衰老微環境對腫瘤發生發展的影響及其機制

努爾斯曼古麗·買買提明 綜述；張莉 審閱（新疆醫科大學 第一附屬醫院 綜合內一科，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衰老的過程，通常表現為結構和機能衰退、適應性和抵抗力減退[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，隨著對衰老的復雜性和其微環境的深入研究，發現衰老不僅僅抑制腫瘤發生和進展，在一定條件下衰老是腫瘤進展和轉移的重要危險因素[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境是調控腫瘤發生發展的“罪魁禍首”，這一結論進一步解釋了對衰老宏觀定義上的爭論。機體組織微環境由多種成分組成，主要包括內皮細胞、免疫細胞、成纖維細胞及細胞外基質等。隨著微環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境[5]。相關研究[6]表明，衰老微環境會促使衰老相關分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）、細胞外基質（extracellular matrix，ECM）剛性增加及免疫細胞功能降低，從而誘導了惡性腫瘤的發生和發展，然而其通過何種機制發揮作用尚未明確。本文中總結了衰老微環境對腫瘤發生發展的影響及其機制，為惡性腫瘤的治療提供新思路。

1 SASP促進腫瘤的發生發展

衰老微環境中常伴有多種細胞因子表達的上調和細胞分泌能力的增強，即為SASP[7]。SASP被認為是調控衰老微環境的重要因素之一，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。衰老細胞的微環境不但能刺激相鄰細胞發生病變，而且可以抑制腫瘤的發生和促進受損組織修復，因此認為SASP在腫瘤發生發展中具有雙向調節作用[8]。正調節作用方面，一些SASP 因子能加強衰老細胞的生長阻滯、促進免疫系統清除衰老細胞、抑制纖維變性；負調節作用方面，SASP中的基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）能破壞衰老細胞形態，SASP中的某些趨化因子可以抑制衰老微環境中促癌基因的表達，從而促使組織早期腫瘤的發生[9]。另外，衰老微環境中成纖維細胞也會分泌SASP，破壞正常組織結構，促進上皮間質轉化（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的轉基因小鼠乳腺癌中，IL-6 協同HER2 促進腫瘤演進，阻斷IL-6信號轉導會抑制乳腺癌演進，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 大部分發揮的都是促進慢性炎癥、促衰老及加速腫瘤發展等作用[12]，故如何抑制SASP的產生和分泌將有助于延緩衰老和衰老相關腫瘤的發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，例如復制性衰老或應激性衰老的人和小鼠成纖維細胞持續分泌MMP，特別是MMPl 和MMP3。MMP 可以降解細胞外基質成分，對腫瘤的侵襲和轉移起到促進作用[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生改變。SASP并不是一成不變的，它的成分和功能受誘導機制影響，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境的作用，并與調控免疫細胞進出相關；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，衰老細胞出現累積，SASP在“自體/旁分泌衰老”的作用下持續分泌，從而導致衰老加速及發生腫瘤等年齡相關疾病。例如，細胞因子白細胞介素（如IL-6、IL-8）的過度分泌會引發老年人全身慢性炎癥，并進一步形成免疫抑制環境，導致腫瘤發生風險增加；MMP可以破壞ECM和基底膜，幫助腫瘤細胞侵襲與轉移；血管內皮生長因子可以通過生成血管促進腫瘤轉移；而部分生長因子可以直接促進腫瘤細胞增殖[16]。

SASP 在體內的作用取決于其所處衰老微環境，其在不同時期可能產生不同的SASP成分，并對機體產生有益或有害的影響[17]。目前，衰老微環境中SASP 相關的研究存在著局限性。許多腫瘤相關的研究仍然關注單個SASP因子并分析其直接作用，缺少對整體微環境中的綜合分析。在實驗模型的選擇上，癌基因誘導的SASP 由于具有簡捷、快速的優勢更受大部分研究者青睞，但癌基因激活途徑誘導的SASP 是否能代表衰老的實際情況仍有待進一步確認。

1.2 SASP成分促腫瘤發生發展的主要機制

研究[13]表明，在老年惡性腫瘤患者中，其衰老微環境大量的原致癌性成分，進一步增加腫瘤的侵襲力，從而導致更差的預后。SASAKI 等[18]證實，在衰老微環境中，SASP刺激衰老細胞增殖和癌前細胞轉化，從而促進腫瘤的發生和發展。SASP具有多種表現形式，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化[21]。ORTIZ等[22]研究表明，單獨用衰老條件培養液（senescence-conditioned medium，SCM）可誘導腫瘤細胞發生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，衰老微環境中IL-8 的表達增高，并與腫瘤分級及晚期腫瘤預后不良相關。IL-8 在黑素瘤、結腸癌、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，衰老微環境中存在大量的IL-8，這些IL-8通過下調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]。靶向調控IL-8 及其相關分子及信號通路聯合抗腫瘤藥物來改變衰老微環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的重要調控因子，主要通過與細胞膜表面的IL-1α 受體結合，從而對靶細胞產生調節作用。研究[26]表明，干擾衰老微環境中IL-1α 的表達可顯著減少微環境中IL-6 和IL-8 的分泌。此外，白介素-1 受體相關激酶1（IL-1 receptor associated kinase，IRAK1）也可以調節SASP的分泌。IRAK1 是IL-1α/IL-1R 信號通路關鍵部分，當IL-1α 與IL-1R 結合時，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（DNA damage response，DDR）也被認為是促進衰老微環境分泌促癌SASP的重要機制。在衰老微環境中，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 可以刺激衰老微環境分泌SASP，進一步促進全身慢性炎癥環境的生成[29]。SASP 的產生和維持需要某些DDR 蛋白質，包括共濟失調毛細血管擴張性突變蛋白激酶（ataxia telangiectasia-mutated gene，ATM）、NBSl 基因的編碼產物Nbsl和蛋白H2AX、CHK2等。在持續性DNA 損傷導致的衰老中，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，從而促進衰老微環境中惡性表型的轉化，并誘導腫瘤細胞的增殖和侵襲[30]。

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

2 衰老微環境通過ECM促進腫瘤的發生發展

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、蛋白質或蛋白聚糖。這些物質構成復雜的網架結構，支持和連接組織，并通過一些信號轉導通路來影響衰老微環境的形成及其功能[35]。DI 等[36]采用dECM 技術來研究ECM與衰老之間的關系，結果表明，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增殖能力。EBLE等[37]報道，ECM通過整合素影響活性氧（ROS）的產生。隨著年齡的增長，細胞-ECM 不斷相互作用有可能導致ROS 的增加，ROS 通過直接破壞線粒體DNA 或與端粒酶逆轉錄酶的修飾協同作用來促進衰老微環境的形成；衰老微環境則進一步分泌SASP，從而導致腫瘤的發生。衰老微環境和ECM 之間具有動態的相互作用，衰老誘導的MMP 和纖連蛋白分泌的增加可能會導致ECM 和微環境的重塑，以及與細胞硬度相關的細胞惡行生物學改變[38]。大部分學者認為這種動態作用會提高ECM 剛性，形成更適合腫瘤發展的僵硬衰老微環境。這種僵硬的衰老微環境改變使纖連蛋白或者透明質酸（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，造成了基質密度和較遠交聯的減少，而這種現象已被證明是導致黑色素瘤進展和轉移的主要原因；該過程主要通過Rho家族介導下游胞內PI3K/AKT通路激活，促進衰老微環境中細胞的進一步衰老[39]。Rho家族還可以激活MMP重塑微環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介導的細胞內信號通路可以作用于微環境，促使纖維排列增加，而這種基質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。衰老微環境也可以進一步促進ECM的膠原沉積，從而增加微環境的硬度，形成局部的缺氧微環境，導致惡行腫瘤的發生[42]。衰老微環境中ECM的生物學作用在腫瘤惡性生物學行為過程中的作用不斷受到關注,提示在關注衰老微環境中SASP的重要作用時,也需要加強對衰老微環境的物理特性的重視。目前關于衰老微環境中ECM介導腫瘤轉移的機制研究不夠深入,很多問題仍有待解決。

3 衰老微環境通過免疫機制促進腫瘤的發生發展

腫瘤免疫微環境（TME）是指腫瘤細胞存在的周圍微環境，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。腫瘤和周圍環境密切相關，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境，促進腫瘤的血管生成和誘導免疫耐受，而微環境中的免疫細胞可影響癌細胞增長和發育[43]。大量的研究已證實，微環境衰老是腫瘤發生的獨立危險因素之一。衰老微環境表現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境[44]。

髓系來源抑制細胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）、腫瘤相關巨噬細胞（tumor associated macrophage，TAM）和調節性T（regulatory，Treg）細胞作為體內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]發現，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境的功能，導致機體全身慢性炎癥的形成。這種慢性炎癥導致了免疫細胞的轉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。年齡誘導的免疫衰老主要發生在效應T 細胞和其他對腫瘤免疫至關重要的免疫細胞類型中，據推測，這些變化可能導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移易感性的關鍵[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境，促進了免疫逃逸過程。衰老微環境中信號轉導與轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）可以調節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 激活免疫監視，從而抑制腫瘤的生長[48]。

衰老微環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，衰老微環境導致免疫細胞對抗原刺激的反應下降，削弱了機體對體內外抗原反應的免疫應答能力和免疫監視能力，從而導致了炎癥因子、生長因子等分泌增加，衰老炎性微環境誘導腫瘤細胞的EMT，促進腫瘤細胞的增殖、遷移、侵襲和轉移[50]?？偠灾?，隨著衰老微環境對腫瘤發生發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 衰老微環境影響腫瘤發生發展的機制對腫瘤治療的啟示

過去的相關研究中，衰老相關的抗腫瘤研究主要都集中在細胞衰老層面上，未對整體微環境進行評估和檢測，誘導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、化療及靶向治療導致機體中殘留大量的衰老細胞，導致衰老細胞不斷地累積，促進衰老微環境的形成，增強SASP 分泌及免疫細胞的衰老，從而導致了腫瘤轉移及對治療耐藥[51]。因此，認為衰老微環境及其對腫瘤發生發展的作用機制對腫瘤治療產生了新的啟示。

近年來有研究提出了“衰老療法”。該療法是首先通過放、化療誘導腫瘤細胞發生衰老，并發揮抑癌作用，再通過輔助藥物清除微環境中的衰老細胞、抑制SASP的分泌，有效避免了衰老微環境中產生腫瘤負調控作用。進一步通過體內實驗證實，清楚小鼠體內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]。在此基礎上的研究發現，酪氨酸激酶抑制劑達沙替尼聯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衰老細胞，該藥物已經在體內外實驗取得了較好的結果，并以進入Ⅱ期臨床試驗，具有潛在的應用前景[52]。除此之外，目前大量的研究者致力于研發抗衰老微環境相關的藥物，并取得了一定的成績[53]。相信隨著對衰老微環境相關研究的深入，干預腫瘤細胞衰老療法有望成為腫瘤綜合治療的重要手段。

5 結論

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