《Genes & Diseases》：Multi-omics senescence landmarks facilitate pro-senescence and senolytic sequential cancer therapy
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细胞衰老是癌症的重要标志，但其在癌症治疗中具有“双刃剑”作用，既能抵抗又能促进肿瘤。本研究通过建立衰老评分（SenScore），系统描绘了泛癌中与衰老状态相关的多组学分子特征图谱。研究发现108个临床可干预基因和75种获批药物的反应性显著依赖于肿瘤的衰老状态，并成功验证了roscovitine、pyrimethamine和LFM.A13在衰老诱导条件下的协同抗肿瘤效果。动物实验证实，博来霉素与roscovitine的联合应用展现出更强的抗肿瘤活性。该研究为基于衰老诱导的癌症序贯联合治疗策略提供了全新的视角。
在对抗癌症的漫长战役中，科学家们发现了一种看似矛盾又极具潜力的武器——细胞衰老。它曾是细胞对抗癌变的一道防线，能将危险的、受损的细胞“定格”在永久的休眠状态。然而，狡猾的肿瘤细胞也学会了利用衰老这把“双刃剑”，它们有时会进入一种休眠状态来躲避化疗药物的追杀，有时又会利用衰老细胞释放的炎症因子“煽风点火”，促进肿瘤的生长和转移。这种复杂而多变的角色，使得衰老在癌症治疗中既充满希望又布满陷阱。那么，我们能否精确地衡量一个肿瘤的“衰老程度”？不同的衰老状态背后隐藏着怎样的分子密码？更重要的是，能否将细胞的衰老状态，从一个治疗的障碍，转化为一个可以精准打击的靶点？来自中南大学湘雅医院团队的研究，为我们揭开了这幅复杂图景的一角。
为了回答这些问题，研究人员利用来自癌症基因组图谱的多组学数据，对33种癌症的衰老状态进行了全面的全景式分析。他们首先从大量文献中精心筛选，构建了一个包含33个衰老相关核心基因的表达特征，并将其命名为衰老评分。这个评分就像一个精密的“衰老罗盘”，能够量化肿瘤样本的衰老水平，并在多种独立数据集中得到验证。利用这个工具，他们对超过一万个肿瘤样本进行了分层，并通过倾向性评分匹配算法平衡了性别、肿瘤纯度等混杂因素，确保了后续分析的可靠性。研究还结合了来自癌症细胞系百科全书和药物敏感性基因组学数据库的药物反应数据，评估了衰老状态对药物敏感性的影响。最终，关键的体外和体内实验在A375黑色素瘤细胞、5637膀胱癌细胞以及小鼠移植瘤模型上得以开展，验证了计算预测的结果。这项研究最终发表在了《Genes 》上。
Identification of a gene signature to estimate senescence status across cancer samples
研究人员首先建立了一个稳健的衰老评分系统。他们从已发表文献中系统性地收集了33个在细胞衰老中具有可靠实验证据的基因，包括17个衰老促进基因和15个衰老抑制基因，构成了衰老特征。通过单样本基因集富集分析计算促衰老基因与抑衰老基因的富集分数差值，得到了可量化衰老状态的SenScore。该评分在8个独立的衰老诱导细胞系数据集中，均能有效区分衰老状态。此外，SenScore与已发表的三个衰老特征高度相关，并在生存预测中显示出优越的性能，证明了其作为泛癌衰老状态评估工具的稳健性。
Clinical relevance of SenScore across multiple cancer types
研究表明，不同癌症类型间的衰老水平存在显著异质性。与癌旁组织相比，大多数实体肿瘤的衰老评分较低，但头颈部鳞状细胞癌和肾透明细胞癌则表现出更高的衰老水平。总体来看，像肾透明细胞癌、头颈部鳞状细胞癌这类实体瘤衰老水平较高，而像急性髓系白血病、弥漫大B细胞淋巴瘤等源自血液系统的肿瘤衰老水平普遍较低。生存分析揭示了衰老状态与预后的复杂关系：在皮肤黑色素瘤、膀胱尿路上皮癌等癌症中，高衰老评分与更好的总生存期相关；而在肺鳞状细胞癌等癌症中，高衰老评分则预示着更差的预后，表明衰老在癌症中的作用具有高度的情境依赖性。
Global landscape of multi-omics alterations associated with senescence status across cancer types
研究描绘了与衰老状态相关的多组学分子改变全景图。通过对TCGA中26种癌症的分析，发现mRNA、微小核糖核酸、蛋白质、DNA甲基化、体细胞突变和体细胞拷贝数变异这六个分子层面均存在广泛的衰老相关改变。不同癌症类型受衰老影响的分子改变程度差异巨大。例如，胸腺瘤、膀胱癌、头颈部鳞状细胞癌在全部六个分子层都显示出大量变化，而胰腺癌、子宫内膜癌的变化则局限于少数层面。此外，衰老相关基因的mRNA表达水平常与其DNA甲基化水平呈现相反的趋势，符合表观遗传调控的一般规律。
Association between cellular senescence and mRNA expression and signaling pathways
通路富集分析揭示了衰老相关的生物学过程变化。在衰老评分高的样本中，与应激反应、细胞黏附、炎症反应和凋亡相关的通路显著上调，而DNA合成与修复相关通路则下调。癌症标志通路分析显示，肿瘤坏死因子-α、白细胞介素6等炎症信号以及凋亡过程在衰老状态高的样本中激活，KRAS信号、干扰素反应、血管生成和缺氧相关通路也倾向于上调。更重要的是，156个在多种癌症中差异表达的衰老相关基因，其表达水平与181种抗癌药物的敏感性显著相关，这些基因涉及细胞凋亡、细胞周期、DNA复制、受体酪氨酸激酶信号、磷脂酰肌醇3-激酶信号等多个关键通路。
Regulatory network of senescence-related miRNAs, target genes, and proteins
研究构建了衰老相关的微小核糖核酸调控网络。鉴定出32个在至少四种癌症中差异表达的微小核糖核酸，其靶基因在WNT信号、磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B信号、p53信号、Hippo信号和缺氧诱导因子-1信号等经典通路中富集。蛋白质组学分析发现110个蛋白质与衰老过程显著相关，包括已知的衰老标志物p16INK4a和衰老相关分泌表型组分纤溶酶原激活物抑制剂-1。基于蛋白质表达水平的通路评分显示，凋亡和上皮-间质转化过程在衰老状态高的样本中上调，而细胞周期和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路下调。
Cellular senescence-related SCNAs across cancers
体细胞拷贝数变异分析识别出衰老相关的基因组改变。在24种癌症类型中发现了130个显著改变的体细胞拷贝数变异区域，其中包含了8个临床可干预基因。例如，在衰老评分低的样本中，10号染色体q23.31区域的缺失在前列腺腺癌、肝细胞癌、卵巢癌和胃腺癌中高频发生，该区域包含了重要的抑癌基因磷酸酶及张力蛋白同源物。
Senescence status associated with clinically actionable genes and their therapeutic liability
研究系统评估了衰老状态对临床治疗的影响。共发现108个临床可干预基因在至少一种分子层面（mRNA、蛋白质、甲基化、突变、拷贝数变异）的表达或改变在不同衰老状态的样本中存在显著偏好性，这些基因是82种已批准药物的靶点。药物反应性分析表明，衰老状态高的患者对甲氨蝶呤、环杷明等经典细胞毒性药物更耐药，但可能对其他类型的药物更敏感。这揭示了衰老对药物反应的复杂影响，提示联合疗法需基于对机制的深入理解。
Senescence status is associated with cell viability and drug response
单细胞和空间转录组学分析显示，在恶性细胞区域内，衰老评分与细胞增殖标志物呈显著负相关，证实了衰老状态与细胞周期停滞的联系。体外实验进一步验证了计算预测。利用博来霉素或过氧化氢成功诱导A375黑色素瘤细胞和5637膀胱癌细胞进入衰老状态后，这些细胞对roscovitine、pyrimethamine和LFM.A13的敏感性显著增强。流式细胞术证实，roscovitine能特异性清除衰老诱导后的肿瘤细胞，而非衰老细胞本身。
A combination of pro-senescence and senolytic therapy induces tumor regression
最重要的发现来自于体内实验验证的序贯治疗策略。在黑色素瘤小鼠移植瘤模型中，单独使用roscovitine对肿瘤生长无显著抑制作用，而博来霉素单药治疗显示出抗肿瘤效果。然而，当两者联合使用时，抗肿瘤效果显著增强，肿瘤体积和质量均显著小于博来霉素单药组。免疫组化分析揭示，联合治疗组肿瘤组织中衰老标志物p53、p21、p16和γH2AX的表达水平低于博来霉素单药组，表明roscovitine有效清除了被博来霉素诱导衰老的肿瘤细胞，实现了“促衰老-清除衰老”的“组合拳”式打击。
结论与意义
该研究构建了一个稳健的衰老评分，首次在泛癌层面系统描绘了与衰老状态相关的多组学分子图谱，揭示了衰老在癌症中复杂的预后意义和广泛的分子改变。研究最重要的价值在于将衰老从一个生物学状态转化为一个可操作的 therapeutic vulnerability。它证明了肿瘤的衰老状态深刻影响着大量临床可用药物（包括化疗、靶向和免疫治疗药物）的疗效，并成功通过实验验证了基于衰老诱导的药物敏感性。尤其重要的是，体内实验证实了“先诱导衰老，再清除衰老细胞”的序贯联合治疗策略具有更强的抗肿瘤潜力，且未增加明显毒性。这项研究不仅为理解衰老在癌症中的作用提供了前所未有的全景视角，更重要的是，为设计下一代癌症联合治疗方案——即利用衰老诱导的脆弱性，将促衰老疗法与衰老清除疗法或现有疗法进行智能序贯组合——提供了坚实的理论依据和充满希望的新途径。尽管研究存在对衰老状态间接评估、部分癌种样本量有限等局限性，但其整合多组学与药物反应性分析的研究范式，以及所揭示的庞大治疗机遇，无疑将推动癌症治疗策略向更精准、更智能的方向发展。
