细胞衰老与肿瘤治疗及中医肾理论(一)
【关键词】细胞衰老肿瘤中医肾理论
与细胞增殖、分化、凋亡一样,细胞衰老(cellsenescence)也是细胞的基本活动之一。
细胞衰老现象最初为Hayflick在正常成纤维细胞的体外培养中观察到,发现正常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,细胞丧失继续增殖的能力无法进一步传代培养,但仍然存活,这种现象被称为“Hayflick极限”。
细胞衰老与肿瘤有着密切的关系,细胞衰老是机体防御肿瘤形成的主要屏障之一。
2005年,多家研究机构在专业杂志发表研究成果表明,在K-rasV12癌基因、p-ten敲除、BRAF突变等因素诱导肿瘤形成的过程,如果同时有细胞衰老的发生,肿瘤发病的几率大为减低；而在形成肿瘤的细胞中,几乎都存在一定程度的衰老障碍,特别是端粒酶的激活；肿瘤细胞衰老的能力还与治疗效应密切相关。
1细胞增殖衰老
目前,学术界将Hayflick发现的由于细胞增殖代次增加引起的衰老命名为增殖衰老(replicativesenescence),这种现象同样存在于体内,尽管发现时日已久,但直到近年才取得大的进展。
细胞增殖衰老在分子水平主要与染色体末端的端粒(Telomer)以及相关的TP53→CDKN1a→pRB→E2F信号通路相关；端粒的作用是维持染色体在复制过程中的结构完整性,正常细胞以每分裂1次丢失约100bp的速度逐渐丢失端粒末端的序列,当端粒缩短到无法维持复制染色体结构的完整性时(约50～70代),缩短的端粒即可激活TP53→CDKN1a(p21WAF-1/Cip1)→pRB→E2F信号通路,缩短的端粒可以激活p14ARF,p14ARF可以抑制促进TP53降解的Mdm2而使TP53稳定并激活；另一个激活TP53的蛋白是抑癌基因PMLpromyelocyticleukemia),PML可以使TP53乙酰化而激活。
此外,PTEN、NPM、p33ING1等基因也可以在蛋白水平调节TP53的活性；激活的TP53可以促进多种基因的表达,其中最为重要的CDKN1a(p21WAF-1/Cip1)的表达,CDKN1a(p21WAF-1/Cip1)可以抑制CDK2/CyclinE复合物的活性,从而使pRB蛋白转化为非活性形式的低磷酸化(hypophospho-rylated)或去磷酸化(dephosphorylated)状态,低磷酸化的pRB与E2F转录因子结合,使得E2F不能激活细胞周期必需的基因表达,进而使细胞停滞于G0/G1期,无法进入S期启动染色体的复制以完成增殖活动1-2]。
2细胞早熟衰老
除增殖衰老,近年还发现早熟衰老(prematuresenescence)现象,即细胞在DNA损伤、氧化应激(oxidativestress)或特定基因激活等非端粒信号的刺激下发生衰老,这种形式的细胞衰老与端粒的缩短无关,也与细胞的具体增殖代次无关,故称早熟衰老；因不同研究者的缘故,早熟衰老曾经被称为加速衰老(acceleratedsenescence)、应激或异常信号诱导衰老(stressoraberrantsignaling-inducedsenescence,STASIS)或外在衰老(extrinsicsenescence)2-3],这些不同的命名也提示了细胞衰老领域研究的活跃。
细胞早熟衰老的发生与TP53→CDKN1a(p21WAF-1/Cip1)→pRB→E2F或CDKN2a(p16ink4A)→pRB→E2F信号通路的激活相关,其中TP53→CDKN1a→pRB→E2F通路的激活始于ATM(ataxiatelangiectasia-mutated)等基因对损伤DNA的探测,进而以磷酸化的形式激活TP53；CDKN2a(p16ink4A)是CDK4、CDK6活性的抑制剂,CDK4/6/CyclinD复合物可以使pRB磷酸化并通过E2F的作用激活细胞周期必需基因的表达而完成细胞周期,激活的CDKN2a(p16ink4A)通过抑制CDK4/6/CyclinD活性而阻止pRB 的磷酸化,低磷酸化非活性形式的pRB可以与E2F结合,使得E2F不能激活细胞周期所必需的基因表达,从而使细胞停滞于G0/G1期无法进入S期启动染色体的复制完成细胞周期4]。
尽管早熟衰老与增殖衰老发生的机制迥异,但二者都具有一些共同的特征,如细胞形态的扁平、细胞周期的阻滞以及SA-β-Gal酶(senescence-associatedβ-galactosidase)活性的增强等,但二者在基因表达谱上有一定的差异5],提示二者的信号通路与生物学功能并不完全一致。
3细胞衰老与肿瘤治疗
促使癌细胞衰老是肿瘤学家梦寐以求的结果,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,来自不同地域研究者们在这方面作了有益的尝试。
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,细胞衰老正在成为肿瘤治疗新的靶标1,6-7]。
传统肿瘤的治疗方式如放化疗等,主要是通过使肿瘤细胞死亡凋亡或丝裂灾难(miototiccatastrophe)]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,细胞衰老是一个很有研究前景的新的肿瘤终极治疗靶标1,5]。
中医药治疗肿瘤有悠久的历史,广泛的临床实践证明,虽然中医药治疗肿瘤的近期疗效并不令人满意,但在延长肿瘤患者特别是晚期肿瘤患者的生存时间方面具有独到的疗效,在临床上表现为带瘤生存。
这提示中药在促使肿瘤细胞凋亡方面的作用可能不是很强,而可能是通过诱导肿瘤细胞衰老而达到治疗目的的。
4中医肾理论与细胞衰老
细胞衰老是现代生命科学中兴起的新的研究领域,在传统中医理论中没有相关的记载。
在机体衰老方面,肾虚衰老一直占主导地位,肾为先天之本,肾主藏精,肾精直接关系到人体的生长、发育、生殖和衰老,《素问·上古天真论》中“丈夫八岁,肾气实,发长齿更……五八,肾气衰,发堕齿槁”详尽论述了肾气盛衰与人之寿夭的关系。
虽然人体衰老的规律并不能简单地应用于细胞衰老,但可以作为线索探索补肾与细胞衰老的关系。
我们的初步研究发现,补肾可以影响WI38细胞衰老的进程,并与细胞衰老相关基因TP53、CDKN1a(p21WAF-1/Cip1)、CDKN2a
(p16ink4A)转录与表达相关；补肾可以影响胚胎干细胞CRL-1825增殖、衰老等生命活动,并与Wnt、Oct4、CDKN2a(p16ink4A)等基因相关8-11],因此,可以认为肾在微观领域与细胞衰老密切相关。