诱导细胞衰老治疗肿瘤的研究进展

细胞衰老是指细胞从一个活性的生长状态转变为不可逆转的生长停滞状态。1961年，Hayflick在体外培养成纤维细胞的研究中发现，正常二倍体细胞在体外条件下增殖分裂50～70代即进入一种衰老的状态，无法进一步传代培养，但仍然存活，这种现象被称为“Hayflick极限”，学术界称这种现象为细胞的增殖衰老或生理性衰老〔1〕。除了增殖衰老，研究者还发现细胞早熟衰老现象，即细胞在非端粒信号刺激下发生衰老，这种形式的衰老与端粒缩短无关，也与细胞增殖代数无关。细胞早熟衰老最初是由Serrano〔2〕等在研究中发现，其研究揭示：在人、鼠原代细胞中，大鼠肉瘤(RAS)基因的表达不是促进恶性转化，而是导致细胞周期阻滞;Di Micco〔3〕等进一步证实：癌基因诱导细胞衰老是由于DNA损伤监控反应过程中DNA过度复制所导致的，通过阻断DNA损伤监控可消除癌基因诱导的细胞衰老;另外，Sarkisian〔4〕等研究揭示RAS基因诱导细胞衰老与其表达量相关，低水平表达可导致肿瘤发生，而高水平表达则诱导细胞衰老;与增殖衰老不一样，细胞早熟衰老可以在DNA损伤、氧化应激、癌基因激活等因素作用下发生〔5〕。

　　肿瘤是一种典型的年龄相关性疾病，多在老年人发生。肿瘤细胞往往具有衰老障碍而表现出无限增殖的能力，最终表现为细胞周期调控机制的紊乱。分化受阻细胞表现为无限制自主的增殖和分裂，细胞也同时呈现出衰老障碍，从而导致细胞的恶性增生。细胞的永生化是肿瘤发生的前提条件，细胞衰老途径的障碍是其永生化及癌变的必要条件，肿瘤发生早期事件是细胞逃脱衰老进入永生化。肿瘤的发生常有细胞周期调控相关基因的改变，如p53、p16和Rb等基因表达或活性改变〔6，7〕;肿瘤的发生需要细胞的分裂能力远远超过Hayflick极限，细胞逃脱衰老，进入永生化。而衰老细胞进入不可逆的终末增殖停滞，细胞的衰老阻止了其永生化过程。

　　衰老和肿瘤的形成过程似乎存在着一种相互排斥、相互对立的关系，细胞的衰老可能成为阻止肿瘤形成的天然屏障。细胞除了可以通过凋亡或自杀来抑制肿瘤形成外，还可以通过衰老阻止细胞分裂，进而抑制肿瘤的发生。研究表明细胞衰老与肿瘤的发生、发展以及治疗密切相关〔8，9〕。将细胞衰老与肿瘤治疗联系在一起，形成新的思维模式;探讨细胞癌变机制与衰老过程的关系，会对肿瘤学的研究带来很多有益的启示。

　　1 细胞衰老机制与肿瘤发生

　　细胞衰老的发生机制与肿瘤的形成机制之间存在密切的相关性;近些年来的研究发现，细胞周期调控改变与细胞衰老和肿瘤的发生均密切相关〔10〕;细胞衰老涉及细胞周期调控信号因子及途径较为复杂;细胞周期的进程受细胞周期蛋白(cyclins)、周期蛋白依赖激酶(CDKs)和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制物(CDKIs)等调控因子及其之间的相互作用来调节。当细胞内DNA遭遇到损伤攻击时，可激活与G1/S 期停滞有关的P16INK4a、P21WAF1、p53和视网膜母细胞瘤蛋白(RB)等蛋白，细胞能够发生可逆的增殖停滞〔11～14〕。目前认为这些蛋白可使细胞停止增殖，进行DNA损伤修复。而衰老细胞的生长停滞是不可逆的，表明G1/S 期关卡有可能是衰老的关键调控点。其中，p21和p16在细胞衰老通路上的作用尤为重要。研究显示，p21基因的失活，可抑制人类成纤维细胞的衰老进程;同时，p53等抑癌基因对细胞周期停滞的诱导可通过其诱导p21的表达，p21则可通过抑制细胞CDK活性，从而抑制RB和转录因子(E2F)的磷酸化过程，进而诱导细胞的生长停滞〔12〕。此外，p21可以和位于细胞核里的细胞增殖核抗原(PCNA)结合，从而阻断DNA复制〔13〕。p16基因表达对于细胞衰老的维持具有重要的作用。p16选择性地抑制周期蛋白依赖激酶CDK4和CDK6，进而抑制pRb 磷酸化，使细胞停止增殖;体外培养的永生细胞系中常可见p16突变，许多细胞进入衰老时，p16均过度表达，其持续过度表达导致了细胞衰老;当年轻细胞中导入p16基因可出现衰老表型，p16反义核酸可延缓人二倍体成纤维细胞的衰老进程〔14～17〕。因此，研究者认为p16、p21是细胞衰老的关键调控基因。衰老细胞的细胞周期常阻滞于G1/S期或G2/M期，尤其是G1末期的限制性调控点“R”点的阻滞。可分裂的细胞除极少数例外，均发生复制衰老。

　　cyclins、CDKs和CDKIs等是参与细胞周期调控的主要调控因子，这些调控因子的改变与肿瘤的发生、发展密切相关;可以说“肿瘤是一类细胞周期疾病”。正常情况下，细胞周期严格地按顺序进行，必须是在完成前期后才可进入下一期;当细胞内的DNA受紫外线、化学物质等损伤后，在DNA未修复之前，细胞滞留于G 1期，不进入S期。如在S期DNA复制不完全或G2期纺缍体形成不好，则细胞无法进入M期，这就是关卡控制的意义。这样就保证了子代细胞DNA完整。肿瘤的发生就是因为这些关卡失控，使本来应停止增殖或发生凋亡的细胞中，其DNA损伤复制错误未能纠正，并使细胞不停地进入细胞周期造成恶性增生。细胞在分裂过程中有一系列避免发生错误的机制。在这类校正机制中，p16INK4a、p21WAF1、p53和RB等基因产物起相当重要之作用〔10，18〕。例如，当G1期细胞出现DNA损伤后，p53即被激活，通过启动p21的基因表达，使CDK4和CDK2的活性受到抑制，从而使细胞停滞，进行修复，不能修复者诱导其凋亡。p53或p21或两者功能都有异常时，这一途径将失去作用，使有DNA损伤的细胞能够复制，导致细胞的癌变发生。因此，细胞周期调控改变与细胞衰老和肿瘤的发生均密切相关;恶性肿瘤细胞由于具有永生化的特点，被认为存在某种程度的细胞衰老障碍。因此，细胞衰老除被认为是生物体衰老在细胞水平上的表现外，还被认为可能是体内的一种潜在肿瘤抑制机制。医学论文发表网

　　2 细胞衰老与肿瘤化疗

　　肿瘤细胞具有无限制增殖的能力，曾经一度认为肿瘤细胞已失去了进入衰老状态的能力。但近期的研究发现，肿瘤细胞在一定条件下(遗传学的操作、化疗药物、电离辐射以及促分化剂等)可以被诱导而进入衰老状态;在许多肿瘤细胞系的化疗研究中发现，小剂量的化疗药物即可以诱导肿瘤细胞(如结肠癌细胞系HCT116、乳腺癌细胞系MCF?7 和卵巢癌细胞系A2780等)发生衰老样变化〔14，19，20〕。另外，Lowe等人对荷瘤小鼠进行化疗研究中发现，化疗药物能引起肿瘤细胞发生衰老变化，且衰老细胞的表达率与预后密切相关，结果表明：细胞衰老通路正常与否直接影响化疗效果〔21〕。Te Poele等对乳腺癌患者术前接受化疗的标本进行衰老相关β?半乳糖苷酶染色，发现化疗药物可诱导乳腺癌细胞发生衰老变化，同时p53及p16INK4a表达均增高，而在未经化疗药物治疗的肿瘤组织及瘤周正常组织中表达相对较低〔20〕。清楚地了解这些基因表达情况及其调控机制将有助于制定新的肿瘤化疗方案，以提高治愈率和降低副作用。目前认为，化疗药物引起的细胞增殖周期停滞与DNA损伤有关，如果化疗引起的DNA损伤不能修复，即启动细胞衰老或凋亡机制。但是，化疗导致肿瘤细胞发生衰老变化，以及这种细胞衰老变化对化疗效果的影响作用往往被忽视。目前的研究多数集中在阐明肿瘤细胞凋亡抵抗与化疗的关系上，凋亡通路障碍被认为与化疗耐药相关;但在实际的化疗过程中，凋亡异常并不能解释肿瘤细胞的异常增殖。事实上，有研究表明加入半胱氨酸蛋白酶抑制剂阻断细胞凋亡通路，可导致细胞发生衰老或其他类型的细胞死亡〔22〕。

　　3 诱导肿瘤细胞衰老与肿瘤治疗

　　通过诱导肿瘤细胞的衰老，从而阻止肿瘤细胞无限制增殖，是一种非常有探索性、有前景的肿瘤治疗方法。然而，由于肿瘤细胞中端粒酶的激活，使得学术界普遍认为肿瘤细胞存在衰老障碍，而很难在衰老方面取得疗效，因此，这方面的研究一直比较少。细胞早熟衰老现象的发现为肿瘤治疗带来了新的希望，这种形式的细胞衰老可以不通过端粒而使细胞衰老。近几年，研究者们在这方面做了有益的尝试;在基因治疗方面，发现CDKN2a(p16INK4a)、TP53、pRB、CDKN1a(p21WAF?1/Cip1)、p57、p63、p73 等基因的导入，或E2F的RNA 干扰可以促使肿瘤细胞衰老，从而达到治疗的目的。传统肿瘤的治疗方式如放疗、化疗等，主要是通过使肿瘤细胞死亡而实现治疗目标，其优势在于具有较好的近期疗效，即肿瘤包块的迅速缩小，但由于转移与复发等不良情况的发生，使得传统肿瘤治疗模式的疗效并不尽如人意。与此相应，衰老的肿瘤细胞并不立即死亡，甚至可以在较长的时间内仍具有存活力，但却失去了增殖与转移的能力，这样的特性使得以细胞衰老为靶标的治疗在缩小肿瘤方面的作用并不是很强，但却可以带瘤生存的方式显著延长肿瘤患者的生存时间，而且不良反应没有传统化疗与放疗那么大。因此，恢复肿瘤细胞的衰老通路，诱导肿瘤细胞的衰老是一个很有研究前景的新的肿瘤终极治疗靶标〔23〕。

　　4 诱导细胞衰老治疗肿瘤中存在的问题医学论文发表网

　　诱导细胞衰老的方法在实际应用中也存在着许多问题。首先，衰老的肿瘤细胞尽管不能增殖，但它们仍保留着代谢活力，可产生具有抑制和促进肿瘤生长活性的蛋白质，能够以旁分泌的形式影响邻近肿瘤细胞的增殖，促进肿瘤生长。研究发现，衰老细胞表达的促进肿瘤生长因子部分是由衰老相关的CKI(如p21WAF1)所诱导。其次，衰老细胞往往具有凋亡抗性，能够通过过度表达 Bcl?2 而抵抗凋亡，故不容易清除而在人体长期存活。目前，细胞衰老与肿瘤发生和治疗关系的研究还刚刚起步，许多与衰老相关的基因还未被克隆。诱导细胞衰老作为一种有应用景的肿瘤治疗方向，还需要进一步的研究探讨。
　5 结束语

　　虽然细胞衰老和肿瘤的发生在分子和细胞水平，是个截然不同的生命现象，但是细胞增殖衰老的紊乱则最终导致细胞生长失控，细胞衰老的停滞主要发生在G1期，而G1期也是人类肿瘤突变最常见的。因此确定衰老相关基因，以及通过诱导肿瘤细胞重新获得衰老，对于肿瘤抑制的研究具有重大意义。细胞衰老已经成为新的终极肿瘤治疗靶标之一，开展诱导细胞衰老治疗肿瘤的相关研究具有积极的意义。