎症环境,导致上皮可塑性和干细胞特征的出现,从而赋予MCF-7乳腺癌细胞系更具侵袭性的表型[33]。衰老癌细胞促进肿瘤细胞的生长和增殖能力可归因于SASP因子的组织重塑特性,如IL-6可促进血管生成。其他的SASP因子,如CXCL5和VEGF,在肿瘤异种移植模型中可增加肿瘤血管的密度[34]。除了血管生成,SASP因子还可促进肿瘤细胞的迁移和侵袭。众所周知,基质金属蛋白酶可通过降解细胞外基质成分,从而促进肿瘤向继发性部位转移和扩散[35],在周期蛋白依赖激酶抑制因子1B过表达诱导的老鼠衰老模型中,IL-6可促进破骨细胞的形成,导致更具侵袭性的乳腺癌骨转移的TME形成[36];在荷瘤小鼠模型中,衰老甲状腺细胞释放的CXCL12诱导甲状腺癌细胞侵入淋巴结[37];此外,p19ARF诱导的衰老细胞分泌的可溶性上皮钙黏蛋白可增强黑色素瘤细胞的转移和侵袭能力[38]。

衰老细胞及其SASP因子间接导致癌症进展和复发的另一个重要机制是免疫系统的负调节。与衰老癌细胞诱导TME中的免疫激活相反,SASP因子在某些情况下可抑制宿主免疫。例如:Nras G12V诱导衰老的肝细胞通过分泌CCL2募集了一部分CC趋化因子受体2(CCR2)+髓系细胞,这些髓系细胞与自然杀伤细胞结合,最终阻断肿瘤免疫监视[39]。此外,肿瘤基质衍生的IL-6可募集抑制性髓样细胞和逃避抗肿瘤T细胞的免疫监视,从而发挥抗肿瘤作用[40]。值得注意的是,IL-6和IL-8还增强了与抑制性受体自然杀伤细胞凝集素样受体C1(KLRC1)相互作用的人类白细胞抗原E(HLA-E)的表面表达,从而减弱了细胞毒性自然杀伤细胞和成熟CD8+T细胞的活性[41];Janus激酶2(JAK2)-STAT3通路的激活诱导了Pten-null衰老的前列腺癌小鼠中SASP因子介导的免疫抑制性TME的形成。而SASP因子分泌的减少和JAK2抑制剂的干预可恢复抗肿瘤免疫反应[42]。因此,调控细胞衰老是一种有前景的抗肿瘤策略,有助于重建或改善肿瘤免疫监视。

综上所述,衰老细胞的肿瘤抑制或促进作用主要是通过衰老的细胞外机制。细胞衰老可能是通过SASP因子调控免疫细胞的募集、血管生成、免疫TME的激活与抑制,从而抑制肿瘤的形成、增殖、迁移、侵袭和转移。细胞衰老在癌前病变及肿瘤的发生和进展中作用不容忽视,未来对细胞衰老的调控,尤其是SASP因子的调控,可能是防治肿瘤的有前景的策略。然而,细胞衰老在肿瘤发生和进展的作用及机制还不甚明确,细胞衰老相关通路或靶点的抑制剂虽然在多种老年疾病及肿瘤中具有延缓疾病进展的作用,但非恶性细胞衰老产生的影响及细胞衰老的肿瘤抑制和促进作用的调控等局限性依然是不可忽略的因素。值得注意的是,随着近年来组分中药国家重点实验室的建立,抗肿瘤作用的中药生物活性成分不断被发现,也证实中医药可通过多组分、多途径、多靶点调控细胞衰老发挥抗肿瘤作用,具有明显的优势。

4 细胞衰老与“阳虚阴实”的关系

细胞衰老是阳气亏虚的微观体现。衰老的细胞分泌SASP因子,SASP因子可募集免疫细胞,激活免疫监视,抑制肿瘤发生与进展,这与中医的阳气具有推动、温煦及温内卫外之功相似,SASP因子可能是阳气的微观体现。阳气充沛,阴邪袭扰,阳气奋起抗邪,SASP因子介导的免疫监视被激活,阴邪得以清除。当阳气亏虚,SASP因子介导的免疫抑制性TME形成,阴邪祛除无力,痰、湿、瘀等病理产物蓄积,积聚于阳虚之处,久之不去,易损伤阳气致阳愈虚,形成恶性循环,致肿瘤进展。因此,阳气亏虚,无以化阴,气血津液功能失调,阴形乃成,积聚为实;细胞衰老介导的免疫抑制TME形成致阴浊内生,耗损阳气,留邪成积,导致肿瘤的发生和进展。见图1。

图1 “阳虚阴实”与细胞衰老在肿瘤发生和进展中的关系

5 基于“阳虚阴实”调控细胞衰老的治疗策略

阳气亏虚导致细胞衰老,气血津液运行不畅,痰、湿、瘀等病理产物蓄积,阳愈虚,阴成形。反之,阴形反复耗损阳气,阳气亏虚进一步诱导细胞衰老,致阴形缠绵难祛,形成恶性循环,经久不愈[13-14]。故从“阳虚阴实”角度,以“扶阳之虚,消阴之实”为法,组方遣药中发现中医药治疗多以辛、甘、温性药物为主,辛甘温为阳,能行能散,可补阳气亏虚,能散阴形坚实,调控细胞衰老和抑制肿瘤的发生和进展。

“阳虚”为本,重在扶阳,扶阳之虚以固本清源,温阳益气以扶助阳气。“得寒乃积生”,故以扶阳为主,消积为辅[14]。人参性微温,归肺脾心肾经,具有益肺健脾、大补元气功效。《本草纲目·卷十二》曰:“人参能补肺中之气,肺气旺则四脏之气皆旺……须得生阳气之药乃生,阳生则阴长,血乃旺矣。”淫羊藿性辛温,归肝肾经,具有温补肾阳、祛风除湿之效。金复康、消岩汤、扶正解毒方等复方中黄芪、淫羊藿以扶阳益气,葫芦巴、淫羊藿以温肾散寒。温阳益气,阳虚得补,气化有力则阴形无处可聚,痰、湿、瘀等无源可生,基于此,阳得补,本可固,源乃清,方可釜底抽薪,斩草除根。

“阴实”为标,气血津液功能失调,痰、湿、瘀等病理产物蓄积致阴形积聚为实,当以健脾以祛痰湿,活血以散瘀血,散结以消阴实[12]。半夏性辛温,归肺脾胃经,可燥湿化痰,以祛脾胃之痰,兼以消痰散结。正如《药性本草》记载“能消痰涎,开胃健脾……能除瘤樱气”、《珍珠囊》记载“治寒痰及形寒饮冷伤肺而咳,消胸中瘩……燥脾湿,消肿散结”。紫草性甘咸,归心肝经,可活血化瘀,咸能下能软,具有软坚散结、消散肿块的功效。《本经》记载“主心腹邪气,五疸,补中益气利九窍,通水道”。莪术性辛温,归肝脾经,入血走气,破血行气之品,主气滞血瘀重症。《本草经疏》云:“行气破血散结,是其功能之所长……有血气凝结、饮食积滞,亦当与健脾开胃,补益元气药同耳。”姜黄性辛苦温,归肝脾经,同为破血行气之物,以通经止痛为要,主气滞血瘀之诸痛症。《本草求原》云:“姜黄,益火生气,辛温达火化气……而血自行,是理气散结而兼泄血也。”复方中的角药、对药如姜黄、郁金和当归、川芎以行气活血,麦冬、女贞子以养阴生津,夏枯草、牡蛎以软坚散结,白术、 茯苓、薏苡仁以健脾化湿。但阴实不可独消,阳虚不可独扶,中医药治疗肿瘤当以标本同治,扶阳消阴为法。四君子汤、四物汤、金复康、藤龙补中汤、消岩汤、扶正解毒方等复方均可通过扶阳消阴之法,调控DNA损伤、SASP因子分泌、细胞周期阻滞、p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路激活及免疫抑制性TME的形成等诱导细胞衰老,从而发挥抗肿瘤作用。中药及生物活性成分[43-57]调控细胞衰老的抗肿瘤作用机制见表1。

表1 中药及生物活性成分调控细胞衰老的抗肿瘤作用机制

6 小结与展望

本文从“阳虚阴实”角度出发,总结了肿瘤发病之本因、主因、内因、表因,提出“阳虚不化,以虚为本;阴聚乃实,以实为标”的病机,确立“扶阳之虚,消阴之实”的治法,以调控细胞衰老为治疗靶点,可通过DNA损伤、氧化应激、致癌基因异常表达、SASP因子分泌、细胞周期阻滞、免疫监视激活等途径调控细胞衰老发挥抗肿瘤作用,为中医药防治肿瘤提供新思路。细胞衰老在肿瘤发生与发展中具有重要的临床意义,靶向细胞衰老的调控机制是目前研究的重点和热点,中药及生物活性成分可调控细胞衰老来影响肿瘤的进展。但目前基于“阳虚阴实”调控细胞衰老防治肿瘤进展依然存在巨大的挑战:①中药的剂量是否与细胞衰老的肿瘤抑制和促进作用相关?②中药调控SASP因子分泌抗肿瘤进展的作用机制还不完全明确;③中医药是否具有逆转细胞衰老和耐药性发挥抗肿瘤进展的作用?④当前缺乏中医药调控细胞衰老抗肿瘤进展的多中心、大样本、随机的循证依据。随着SASP因子抗肿瘤进展的作用及机制研究不断深入,靶向细胞衰老可能是肿瘤治疗的新视角。

利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突。