免疫原性细胞死亡与细胞衰老在癌症免疫治疗中的关系

《Life》：The Relationship Between Immunogenic Cell Death and Cellular Senescence in Cancer Immunotherapy

　　

摘要专业翻译 尽管抗癌疗法取得了快速进展，全球范围内的癌症发病率和死亡率仍然居高不下。虽然免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors, ICIs），包括抗PD-1/PD-L1和抗CTLA-4疗法，通过利用宿主抗肿瘤免疫改变了癌症治疗，但其疗效仍局限于部分患者群体，这主要是由于肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）的复杂性所致。本综述探讨了药物诱导的免疫原性细胞死亡（immunogenic cell death, ICD）和药物诱导的衰老作为克服这些局限性并增强免疫治疗反应的互补策略。研究人员进一步强调了证据表明，能够诱导ICD的药物在以较低浓度长期给药时，可能反而促进细胞衰老，这表明这些不同的细胞结局可由药物剂量和治疗持续时间决定。这种剂量和时间依赖的关系提示，同一药物的治疗应用可能需要根据患者的病情和肿瘤分期进行优化。总体而言，本综述提供了一个关于选择性利用ICD和衰老诱导来增强抗肿瘤免疫、改善治疗结局并增强对现有ICIs协同反应的综合视角。

论文主体内容总结

1. 引言

癌症仍是全球主要死因之一。2022年全球报告约2000万新发癌症病例和970万癌症相关死亡。预计到2050年，新发病例数将达约3500万。近年来，癌症治疗已从传统细胞毒性药物发展到靶向疗法和免疫疗法。与传统化疗和靶向治疗不同，癌症免疫疗法利用患者自身免疫系统在肿瘤微环境（TME）内产生抗肿瘤反应，通常毒性较低且可提供持久的抗肿瘤效果。然而，由于TME的复杂性和异质性，只有部分患者能从免疫检查点抑制剂（ICIs）中获益。根据TME中CD8⁺ T细胞的浸润和炎症程度，肿瘤被分为热肿瘤（T细胞浸润且发炎）和冷肿瘤（无T细胞浸润且不发炎）。大量研究聚焦于通过重编程TME或将冷肿瘤转化为热肿瘤来增强免疫治疗效果。在此背景下，药物诱导的免疫原性细胞死亡（ICD）和药物诱导的衰老是两种能够通过T细胞激活刺激抗肿瘤免疫的重要方法。值得注意的是，某些化疗药物（如阿霉素）可根据剂量和治疗时长诱导不同的细胞反应：低剂量倾向于促进人类癌细胞衰老，而高剂量则诱导ICD。

2. ICD与免疫治疗

ICD是一种在接受特定化疗药物（如阿霉素、米托蒽醌和5-氟尿嘧啶）、光动力疗法和放疗后，引发协调性先天性和适应性免疫应答的细胞死亡形式。

2.1. ICD的代表性标志物

经历化疗诱导ICD的癌细胞表面暴露钙网蛋白（calreticulin, CRT），并释放损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns, DAMPs）作为细胞内危险信号，从而促进抗原呈递细胞（APCs），特别是树突状细胞（DCs）的招募和成熟。CRT是一种主要的驻留在内质网（ER）的伴侣蛋白，当暴露于细胞表面时可作为免疫原性的“吃我”信号。ICD相关的DAMPs还包括三磷酸腺苷（ATP）和高迁移率族蛋白B1（high mobility group box 1, HMGB1）。细胞外ATP通过与DCs上的P2RX7受体结合发挥“找我”信号作用，激活NLRP3炎症小体，诱导IL-1β的产生。HMGB1是一种非组蛋白染色质蛋白，释放后可与多种模式识别受体结合，包括晚期糖基化终末产物特异性受体（AGER/RAGE）和Toll样受体4（TLR4）。CRT暴露和DAMP释放是体外鉴定潜在ICD诱导剂最常用的分子标志物，但仅凭这些标志物不足以证明功能性ICD已被诱导。

2.2. ICD的信号通路

ICD诱导剂通常会对靶细胞施加内质网应激。在内质网应激下，未折叠蛋白会隔离内质网腔伴侣GRP78/Bip，激活三个内质网跨膜应激传感器：肌醇需求酶1α（IRE1α）、蛋白激酶RNA样内质网激酶（PERK）和激活转录因子6（ATF6）。其中，PERK在ICD相关的CRT暴露中起关键作用。活化的PERK磷酸化其底物真核翻译起始因子2α（eIF2α），进而促进激活转录因子4（ATF4）的翻译，诱导C/EBP同源蛋白（CHOP）这一关键促凋亡因子的表达。同时，eIF2α磷酸化后伴随部分caspase-8激活和Bap31的切割，进而激活Bax和Bak。CRT向细胞表面的易位需要顺行性内质网-高尔基体运输，随后是SNARE依赖的胞吐作用。在ICD过程中，表面暴露的CRT作为“吃我”信号促进DCs吞噬垂死的癌细胞。同时，释放的DAMPs促进DCs的活化和成熟标志物的上调，活化的DCs分泌促炎细胞因子并启动肿瘤特异性CD8⁺ T淋巴细胞，最终促进IFNγ的产生和癌细胞的清除。

2.3. 用于癌症免疫治疗的ICD诱导剂的开发

开发ICD诱导剂是将免疫学“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤并增强与癌症免疫疗法协同作用的有效策略。然而，许多已知诱导ICD的化疗药物是第一代抗癌药，缺乏对癌细胞的选择性，伴有显著毒性和不良反应。为提高ICD诱导的安全性和有效性，已有研究探索结构修饰以减少所需药物剂量以及基于纳米技术的靶向递送策略。尽管如此，大多数ICD诱导剂仍处于早期研究阶段，尚未适用于常规临床应用。

3. 药物诱导的衰老与免疫反应

药物诱导的衰老是癌细胞中一种治疗诱导的早衰形式，代表了一种新兴的抗癌策略，其非特异性毒性可能低于传统的细胞毒性药物。细胞衰老的特征是稳定、不可逆的细胞周期停滞，主要通过p53/p21^WAF1/CIP1和p16^INK4A/pRB肿瘤抑制通路介导。衰老的癌细胞不仅发生不可逆的细胞周期停滞，还通过衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）影响邻近肿瘤细胞并招募免疫细胞。

3.1. 药物诱导衰老的机制：SASP和cGAS-STING信号通路

衰老细胞表现出由SASP定义的促炎表型，包含促炎细胞因子和趋化因子、生长因子以及细胞外基质重塑因子。SASP的产生部分由环GMP-AMP合酶（cGAS）-STING信号通路驱动的核因子κB（NF-κB）激活所介导。在细胞衰老过程中，受损的双链DNA（dsDNA）在细胞质中积累，被cGAS识别为DAMP。活化的cGAS合成环GMP-AMP（cGAMP），后者结合STING并诱导其构象激活和从内质网到高尔基体的易位。STING随后招募TBK1和IKK，分别激活IRF3和NF-κB，从而促进I型干扰素和炎性细胞因子的产生。

3.2. SASP介导的药物诱导衰老与肿瘤细胞免疫治疗的协同作用

SASP招募CD8⁺ T细胞和自然杀伤（NK）细胞，并调节巨噬细胞极化，从而促进衰老肿瘤细胞的清除。然而，衰老肿瘤细胞产生的SASP也可能调节治疗反应，既可抑制也可促进肿瘤形成。因免疫清除效率低下而持续存在的衰老细胞，其积累和SASP因子的持续分泌可建立慢性炎症微环境，促进肿瘤细胞增殖、侵袭、血管生成和治疗后复发。因此，SASP的治疗性开发需控制衰老状态的持续时间并考虑其潜在的促肿瘤效应。

4. TME中的药物诱导ICD与衰老

研究表明，使用第一代抗癌药物诱导ICD是促进冷肿瘤向热肿瘤转化的策略之一。然而，许多ICD诱导剂对正常细胞也有毒性。值得注意的是，同一种抗癌药物在高浓度短时间处理下可诱导细胞毒性ICD，而在低浓度长时间处理下则可诱导药物诱导的衰老，同时减少毒性并仍能刺激免疫反应。

4.1. 特定化疗药物根据浓度和处理时长触发ICD和衰老

该部分详细列举了多种化疗药物在不同剂量和时间条件下诱导ICD或衰老的具体实例，包括阿霉素、米托蒽醌、环磷酰胺、硼替佐米、紫杉醇、5-氟尿嘧啶、放线菌素D、奥沙利铂、白藜芦醇、多西他赛、汉黄芩素和紫草素。例如，阿霉素在25 μM处理24小时下诱导CT26结肠癌细胞ICD，而在0.1 μM处理4-8天下诱导HCT116结肠癌细胞衰老。这些例子共同说明了药物剂量和治疗时长是决定细胞命运的关键因素。

4.2. ICD相关药物在调节免疫反应中的双重作用

高剂量化疗可引发有效的抗肿瘤反应并可能改善晚期癌症患者的生存，但受限于其细胞毒性。相比之下，低剂量治疗可通过持续抑制细胞增殖诱导细胞衰老，可能降低慢性治疗相关毒性并支持长期生存。同一药物在高剂量短时间条件下可诱导ICD，或在低剂量长时间条件下诱导衰老。然而，这些研究是在不同的癌细胞类型、不同的治疗方案和实验条件下进行的，并非在匹配的实验设置下的直接比较。尽管如此，现有数据表明，在某些实验环境中，低剂量给予已确立的ICD诱导剂可能促进药物诱导的衰老和SASP相关的促炎信号传导，从而有助于抗肿瘤免疫反应。虽然ICD和衰老在生理结果上存在根本差异，但两者都能增强抗肿瘤免疫力，因此可能与免疫疗法产生协同作用。

5. 结论

尽管免疫疗法能取得显著抗肿瘤效果，但在非免疫原性TME的患者中疗效有限。因此，需要将免疫学“冷”肿瘤转化为“热”肿瘤的策略。ICD是一种可行的方法，但其固有的细胞毒性限制了其广泛应用。药物诱导的衰老是增强肿瘤免疫原性的替代策略。已确定的ICD诱导剂在高浓度下可促进细胞毒性ICD，但在低浓度下可诱导生长停滞的细胞衰老。药物诱导的ICD或衰老反映了药物浓度、治疗时长以及细胞或模型特异性易感性之间的相互作用。这些观察结果提示，可以根据患者的病情和肿瘤分期调整治疗剂量和暴露时间。总体而言，药物诱导的ICD和衰老是与癌症免疫疗法具有协同潜力的互补策略。