细胞衰老是机体衰老和癌症的标志之一，它是一个动态的生物学过程，能够稳定的阻止损伤细胞或者癌变细胞的增殖。癌基因诱导的衰老（oncogene-induced senescence, OIS）会导致细胞退出正常的细胞周期，这是由一些抑癌基因来调控，比如p53和p16，这个过程阻止了这些损伤细胞发展为肿瘤细胞【1,2】。
衰老细胞在面对不同的环境压力时会分泌许多细胞因子、趋化因子、蛋白酶或者其他生物活性分子，共同组成衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）【3,4】。这些因子能够招募免疫细胞清除衰老细胞，阻止衰老细胞向肿瘤细胞的发展。但是，当衰老细胞不断增加时，SASP的大量增加反而会对组织结构和功能产生伤害，导致一些衰老相关病变的发生，也包括癌症。因此，衰老细胞和肿瘤细胞共同进行皮下成瘤实验时，反而促进了肿瘤的发展【5】。不过，在体内研究中，因为缺乏特异性的标记基因，衰老的相关研究陷入困境。目前，对于衰老细胞的鉴定，主要是通过CDK（cyclin-dependent kinase）抑制因子p16或者p21的表达升高来确定【6】。已有研究显示，小鼠肿瘤模型中有p16表达细胞的出现，但这些衰老细胞通过怎样的机制调控肿瘤发展还是未知的。
2023年6月1日，来自美国梅奥医学中心的Darren J. Baker带领团队在Cancer Cell杂志发表了文章Senescent alveolar macrophages promote early-stage lung tumorigenesis，他们通过小鼠自发成瘤模型鉴定了肿瘤发展中的一群衰老细胞——一个特殊的巨噬细胞亚群，这群衰老细胞对于肿瘤发展至关重要，靶向抑制这群衰老细胞的发展能够抑制肿瘤细胞的进展。
研究人员选用了KrasG12D突变自发成瘤小鼠检测衰老细胞，发现在肺部病变组织中，衰老相关基因p16、p21以及OIS标志基因Dec1，促炎因子Il6、Tnfα、Tgfβ等都表达升高，说明Kras肺部病变组织中有衰老细胞的产生，这个结果也通过SA-β-Gal（senescence-associated β-galactosidase）实验得到了验证。
研究人员构建了p16敲除小鼠并与Kras小鼠杂交，发现p16敲除后肺部病变形成变少了，说明p16表达的细胞可能促进了Kras小鼠肺部病变的形成。接下来，研究人员构建了一种转基因小鼠，命名为INK-ATTAC，这种小鼠采用AP20187（AP）干预时能够选择性清除p16阳性衰老细胞。研究人员构建了INK-ATTAC和Kras小鼠的杂交鼠，通过AP干预选择性清除p16阳性细胞，发现AP处理减少了Kras小鼠病变区域SA-β-Gal阳性细胞的数量以及p21阳性衰老细胞的数量。
另外，由于肿瘤细胞以及衰老细胞大量表达BCL2家族蛋白，进而产生了促增殖抑制凋亡的表型，因此它们对ABT263比较敏感。分别对野生小鼠以及ATTAC; Kras小鼠使用ABT263，能够在小鼠肺部病变组织引起细胞凋亡，减少腺瘤的数量，其作用效果与AP作用效果相当。不过，联合使用ABT263和AP并没有引起更多的腺瘤减少效果，其效果与单独使用两种药物相当，说明这两种药物的作用都是通过清除衰老细胞来实现的。这个结果在p16或者p21敲除小鼠中得到了同样的验证。这些实验结果都表明，衰老细胞促进了肿瘤的进展，清除这些衰老细胞能够抑制肿瘤的进展。
接下来，研究人员试图鉴定这群衰老细胞的具体类别。首先研究人员发现，AP处理明显降低了含有X-Gal的免疫细胞的数量。紧接着，研究人员对Kras小鼠的肺部病变组织进行了单细胞测序。结果显示，组织驻留的肺泡巨噬细胞（alveolar macrophages, AMs）具有高水平的Cdkn2a（p16）表达，这群细胞同时具有Siglec-F+、Marco+、Mrc1+、Cd80+、Itgax+和Adre1+的特征。其它类型巨噬细胞以及其它免疫细胞中Cdkn2a表达水平都比较低。
进一步的单细胞测序分析显示，AMs中cluster 2/3中p16的表达水平最高，同时，这两群细胞中也表达一些SASP相关基因，比如Spp1、Igf1、Ctsd以及Ctsb等，另外，这两群细胞中也表达一些和衰老相关的基因，比如增殖负调控基因Ctnnb1等。这些结果表明，这两群组织驻留巨噬细胞是在肿瘤中发挥重要作用的关键衰老细胞。
研究人员还通过分析单细胞测序数据，找到了这两群细胞中特异表达的一个细胞表面因子CXCR1。通过免疫荧光试验发现，在肺部病变形成的早期，CXCR1高表达细胞便开始出现并扩增，AP处理或者p16敲除都降低了CXCR1高表达细胞系的数量，减缓了肺部病变的程度。另外，研究人员还发现，自然衰老的小鼠中，CXCR1高表达巨噬细胞数量在不断增加，CXCR1可作为衰老巨噬细胞的一个marker。
最后，研究人员发现，清除CXCR1高表达衰老巨噬细胞能够促进细胞毒性T细胞的增殖，进而抑制肿瘤的进展。
综上所述，研究人员鉴定了肿瘤发展过程中关键的一群衰老巨噬细胞，这群巨噬细胞具有CXCR1高表达的特性，能够抑制细胞毒性T细胞的增殖，促进肿瘤进展。靶向清除这群衰老巨噬细胞能够抑制肿瘤的进展，为肿瘤治疗提出了新的策略。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ccell.2023.05.006
参考文献
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4. Tasdemir, N., Banito, A., Roe, J.S., Alonso-Curbelo, D., Camiolo, M., Tschaharganeh, D.F., Huang, C.H., Aksoy, O., Bolden, J.E., Chen, C.C., et al. (2016). BRD4 connects enhancer remodeling to senescence immune surveillance. Cancer Discov. 6, 612–629.
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6. Liu, J.Y., Souroullas, G.P., Diekman, B.O., Krishnamurthy, J., Hall, B.M., Sorrentino, J.A., Parker, J.S., Sessions, G.A., Gudkov, A.V., and Sharpless, N.E. (2019). Cells exhibiting strong p16 (INK4a) promoter activation in vivo display features of senescence. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 116, 2603–2611.
