《Mammalian Biology》：Digging deeper into cancer resistance in the extraordinarily long-lived naked mole-rat
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这篇综述深入探讨了长寿且抗癌的裸鼹鼠，系统梳理了其从基因组稳定性、高效DNA修复、独特的高分子量透明质酸（HMM-HA）到细胞衰老与死亡机制等多层次、多方面的抗癌“武器库”。文章不仅总结了其自发性与实验性癌变抵抗现象，还从细胞自主与非自主机制角度揭示了其可能颠覆传统癌症认知的独特生物学特性，为癌症研究与抗衰老干预提供了宝贵见解。
自发性癌症发病率
尽管近期有个别病例报道，但与小鼠等其他啮齿类动物相比，裸鼹鼠的自发性肿瘤发生率极低。对超过2000只个体进行的尸检显示，没有临床或肉眼可见的肿瘤性疾病证据。回顾性研究也支持其抗癌特性。然而，在科研机构和动物园饲养的裸鼹鼠中，确实有少数经确认的肿瘤病例，包括源于肝脏、食管、乳腺、子宫以及甲状腺、胃、胰腺等部位的神经内分泌癌等。值得注意的是，这些癌瘤很少表现出淋巴血管浸润或转移至其他器官的迹象。淋巴瘤和肉瘤极为罕见。显然，在具备适当的诱发和促癌事件条件下，裸鼹鼠确实能够发生肿瘤，但其发生率远低于小鼠和人类。
实验诱导的致癌作用
体外细胞研究
大多数试图阐明抗癌机制的实验都集中在真皮成纤维细胞的体外评估上。裸鼹鼠细胞生长速度比小鼠成纤维细胞慢，即使在相同温度下培养也是如此。与早期广为报道的超敏感早期接触抑制（ECI）不同，研究发现裸鼹鼠细胞在最佳生长条件下可以长满，甚至能达到比小鼠细胞更高的密度。裸鼹鼠细胞对环境条件特别敏感，在环境胁迫、毒素、DNA损伤剂和/或透明质酸（HA）存在下，无论是否融合，都会轻易停止增殖。这种生长停滞归因于高水平肿瘤抑制因子p16INK4A以及p53和Rb通路的诱导。
致癌基因SV40大T抗原（SV40LT）和哈维大鼠肉瘤病毒致癌基因（H-RasV12）的表达降低了p16水平，使细胞能在培养中长满，但这些细胞集落仍不能在软琼脂中生长。使用裸鼹鼠或中东盲鼹鼠（N. ehrenbergi）培养成纤维细胞的条件培养基进行的研究表明，这些物种的细胞会向培养基中分泌HA和其他可溶性因子，引起细胞周期停滞、损害线粒体功能并诱导已建立癌细胞系的核碎裂，最终降低癌细胞活力而不影响在此条件培养基中培养的正常细胞。
裸鼹鼠成纤维细胞已被成功重编程为iPSCs（诱导多能干细胞），尽管裸鼹鼠比其他物种更难重编程。此外，与其他物种不同，这些裸鼹鼠iPSCs在植入免疫缺陷小鼠体内时不会形成畸胎瘤，进一步支持了其对癌症的受调控抵抗。
致癌性转化
体内实验尝试使用成熟的基于致癌基因的实验方案诱导癌症，大多相对不成功。最常见的实验方案涉及引入致癌基因SV40LT和激活的H-RasV12，这通常会导致小鼠成纤维细胞异常生长并成功转化为癌细胞。两个独立的研究报告称，与人类类似，这两种致癌基因的组合不足以诱导裸鼹鼠发生转化。Liang等人报告表达此致癌组合的裸鼹鼠细胞迅速进入危机期。此外，他们报告称，与人类成纤维细胞类似，通过额外转染hTERT可以解除这种对转化的抵抗。Tian等人报告称，透明质酸酶降解HMM-HA同样促进了这两种致癌基因对裸鼹鼠细胞的转化，并将其观察到的对致癌转化的抵抗归因于大量存在的HMM-HA抑制了细胞增殖。
一项更近期的扩展性研究使用了来自多个组织和个体的100多个细胞系，以及相同经典致癌基因表达载体中不同的启动子，导致了显著更高的致癌基因表达，能够克服裸鼹鼠固有的细胞抗癌机制并转化了裸鼹鼠细胞。类似地，Deuker等人报告称，p53表达的缺失与Kirsten大鼠肉瘤病毒致癌基因（KRASG12V）的异位表达共同导致了裸鼹鼠胚胎成纤维细胞的恶性转化，进一步证明裸鼹鼠成纤维细胞在适当刺激下可以被转化。
使用不同的实验方法，通过CRISPR介导的基因组编辑在肺癌模型中引入致癌融合蛋白Eml4-Alk，发现这不足以诱导裸鼹鼠发生肿瘤，而相同的方案在小鼠肺部诱导快速、广泛的肿瘤发生。他们发现裸鼹鼠更接近人类，需要额外缺失p53和视网膜母细胞瘤1（Rb1）才能诱导多形性癌肺肿瘤。这些发现与Liang等人的研究一致，即裸鼹鼠与人类一样，需要额外的诱变损伤才能启动肿瘤形成，从而压倒其固有的抗癌机制。显然，裸鼹鼠固有的抗癌能力不仅仅源于细胞自主机制，额外的非自主机制，包括独特的免疫系统和裸鼹鼠特异性的细胞保护微环境，也发挥着重要作用。
对体内化学诱导致癌作用的抵抗
几项研究显示，裸鼹鼠的皮肤能够抵抗广泛使用的两步实验方案（已知可在小鼠和其他实验动物中诱导恶性转化，类似于人类鳞状细胞癌）。在所有研究中，小鼠在治疗开始后14周内出现乳头状瘤，而裸鼹鼠在整个6个月的研究期间未出现任何肿瘤。组织学评估显示，SKH1小鼠在紫外线照射后48小时内出现严重“晒伤”损伤迹象：真皮水肿和纤维化，表皮增生伴有丝分裂增加和T细胞浸润；而裸鼹鼠出人意料地没有表现出这些变化。确实，虽然裸鼹鼠表现出轻微的角化过度迹象，但其表皮厚度未变，并且没有免疫或炎症急性期反应的证据。紫外线照射后血浆蛋白质组学的系统性种间差异也很明显，小鼠的急性期蛋白（APP）发生显著变化，表明存在强烈的炎症反应，在一周内消退，而裸鼹鼠仅表现出轻微的反应。
裸鼹鼠对辐射诱导的致癌作用也具有抵抗性。体外数据显示裸鼹鼠皮肤成纤维细胞对紫外线诱导的死亡比小鼠细胞敏感约3倍。体内测试发现，SKH1无毛小鼠在紫外线照射下13周出现肿瘤，18周时所有小鼠出现多个肿瘤，而紫外线处理的裸鼹鼠在整整6个月的研究期内未见肿瘤。组织学评估揭示了种间差异，小鼠表现出严重的“晒伤”损伤，而裸鼹鼠仅表现出轻微的可迅速缓解的组织损伤评分增加。裸鼹鼠对辐射诱导的致癌作用也具有很强的抵抗性。用12 Gy辐射处理后，裸鼹鼠获得的DNA损伤（gH2AX）量不到小鼠组织观察到的一半，并且似乎在暴露后1小时内迅速修复，接受该处理的几只动物在治疗后存活超过10年，没有任何肿瘤迹象或不可逆DNA损伤的迹象。
基因组抗癌机制
裸鼹鼠非凡的抗癌能力延伸至基因组结构和分子改变。比较基因组学分析揭示了众多不寻常的特征，这些特征提供了其抗癌能力的更多线索。裸鼹鼠基因组携带特定的突变、基因复制和调控变化，从而增强肿瘤抑制、DNA修复、细胞保护和细胞周期控制。与小鼠等短寿啮齿类动物相比，裸鼹鼠和N. ehrenbergi都表现出一套遗传创新，在其延长的寿命期间保持基因组完整性并减轻肿瘤发生。
比较全基因组分析显示，裸鼹鼠缺失89个基因，并拥有66个功能未知的独特基因。三个与癌症相关的基因未在裸鼹鼠基因组中发现。对裸鼹鼠基因组的生物信息学分析发现了许多在已知癌症相关通路中富集的裸鼹鼠特异性单氨基酸变化（SAAC）。例如，在“Wnt信号通路”中富集的16个SAAC基因，包括CTBP2、WNT3和RAC2。这些选择性氨基酸变化可能阻碍其已确立的促癌特性，从而有助于裸鼹鼠复杂的抗癌机制。
裸鼹鼠基因中调控端粒维持、细胞周期检查点、DNA损伤反应通路和转移抑制的突变经历了正选择。例如，涉及端粒维持的基因TERF1以及BRCA1据报道处于正选择之下。独特的裸鼹鼠BRCA1基因可能在其DNA损伤修复中起关键作用。其他正选择的遗传变异可能也与保护机制有关，以避免癌症发生和发展。
趋同进化在基因中很明显，例如亮氨酸拉链肿瘤抑制因子1（LZTS1），其中与弓头鲸共享的特定突变改变蛋白质结构以增强对转移相关通路的抑制。类似地，ADAMTS9中的适应性序列变化抑制了AKT/mTOR通路——一个常见的致癌驱动因子。跨长寿小型哺乳动物的比较基因组学分析揭示了对ADAMTS9密码子的正选择，小鼠模型中的功能验证显示异种移植瘤生长减少，表明其在裸鼹鼠中抑制血管生成和细胞存活信号的作用。
与具有20个p53拷贝的抗癌大象不同，裸鼹鼠只有一个p53拷贝，该拷贝经历了正选择，与人类更相似。裸鼹鼠表现出高p53活性，部分归因于其p53非常稳定，半衰期长，并且在细胞质和细胞核中组成型存在。这种组成型的准备状态可能源于翻译后修饰的改变，例如泛素化减少，使得p53能够更有效地结合促凋亡基因的启动子。在基因毒性应激下，裸鼹鼠p53诱导更强的转录反应，导致前癌细胞程序性细胞死亡率更高。
基因复制和假基因化可能有助于裸鼹鼠抗癌。磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）基因在裸鼹鼠基因组中增加了约17个假基因。这些假基因可以作为竞争性内源RNA（ceRNA），结合原本会降解PTEN mRNA的microRNA，从而维持更高的PTEN水平以抑制致癌信号。
血清泛蛋白酶抑制剂α2巨球蛋白（A2M）在裸鼹鼠和N. ehrenbergi中均过表达。A2M通过抑制P13K/AKT等信号通路、调节细胞粘附从而损害肿瘤迁移和转移，以及下调microRNA-21表达导致PTEN表达增加，具有强大的肿瘤抑制特性。
程序性裂解性细胞死亡（坏死性凋亡）的主调控因子，受体相互作用丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶3（RIPK3）和混合谱系激酶域样（MLKL）基因在裸鼹鼠中存在功能缺失突变，阻止了渗透性细胞死亡的促炎形式。细胞破裂及随之而来的细胞组分（称为损伤相关分子模式，DAMPs）释放到细胞间隙通常引发严重的炎症反应。由于裸鼹鼠因此缺乏功能性诱导坏死性凋亡的基因，它们不能有效地利用坏死性凋亡。结果，DAMPs在致癌剂处理时不会释放，因此不会刺激炎症驱动的免疫细胞浸润，从而抑制了炎症诱导的癌症促进。
选择性剪接（AS）是一个过程，单个基因可以从相同的pre-mRNA产生多个蛋白质变体（亚型），从有限数量的基因中增加蛋白质的多样性和复杂性。与其他哺乳动物相比，裸鼹鼠在整个长寿命期间表现出剪接因子高表达的稳定模式，不仅AS因子的表达水平是小鼠的两倍，而且裸鼹鼠将这种维持转录组可塑性的能力保持到老年。稳定的AS模式表明，裸鼹鼠即使在对可能导致细胞衰老和癌症发展的细胞应激源作出反应时，也表现出对转录组的良好控制。
表观遗传修饰进一步支撑了裸鼹鼠的抗癌能力，与遗传变化相互作用以维持稳定的细胞状态。裸鼹鼠细胞拥有非常稳定的表观基因组，影响iPSCs，限制了iPSC重编程和去分化——这一过程通常被癌症用于无限增殖。耐药性源于通过增加的H3K27me3标记和降低的多能性基因座染色质可及性导致更紧密的组蛋白包装，导致使用山中因子转导的重编程尝试失败，尽管有病毒整合，裸鼹鼠成纤维细胞仍保持分化状态。这归因于其胚胎干细胞表达Ras（ERAS）基因中的一个破坏性移码突变，可能阻碍重编程。药物诱导的iPSCs仍然抗畸胎瘤形成。诱导小鼠ERAS表达并敲低ARF会导致裸鼹鼠细胞在植入NOD/SCID小鼠睾丸体内时形成畸胎瘤，表明裸鼹鼠iPSCs的致瘤抗性与功能失调的ERAS突变以及替代阅读框（ARF）基因的独特物种特异性调控有关。令人惊讶的是，当ARF基因活性在裸鼹鼠中被抑制时，细胞停止增殖并变得衰老，这一过程称为ASIS - ARF抑制诱导的衰老。
ARF基因是INK4a/b基因座的一部分。INK4a/b基因座中独特的剪接模式编码了一种INK4基因座的新型混合亚型（pALTINK4a/b），它是一种更有效的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂，并且比其它INK4a/b蛋白质更有效地诱导细胞周期停滞。这种非典型的ASIS，连同ERAS突变，被认为可以防止肿瘤形成。独特的裸鼹鼠pALT INK4a/b亚型在响应紫外线辐射或致癌刺激时也被诱导，同样促进生长停滞，防止带有DNA损伤的细胞增殖。
裸鼹鼠还表现出逆转录转座子活性抑制，这直接有助于其增加的基因组稳定性和抗癌性。只有25%的裸鼹鼠基因组包含转座元件；相比之下，转座元件占人类和小鼠基因组序列的38-69%。逆转录转座元件（RTEs），特别是长散布核元件1（LINE-1），是潜在的内源性致癌诱变剂，因为它们能够自我扩增并插入基因组的新位置，破坏基因功能，引起DNA损伤并引发癌症。裸鼹鼠表现出休眠的逆转录生物组，LINE-1元件与其它啮齿类动物相比显示最小的近期插入；系统发育重建表明这种休眠持续了数百万年，可能是由于L1启动子处增强的DNA甲基化和组蛋白去乙酰化作用。裸鼹鼠基因组中LINE-1衍生序列的丰度较低，表明与其他哺乳动物相比，LINE-1逆转录转座活性速率较低。裸鼹鼠-LINE-1逆转录转座的功能测定显示活性显著降低——比小鼠低效达10倍——归因于开放阅读框（ORF1和ORF2）蛋白质中的序列分歧，减少了可能破坏肿瘤抑制因子的整合事件。与长寿中东盲鼹鼠和蝙蝠的比较基因组学突出显示非长末端重复（non-LTR）积累显著减少，与所有三种长寿抗癌物种中更稳定的基因组相关。实验性激活通过去甲基化剂增加了突变率，将RTE抑制直接与抗癌性联系起来。确实，与短寿物种如小鼠相比，裸鼹鼠表现出较低的年度体细胞突变率，并且在体重与体细胞突变率之间的反比异速生长关系中是一个异常值。
基于DNA甲基化模式的表观遗传衰老时钟显示，与小鼠相比，裸鼹鼠的甲基化漂变明显更慢，与发育基因相关的CpG位点在数十年间变化可忽略不计。这种缓慢的表观遗传衰老与更好的基因组和表观基因组维护相关。组蛋白甲基化在调节染色质结构和基因表达中起着关键作用。将甲基添加到组蛋白上影响DNA包装的紧密程度，进而影响基因是否可进行转录。裸鼹鼠细胞具有更高水平的抑制性H3K27甲基化标记和更低水平的激活型H3K27乙酰化标记，有助于形成更紧密闭合的染色质结构，并观察到iPSCs重编程抗性。
早期接触抑制和透明质酸的作用
裸鼹鼠新型抗癌机制中最广为人知的特征之一是它们采用早期接触抑制（ECI）。在ECI中，细胞即使在低密度下相互接触、HA或ECM时也会停止增殖。ECI信号由HA/CD44/NF2通路控制，通常由细胞周期调控因子p27和p16以及独特的细胞周期调控因子pALTINK4a/b介导。裸鼹鼠成纤维细胞在体外将高粘度HA分泌到条件培养基中，如果培养基不定期更换，积累的足量HA会启动ECI。更频繁的更换培养基会导致融合培养，表明ECI不是细胞自主过程，并且其他机制可能对裸鼹鼠抗癌更重要。
ECM糖胺聚糖-HA在癌症生物学中具有双重作用。取决于HA的大小及其相互作用受体的尺寸偏好，它也可以具有伤口修复和肿瘤抑制特性。HA通常合成为大聚合物，被透明质酸酶碎片化成更小的单元。通常，高分子量聚合物（HMM-HA; >1 mDa）与组织稳态和肿瘤抑制相关，而较小的片段似乎更具致瘤性。早期报告显示裸鼹鼠的HA比最大的人类HA亚型大六倍（6 mDa-12 mDa）。然而，更近期的研究显示，这种大尺寸实际上是实验分离程序的人工产物，裸鼹鼠HMM-HA的最大亚型为2-2.5 mDa，仅略大于小鼠和人类的HMM-HA（~2 mDa）。裸鼹鼠HA形成一系列组装体，包括超螺旋结构和凝胶，这些在小鼠提取的HA中不存在。不仅HA调节细胞信号，而且在支持组织方面起关键作用，并大量存在于ECM中，影响周围ECM的水合和粘弹性特性。许多地下物种，除了裸鼹鼠外，也产生大量的这种HMM-HA。
HMM-HA具有免疫抑制、抗炎和抗血管生成特性，以及细胞保护特性，据报道低分子寡聚体（<0.2 mDa）的透明质酸（LMW-HA）不具有这些特性。因此，较大的HMM-HA可能通过调节细胞周期和通过创建防止肿瘤侵袭的屏障，在抗癌中起关键作用。
高水平的HMM-HA部分归因于酶HAS2增加的HA合成。值得注意的是，小鼠过表达裸鼹鼠HAS2基因据报道降低了癌症发病率并延长了小鼠寿命。裸鼹鼠具有独特的HAS2序列，带有两个推定的重要替换；其中一个替换与蔗鼠（Thryonomys swinderianus）共享，另一种替换与所有非洲秦鼠科鼹鼠共享。裸鼹鼠HAS2基因在抗癌中的功能意义尚不清楚。抗癌性N. ehrenbergi也产生HMM-HA，尽管其HAS2序列与裸鼹鼠不同，与小鼠更相似。引人注目的是，N. ehrenbergi细胞培养物中高水平的HMM-HA不影响其在培养中的细胞生长。
氧化损伤
氧化损伤在癌症发展中起着复杂作用。活性氧会损伤DNA，导致引发癌症的突变，此外还可能损伤细胞膜脂质和蛋白质，损害细胞功能，破坏信号通路，抑制免疫功能，并有助于恶性转化。矛盾的是，裸鼹鼠在其长寿命期间表现出高水平的氧化应激和损伤，但与年龄相关的损伤逐渐积累不同，高水平的大分子损伤在非常年轻的动物中就很明显，并且随着年龄增长保持不变。显然，裸鼹鼠能够维持氧化稳态，尽管其损伤阈值比小鼠观察到的更高。通过其众多的细胞保护机制， coupled with mitochondria that are more efficient in generating less ROS during metabolism and also in neutralizing ROS，裸鼹鼠能够避免细胞功能下降和通常归因于氧化应激的癌症起始的后果。
这种对氧化损伤的高耐受性可能由与地下巢穴中可变氧气可用性生活相关的进化压力驱动，在深层巢穴中经常遇到缺氧条件，而在更浅表的觅食洞穴或洞穴挖掘期间的开放隧道中则普遍存在常氧。这种自然耐受性归因于抗过氧化膜组成和增加的半胱氨酸残基，这些残基不发生羰基化，保护蛋白质功能。裸鼹鼠膜磷脂具有更高水平的抗过氧化n-6多不饱和脂肪酸（PUFAs），并且只有约10%的膜磷脂是更易氧化的二十二碳六烯酸（DHA）。此外，它们的细胞膜具有更高水平的缩醛磷脂，其乙烯基醚键被认为作为抗氧化剂并保护细胞膜免受氧化应激。裸鼹鼠蛋白质组比小鼠多1.6倍的半胱氨酸残基，这些被认为保护易受影响的蛋白质残基，特别是在酶的活性位点内，免受羰基化，从而使酶在氧化应激情况下保持功能。
蛋白质稳定性
分子伴侣
所有年龄的裸鼹鼠都表现出一个调控良好的蛋白质稳态网络，促进蛋白质合成、蛋白质折叠和蛋白质稳定性，从而有助于形成功能齐全的蛋白质组。这种蛋白质稳态的维持可能在抗癌中起重要作用。分子伴侣（热休克蛋白；HSPs）在蛋白质稳态网络的所有组成部分中起关键作用。基于抗体的研究显示，HSPs在裸鼹鼠整个寿命期间保持高水平，特别是HSP27、DNAJB2、HSPA12A/B、HSP 70和CHIP水平升高。这些HSPs帮助维持蛋白质的三维结构完整性，防止蛋白质解折叠。它们在裸鼹鼠组织蛋白质提取物中的高丰度可能有助于观察到的在变性剂尿素存在下，蛋白质解折叠水平明显低于小鼠蛋白质提取物，并且还可以防止细胞毒性诱导的蛋白质解折叠和有毒蛋白质聚集体
