衰老细胞清除药物是抗衰老医学的一大希望。它们应该“只杀死僵尸细胞”,而保留健康细胞。但事实上,它们并非总是有效,也并非对所有衰老细胞都同样有效。为什么?一项发表在《Cell Death Discovery》上的新研究提供了一个答案:僵尸细胞线粒体的代谢能力,连同其分泌的炎症性SASP类型,决定了该细胞是对衰老细胞清除药物敏感还是耐药。需要事先说明:这是一项在癌细胞(通过治疗诱导进入衰老状态)中进行的实验室(体外)研究,而非小鼠或人体研究。
什么是衰老细胞清除药物?
衰老细胞清除药物是一类旨在杀死衰老细胞(细胞衰老)的药物。这些细胞已停止分裂但未死亡,并持续释放损害周围组织的促炎物质。它们被称为“僵尸细胞”。
第一种衰老细胞清除药物是达沙替尼 + 槲皮素 (D+Q)的组合,由Zhu及其同事于2015年首次报道。此后,一系列候选药物被开发出来。首次人体试验于2019年进行,此后更多试验正在进行中。在当前研究中,专门测试了来自BCL-xL抑制剂家族的BH3类衰老细胞清除药物:ABT-263 (navitoclax) 和 A1331852。这些药物会失活保护细胞免于程序性死亡的抗凋亡蛋白。
问题:衰老细胞清除药物不能杀死所有僵尸细胞
该领域最大的谜团之一是,一种衰老细胞清除药物可以清除某种类型的衰老细胞,却让另一种类型完全存活。僵尸细胞并非同质,它们在代谢、炎症分泌谱以及形成方式上各不相同。研究人员希望了解,究竟什么因素区分了对衰老细胞清除药物敏感的衰老细胞和耐药的衰老细胞。
如何检验这个问题
来自加泰罗尼亚肿瘤学研究所(ICO)和赫罗纳IDIBGI研究所的团队使用了通过治疗诱导进入衰老状态的癌细胞(治疗诱导衰老,TIS),类似于许多癌细胞在化疗后的状态。利用MitoPlates技术,他们通过测量来自不同能量底物的电子传递链(ETC)通量,绘制了每种细胞类型的线粒体“代谢指纹”。同时,他们使用NF-κB / miR-146a基因报告系统来识别细胞何时激活炎症性SASP通路。这样,他们就能将细胞的代谢谱、SASP类型及其对衰老细胞清除药物的反应联系起来。
核心发现:代谢可塑性 = 对衰老细胞清除药物更敏感
与可能预期的相反,结果与常见直觉相反。衰老细胞的线粒体能量可塑性越强(能够氧化更多种类的燃料底物),该细胞对衰老细胞清除药物就越敏感,而非更耐药。用研究人员的话说,在每个细胞谱系内,高生物能量可塑性与“衰老细胞清除许可性”相对应。
研究人员还发现,反应强度存在一个固有上限:原始细胞(进入衰老前)的代谢构型决定了其对衰老细胞清除药物的最大反应潜力。基线状态下琥珀酸的氧化指数作为该上限的功能标志。也就是说,衰老会调节反应强度,但细胞的代谢遗产决定了其上限。
SASP:只有特定类型的炎症才能使细胞可被杀死
另一个维度,也是最大的惊喜,是SASP(衰老相关分泌表型),即僵尸细胞分泌的那些炎症物质。研究人员发现,并非所有SASP都是相同的:
- 只有具有miR-146a阳性炎症性SASP的细胞,与脂肪酸氧化(β-氧化)相关,才对衰老细胞清除药物有反应。
- 原始细胞的分泌环境限制了其SASP的细胞,往往反应较弱。
- 无活性SASP的细胞对衰老细胞清除药物耐药。
这是关键点,与常见的错误观念完全相反:正是那个炎症性的、激活强SASP通路且具有代谢可塑性的细胞,才是可以被杀死的。一个“沉默的”、无炎症性SASP的衰老细胞,则会从衰老细胞清除药物的雷达下溜走并存活下来。
证明联系的实验:切断回路
为了确认这是因果关系,研究人员使用了Inflachromene,一种染色质组织者HMGB1/2的抑制剂,来抑制炎症性SASP。结果明确:当炎症性SASP被关闭时,产生了无SASP / miR-146a阴性的衰老细胞,这些细胞对ABT-263 (navitoclax) 和 A1331852 完全耐药,尽管存在广泛的线粒体代谢重编程。
结论:仅有线粒体可塑性是不够的。线粒体与炎症性SASP之间需要存在活跃的联系,BH3类衰老细胞清除药物才能成功杀死细胞。一旦切断这种联系,即使线粒体活跃,细胞也会变得耐药。
完整图景:三层回路
研究人员将衰老细胞清除反应描述为一个“分层回路”:
- 线粒体的代谢遗产(来自原始细胞)决定了上限,即最大反应潜力。
- 衰老过程中获得的代谢可塑性在该上限内调节反应强度。
- 线粒体与炎症性SASP之间的联系是必要条件,没有它,就不会发生杀伤。
实际意义:预测和提高衰老细胞清除药物的有效性
该研究的转化意义在于,可以使用功能读数,即线粒体代谢可塑性与炎症性SASP谱的指标,来预先预测哪些衰老细胞会对衰老细胞清除药物有反应,或许还能提高其有效性。与其采用“一刀切”的方法,不如根据细胞的代谢和炎症特征来定制衰老细胞清除治疗。需要强调的是:所有这些目前仅在实验室的癌细胞中测量,未在小鼠或人体中进行,任何临床应用都还很遥远。
为什么这与癌症相关
这种联系对癌症医学尤其重要,而这正是该研究的背景。许多癌细胞在化疗后会进入衰老状态(治疗诱导衰老)。这些衰老细胞不再分裂,但留在组织中并分泌炎症物质,可能随后导致疾病复发。如果我们能识别哪些僵尸癌细胞会对衰老细胞清除药物有反应,哪些不会,我们就能更好地设计“双重打击”策略(化疗诱导衰老,随后用衰老细胞清除药物清除残留细胞)。
更广泛的信息:没有统一的“灵丹妙药”
这一发现阐明了一个在每种抗衰老药物中反复出现的原理:随着我们深入了解,我们发现它并非统一。同一种衰老细胞清除药物可能对一种细胞类型效果极佳,而对另一种完全无效,因为僵尸细胞本身在代谢和炎症谱上各不相同。该领域的未来很可能是个性化治疗,基于线粒体状态和SASP的功能指标,而非一种适合所有人的方法。目前,这仍是有前景的基础科学,而非临床建议或应服用的补充剂。
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