年齡是癌癥的一個(gè)主要危險(xiǎn)因素，但衰老如何影響腫瘤仍不清楚。2024年9月，西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在《Science》發(fā)表題為“Hematopoietic aging promotes cancer by fueling IL-1?–driven emergency myelopoiesis”的研究。在這個(gè)研究中，研究人員確定了衰老免疫系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)癌癥進(jìn)展，造血系統(tǒng)的老化增強(qiáng)了緊急的骨髓生成，導(dǎo)致腫瘤中髓系祖細(xì)胞樣細(xì)胞（MPs）的局部積累。IL-1?是促進(jìn)衰老增強(qiáng)的急性髓系祖細(xì)胞樣細(xì)胞生成的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，它促進(jìn)了衰老增強(qiáng)的緊急骨髓生成反應(yīng)，在腫瘤發(fā)展早期使用抗IL-1α抗體阻斷不僅可以減緩肺腫瘤的生長，還可以使老年小鼠的緊急骨髓生成正?；?。研究還發(fā)現(xiàn)造血系統(tǒng)的衰老是通過下調(diào)與年齡相關(guān)的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A（DNMT3A）增強(qiáng)IL-1α的產(chǎn)生，在腫瘤發(fā)展的早期破壞IL-1R1信號(hào)，使骨髓生成正常化，并減緩了肺、結(jié)腸和胰腺腫瘤的生長。闡明了衰老如何促進(jìn)癌癥，并提供了可操作的治療策略。

1. 衰老肺組織肺泡巨噬細(xì)胞（AMs）損耗

為了探討年齡對(duì)肺癌發(fā)生發(fā)展的影響，研究人員用7周齡和72周齡小鼠作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)老年鼠肺泡細(xì)胞密度降低且血管滲透入肺實(shí)質(zhì)增加。隨后研究了肺衰老的指標(biāo)并測(cè)量了參與免疫監(jiān)測(cè)的細(xì)胞，老年肺中的樹突狀細(xì)胞（DCs）和效應(yīng)淋巴細(xì)胞（包括肺組織中NK細(xì)胞、血液中CD8⁺和CD4⁺ T細(xì)胞）顯著減少。由于肺功能的保存依賴于組織駐留的AMs，接下來選擇研究它們是如何受到衰老影響的。通過流式細(xì)胞術(shù)觀察到老年肺中AMs的絕對(duì)數(shù)量顯著下降，且AMs的下降主要是由于胚胎AMs的丟失，而成年單核細(xì)胞來源的AMs的數(shù)量沒有重大變化，這與對(duì)其他衰老組織中組織駐留巨噬細(xì)胞的類似分析一致，且老年鼠循環(huán)（外周血和骨髓）AMs伴隨損耗表明自我更新能力下降。這些數(shù)據(jù)表明，老年鼠AMs的自我更新能力較差，并在衰老過程中，穩(wěn)定狀態(tài)的骨髓生成不能重新填充隨著時(shí)間而失去的AMs。

圖1. 年齡與組織駐留的AMs的損耗有關(guān)

2. 老年鼠肺癌進(jìn)展更快

假設(shè)當(dāng)腫瘤發(fā)生過程中發(fā)生炎癥時(shí)，與年輕小鼠相比，老年鼠可能會(huì)產(chǎn)生更放大的緊急骨髓生成反應(yīng)，并在腫瘤微環(huán)境（TME）中遭受更大的髓細(xì)胞負(fù)擔(dān)。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，首先觀察衰老如何塑造TME并影響肺腫瘤生長，研究人員使用的非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）模型小鼠是基于肺中Kras^G12D/+ Trp53^-/- Rosa26^A3Bi Rag1^-/-細(xì)胞（KPARs）的移植和原位生長，該模型能夠?qū)ｉT評(píng)估宿主小鼠的衰老對(duì)腫瘤生長的影響。研究發(fā)現(xiàn)，老年鼠腫瘤生長更快，在腫瘤進(jìn)展后期表現(xiàn)出更大的腫瘤負(fù)擔(dān)且生存率明顯降低。隨后設(shè)計(jì)了一種異體慢性骨髓移植（BMT）來分析衰老肺TME的免疫和非免疫生態(tài)系統(tǒng)對(duì)宿主肺癌生長的影響，在BMT移植8周后，小鼠接種KPARs，并在接種后10天和20天評(píng)估腫瘤負(fù)荷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，衰老的免疫系統(tǒng)加速了癌癥生長。更值得注意的是，讓免疫系統(tǒng)恢復(fù)年輕可以顯著降低衰老小鼠的癌癥生長，且具有年輕骨髓的老年小鼠的荷瘤肺中肺MPs、單核-巨噬細(xì)胞（mo-macs）和中性粒細(xì)胞（NeuP）數(shù)量減少。這些數(shù)據(jù)表明，造血功能的衰老足以通過增強(qiáng)腫瘤誘導(dǎo)的緊急骨髓生成來促進(jìn)肺癌的進(jìn)展，是肺癌進(jìn)展的主要驅(qū)動(dòng)力。

圖2. 衰老的造血功能是肺癌進(jìn)展的主要驅(qū)動(dòng)力

3. IL-1?特征定義了老年鼠荷瘤肺中的MPs

這些發(fā)現(xiàn)促使研究人員進(jìn)一步表征年輕和老年鼠肺TME的免疫細(xì)胞，利用scRNAseq技術(shù)對(duì)來自年輕和老年鼠荷瘤肺組織分選的33,572個(gè)CD45⁺ 細(xì)胞進(jìn)行分析，以構(gòu)建肺TME的單細(xì)胞圖譜，結(jié)果表明骨髓細(xì)胞對(duì)老年鼠肺癌生長的促進(jìn)作用。同時(shí)，研究人員還對(duì)肺MPs中的細(xì)胞群進(jìn)行了鑒定分析，其包括了NeuP、粒細(xì)胞（GranuloP）和單核細(xì)胞祖細(xì)胞 （MonoP）。發(fā)現(xiàn)老年鼠肺MPs顯示出更多的未成熟特征，老年鼠肺腫瘤中的單核細(xì)胞也顯示出較少成熟的標(biāo)志，這表明衰老可能促進(jìn)了未成熟髓系細(xì)胞的積累。大部分的肺MPs是單核細(xì)胞，因此將研究重點(diǎn)縮小到MonoP，發(fā)現(xiàn)MonoP顯著增多，且表達(dá)更高水平的IL-1?，IL-1β在所有肺MPs和mo-macs中廣泛表達(dá)。通過ELISA進(jìn)一步證實(shí)了在老年鼠的荷瘤肺中，IL-1?和IL-1β的蛋白水平均被顯著上調(diào)。

圖3. IL-1?特征定義了老年鼠荷瘤肺中的MPs

4. 阻斷IL-1?：IL-1R1信號(hào)通路可延緩肺癌的進(jìn)展

研究人員對(duì)細(xì)胞群進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)肺腫瘤中肺MPs產(chǎn)生最多的IL-1?，而IL-1β則主要由NeuP產(chǎn)生，尤其是老年鼠IL-1?和IL-1β的增加比年輕鼠更為顯著，表明造血衰老提高了它們的產(chǎn)生?；谝陨蠑?shù)據(jù)，研究人員對(duì)IL-1?或IL-1β進(jìn)行基于抗體的阻斷，并將其阻斷后的效果與IL-1R1拮抗劑（anakinra）進(jìn)行比較，anakinra同時(shí)干擾IL-1?和IL-1β的信號(hào)傳導(dǎo)。在接種腫瘤細(xì)胞24小時(shí)后開始治療，IL-1?阻斷比IL-1β阻斷更能延遲肺癌進(jìn)展，值得注意的是，兩者聯(lián)合使用在減少腫瘤生長方面表現(xiàn)出明顯的協(xié)同效應(yīng)，這與anakinra治療效果相當(dāng)，并且anakinra治療明顯提高了肺癌鼠的生存率。

圖4. 阻斷IL-1?：IL-1R1信號(hào)通路可延緩肺癌的進(jìn)展

5. 在造血功能衰老過程中，DNMT3A的下降增強(qiáng)了IL-1?的產(chǎn)生

鑒于IL-1?的轉(zhuǎn)錄是肺組織中的MPs觸發(fā)的，研究人員嘗試研究在TME中肺MPs產(chǎn)生這種反應(yīng)的原因，發(fā)現(xiàn)老年鼠單核細(xì)胞和骨髓祖細(xì)胞暴露于凋亡的腫瘤細(xì)胞碎片中比年輕鼠的這些細(xì)胞產(chǎn)生更高的IL-1?，這些數(shù)據(jù)說明細(xì)胞碎片可以誘導(dǎo)IL-1?的產(chǎn)生，造血衰老改變了單核細(xì)胞及MPs細(xì)胞內(nèi)在表型，使其易于產(chǎn)生更多的IL-1?。對(duì)來自年輕和年老鼠骨髓的造血干細(xì)胞（HSCs）的bulk RNA-seq分析以識(shí)別與衰老相關(guān)的轉(zhuǎn)錄差異，發(fā)現(xiàn)老年鼠HSCs中DNMT3A的表達(dá)顯著下降。并檢測(cè)了無癌、健康的年輕和老年人以及NSCLC患者血液循環(huán)造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞（HSPC）中的DNMT3A水平，這些數(shù)據(jù)表明緊急造血功能的程度隨著年齡的增長而增加，并證實(shí)了與年齡相關(guān)的DNMT3A水平的下降，甚至在癌癥患者中也是如此。研究團(tuán)隊(duì)在年輕和老年鼠的骨髓單核細(xì)胞上使用了一種高度特異性和有效的DNMT3A小分子抑制劑，觀察到用DNMT3A抑制劑處理和低劑量LPS刺激后，年輕和年老單核細(xì)胞的IL-1?和IL-1β的產(chǎn)生顯著增加，并且用DNMT3A抑制劑處理的年輕單核細(xì)胞產(chǎn)生的IL-1水平與未處理的年老單核細(xì)胞相當(dāng)。

圖5. 髓系細(xì)胞的衰老導(dǎo)致DNMT3A缺失并促進(jìn)IL-1?的表達(dá)

6. IL-1?可作為癌癥患者衰老和預(yù)后的標(biāo)志物

接下來，研究團(tuán)隊(duì)試圖探索肺癌的潛在治療相關(guān)性。PD-1阻斷仍然作為NSCLC的一線治療方式，發(fā)現(xiàn)anakinra聯(lián)合PD-1阻斷治療可以顯著提高腫瘤的清除率并顯著提高細(xì)胞毒CD8 T細(xì)胞的反應(yīng)，通過scRNAseq鑒定的主要免疫細(xì)胞類型中，發(fā)現(xiàn)IL1?和IL1β mRNA在CD14單核細(xì)胞和mo-macs中檢測(cè)到最高的表達(dá)，與NSCLC患者的正常組織相比，IL1? mRNA mo-macs在原發(fā)性切除的腫瘤組織中顯著富集。這些數(shù)據(jù)支持了IL-1? mRNA作為一種與年齡相關(guān)的腫瘤、分子特征的研究。研究團(tuán)隊(duì)采集了在癌癥診斷前三年的血液樣本，并比較了癌癥患者和吸煙、年齡匹配的對(duì)照組1000多種蛋白質(zhì)的豐度水平，發(fā)現(xiàn)IL-1?和IL-1β都預(yù)示著癌癥風(fēng)險(xiǎn)升高。

圖6. IL-1?可作為癌癥患者衰老和預(yù)后的標(biāo)志物

云克隆開發(fā)了與該研究相關(guān)的靶標(biāo)產(chǎn)品，部分靶標(biāo)節(jié)選如下：