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翻譯 By 曹天玲張彬楊遠涵胡健立

引言

俗話說千里之堤，潰于蟻穴。如果把個體衰老比作千里之堤，那細胞衰老就是那防不勝防的蟻穴。清除蟻穴可以暫且保全石堤，那清除衰老的細胞是否可以延緩個體衰老呢？今天小編就給大家分享一篇來自San Raffaele Telethon基因治療研究所Raffaella Di Micco實驗室和FIRC分子腫瘤學研究所的Fabrizio d’Adda di Fagagna實驗室于2020年12月16日合作發(fā)表在Nature Reviews Molecular Cell Biology上發(fā)表的一篇標題為“Cellular senescence in ageing: from mechanisms to therapeutic opportunities”的綜述，該文章總結(jié)了衰老細胞的特性以及細胞衰老的機制并探討了通過清除衰老細胞進而延緩衰老的方法，小編這里將為您詳細揭秘細胞衰老與個體衰老之間的“愛恨情仇”。

通訊作者：Raffaella Di Micco（左） Fabrizio d’Adda di Fagagna（右）

（圖片來源于網(wǎng)絡）

摘要

細胞衰老一詞最早于1961年提出，隨著研究的日益深入，目前已經(jīng)成為很多生物技術(shù)公司用于改善人類各種疾病的重要靶標。細胞衰老以永久性的增殖停滯為特征，在響應包括端粒功能障礙、癌基因激活和持續(xù)性DNA損傷等內(nèi)源或外源刺激時發(fā)生。此外，細胞衰老還可以在多種生物發(fā)生過程中發(fā)生，例如早期胚胎發(fā)育等。衰老細胞的外源活性，主要和衰老相關分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）相關，它不僅擴大了衰老細胞增長停滯的影響，還會阻礙組織再生并導致衰老相關的慢性疾病和個體衰老的發(fā)生。本篇綜述主要討論了細胞衰老相關分泌表型的機制和調(diào)節(jié)因子，并概述了以衰老細胞為靶標，通過senolytic和senomorphic療法進行衰老和衰老相關疾病干預的手段的潛在價值。

前言

細胞衰老在響應多種誘發(fā)因素時產(chǎn)生，這些誘發(fā)因素主要包括DNA損傷、端粒功能障礙、癌基因激活和細胞器應激等。此外，細胞衰老還與腫瘤抑制、組織修復、胚胎發(fā)生和個體衰老等過程相關。1961年，Hayflick和Moorhead證明：正常培養(yǎng)的人類成纖維細胞在進入不可逆的生長停滯（稱為復制衰老）之前會表現(xiàn)出有限的細胞分裂能力。于是，科學家們提出了這樣的假設：細胞增殖能力的逐漸喪失最終會導致組織的衰老，這可能是因為細胞增殖對于受損細胞的替換至關重要。但是，開發(fā)能夠證明該假設的工具就已花費科學家們數(shù)十年之久。

確定衰老細胞的特異標志是在活組織中檢測衰老細胞的第一個難題。衰老相關的β-半乳糖苷酶（senescence-associated-β-galactosidase, SA-β-gal）活性是鑒定衰老細胞的最早生物標記之一，該標記有效證明了衰老細胞會在多種哺乳動物的衰老相關疾病病灶和衰老組織中逐漸積累。衰老細胞的另一個顯著特征是細胞周期抑制蛋白（統(tǒng)稱為細胞周期依賴性激酶抑制劑）的表達增加，這會導致衰老細胞的停滯狀態(tài)的維持，進而導致衰老細胞的不斷積累，其中p16^INK4A（以下稱為p16）是最主要的細胞周期抑制蛋白。有實驗表明p16缺乏的小鼠容易自發(fā)形成腫瘤。20世紀90年代末，發(fā)現(xiàn)過度的致癌信號或腫瘤抑制作用的喪失都會過早地誘發(fā)細胞衰老。后來科學家們又發(fā)現(xiàn)異常的DNA復制和DNA損傷積累會也會誘發(fā)細胞衰老。但是，這些特點都不是衰老細胞普遍存在的，因此，同時測試多個生物標志物以定義衰老狀態(tài)非常重要。

為了從進化的角度調(diào)和衰老細胞擁有的看似對立的促衰老和抗癌作用，衰老細胞被認為符合衰老的拮抗多效性理論，該理論假設自然選擇有利于促進早期生殖健康的基因，這可能伴隨著未經(jīng)選擇的后果，并在生命后期產(chǎn)生負面影響，盡管這還沒有得到證實?；蛘撸梢约僭O衰老與進化成本和收益理論有關。該理論暗示衰老細胞在整個生命中都具有有益作用（例如，限制組織損傷和抑制腫瘤發(fā)生），但是老年時這些作用的代價超過了益處。最近有幾種方法證實了衰老細胞在許多疾病中都起到了致病作用。這些方法包括INK-ATTAC11和p16-3MR12轉(zhuǎn)基因小鼠模型的建立（可選擇性消除表達p16的細胞），以及senolytic和senomorphic藥物制劑。senolytics主要是通過消除衰老的細胞來發(fā)揮功效，而senomorphics的功能實現(xiàn)則是通過調(diào)節(jié)衰老細胞的特性而非消除它們。

在這篇綜述中，作者首先描述了衰老細胞的特性以及導致細胞衰老的機制。隨后，作者討論了衰老細胞在各種生物學過程中的作用，以及如何通過將其去除或減弱其特性來進行疾病干預和健康壽命的延長。

寫在前面|名詞解釋

Sirtuins蛋白（Sirtuins）

煙酰胺二核苷酸依賴(NAD⁺)的脫酰酶，調(diào)節(jié)DNA修復、炎癥、代謝和衰老等多種細胞過程。

線粒體功能障礙相關衰老（Mitochondrial dysfunction-associated senescence，MiDAS）

線粒體損傷引發(fā)的衰老具有明顯的分泌表型，即缺乏IL-1 （Interleukin-1，IL-1）依賴型炎癥反應。

外泌體（Exosomes）

胞內(nèi)小室產(chǎn)生的細胞外囊泡參與細胞間通訊。

HMGB蛋白（HMGB proteins）

結(jié)合DNA并影響染色質(zhì)壓縮的非組蛋白分子。

骨髓偏斜（Myeloid skewing）

骨髓和血液中，與衰老相關的骨髓細胞比例增加，但其他譜系的細胞有所減少。

tau

神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)，對于維持軸突的微管結(jié)構(gòu)非常重要。在多種神經(jīng)退行性疾?。òò柎暮ＤY）中發(fā)現(xiàn)了突變體和高磷酸化形式的tau。

纖維化（Fibrosis）

細胞外基質(zhì)在疾病組織中的積累限制了正常的組織功能并導致長期的組織損傷。

低密度脂蛋白受體（LDL receptor）

介導低密度脂蛋白進入細胞的受體。編碼該受體的基因突變?nèi)菀讓е聞用}粥樣硬化的發(fā)展。

白內(nèi)障（Cataracts）

眼睛中的晶狀體混濁導致視力下降。在老年人中，通過手術(shù)更換患病的晶狀體的是白內(nèi)障常見的治療手段。

脊柱后凸（Lordokyphosis）

在實驗室小鼠和人類中均觀察到脊柱向后彎曲的異常狀態(tài)。

脂肪代謝障礙（Lipodystrophy）

脂肪組織在體內(nèi)的異常分布，包括過多沉積或不足。

INK-ATTAC

在衰老細胞中少量活躍的p16啟動子的控制下，帶有藥物誘導的胱天蛋白酶8的轉(zhuǎn)基因小鼠模型可以選擇性消除表達p16的衰老細胞

p16-3MR

在p16啟動子的控制下表達紅色熒光蛋白、螢光素酶和單純皰疹病毒胸苷激酶的三峰報告基因的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，可以追蹤和消除表達p16的衰老細胞。

細胞衰老的誘因和特征

細胞衰老是一種穩(wěn)定的、生長停滯的終末狀態(tài)，在這種狀態(tài)下即使細胞在最佳生長條件和有絲分裂刺激下仍無法增殖 （框 1，2；圖 1）。在衰老細胞中細胞存活通路往往被上調(diào)（包括抗凋亡蛋白BCL-2家族），這使得衰老細胞即使在外源應激下也具有較強的抗凋亡能力。而衰老細胞這種生存能力的增強是細胞在抗凋亡過程中適者生存的結(jié)果還是伴隨衰老過程而產(chǎn)生的結(jié)果，還有待確定。細胞最終發(fā)生凋亡還是衰老的分子機制目前尚不清楚，但這可能取決于初始刺激的強度和持續(xù)時間，以及損傷的性質(zhì)和細胞類型。因為衰老和凋亡的關鍵調(diào)節(jié)因子類似，例如p53通路的激活，因此衰老細胞的抗凋亡能力可能依賴于p53的水平和活性。因為衰老和凋亡的程序在關鍵成分上趨同，包括p53通路的激活，衰老細胞對凋亡的抵抗可能依賴于p53的水平和活性。雖然衰老被認為是一個永久的細胞周期阻滯的狀態(tài)，但最近的證據(jù)表明，至少在腫瘤形成和抗癌治療方面，細胞衰老的形成可能涉及表觀遺傳機制，表觀遺傳能以細胞自主的方式重編程癌細胞，使其獲得一定程度的干細胞特性。值得注意的是，衰老的形成是一個動態(tài)的過程，從退出細胞周期到衰老后期的不同階段中，參與其中的分子途徑有所重疊但不相同。

框1 | 衰老的生物標志物

衰老領域的一個主要限制是缺乏單一的、通用的或模型特異性的生物標志物來識別培養(yǎng)中的衰老細胞或組織樣本。目前，對衰老細胞的鑒定依賴于多種標記的組合，當這些標記同時存在時，可以區(qū)分穩(wěn)定停滯的衰老細胞和對應的靜止或分化的細胞。

在培養(yǎng)細胞和新鮮組織樣本中檢測衰老細胞，第一個也是最廣泛使用的生物指標是一種名為“衰老相關-β-半乳糖苷酶”（senescence-associated-β-galactosidase，SA-β-gal）的溶酶體酶的積累。該標記物在大多數(shù)衰老細胞中可通過組織化學染色檢測到，而在未衰老的，靜息的或永生的和轉(zhuǎn)化的細胞中一般不存在，但是SA-β-gal在組織培養(yǎng)中也可在血清饑餓或過度融合的細胞中積累，并可能標記體內(nèi)巨噬細胞的一個特定亞群作為免疫刺激可逆反應的一部分。脂褐素積累是衰老細胞的另一個特征。最近開發(fā)的一種基于生物素連接的蘇丹黑B類似物的方法正在成為一種可靠的，可在各種細胞和組織類型中追蹤衰老細胞的檢測系統(tǒng)。

衰老細胞的另一個特點是形態(tài)異常增大、扁平，胞質(zhì)核比不成比例地增加。雖然這種體積龐大的細胞質(zhì)最初被描述為伴隨細胞衰老形成的特征，但最近的一項研究表明，細胞大小的增加可能在衰老相關的生長停滯中起著重要作用。此外，在單細胞水平上，SA-β-gal陽性的衰老細胞與SA-β-gal陰性細胞相比，細胞體積增加。衰老細胞的另一個明顯標志是缺乏DNA復制，這通?？梢酝ㄟ^加入核苷類似物（例如，5-溴脫氧尿苷或[³H]胸腺嘧啶）或增殖標志物免疫染色鑒定（如PCNA和Ki-67）。這些標記物無法將衰老細胞與靜止細胞或者有絲分裂后分化的細胞區(qū)分開來。

p21和p16是兩種周期蛋白依賴性的激酶抑制劑，是p53和RB控制的腫瘤抑制通路的組成部分，通常在衰老細胞中積累。因為p21和p16的表達水平足以建立和維持與衰老相關的生長阻滯，它們被用于識別組織和培養(yǎng)細胞中的衰老細胞。特別是p16，它被用作代替衰老標記物使用，已用于衰老細胞選擇性根除的工程小鼠模型的構(gòu)建。然而，并不是所有的衰老細胞類型都表達p16，因為它也可以被某些腫瘤細胞表達，特別是那些失去RB功能的細胞。

細胞核衰老相關異染色質(zhì)聚集（senescence-associated heterochromatin foci，SAHF）也被用于識別衰老細胞，但它們似乎對由激活的致癌基因和DNA復制應激源誘導的衰老程序具有特異性。持續(xù)性DNA損傷反應因子在損傷部位積累是細胞學上可檢測的核病灶，也被用作衰老細胞的標記，當在端粒序列積累時，端粒相關病灶是衰老狀態(tài)的一個強有力的標記。

最后，衰老相關分泌表型的成分，主要是促炎細胞因子白細胞介素-6 （interleukin-6，IL-6）和IL-8，可以在轉(zhuǎn)錄和蛋白水平上用于評估一般的組織或細胞培養(yǎng)衰老。然而，單獨的SASP不能作為一個可靠的衰老生物標志物。事實上，由p16過表達引發(fā)的衰老并不會引起SASP轉(zhuǎn)錄程序的改變?？傊?，衰老表型具有高度異質(zhì)性，可能因初始觸發(fā)因子和所研究的細胞類型而不同，這一證據(jù)不斷挑戰(zhàn)著對普遍衰老生物標志物的尋找。因此，轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學在相關細胞和組織類型的單細胞水平上的研究對于找到獨特或共同的衰老狀態(tài)標記至關重要，包括可以從衰老和病變組織中分離衰老細胞的細胞表面分子。最近，科學界對創(chuàng)新的成像工具和熒光示蹤劑的開發(fā)非常感興趣，這可能代表了基于衰老的轉(zhuǎn)化醫(yī)學應用的一個轉(zhuǎn)折點。這些工具和熒光示蹤劑可以實時監(jiān)測衰老負荷，并監(jiān)測senotherapies在臨床樣本中的治療效果。

框2 | 衰老和自噬

功能障礙的細胞器，如線粒體和溶酶體，通常通過激活細胞內(nèi)名為“自噬”的降解系統(tǒng)而被降解。然而，自噬是一個促進衰老的誘發(fā)因素，還是一種在衰老過程中失去的生存機制，仍然是一個需要嚴密研究的科學研究問題。事實上，據(jù)報道，一種通過哺乳動物的雷帕霉素靶點（mammalian target of rapamycin，mTOR）激活的選擇性自噬途徑，有助于維持許多衰老相關分泌表型因子蛋白質(zhì)的合成，這些因子主要存在于癌基因誘導的衰老細胞中，其中幾種自噬調(diào)節(jié)因子的下調(diào)可延緩癌基因誘導衰老的發(fā)生。最近，一種類泛素的自噬蛋白LC3B，被發(fā)現(xiàn)與核纖層蛋白Lamin B1有關，并有助于其在癌基因誘導的衰老細胞的溶酶體中降解。重要的是，核纖層相關的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域也通過同樣的機制從細胞核轉(zhuǎn)運到溶酶體中，并促進了衰老細胞中胞漿染色質(zhì)片段的積累。抑制自噬可防止Lamin B1降解，并確保衰老細胞的核膜完整性。

在治療癌細胞誘導的衰老背景下，也有研究表明，自噬是由衰老觸發(fā)的，以應對有毒大分子積累導致的負荷增加，自噬的藥理靶向性導致衰老細胞被消除。然而，自噬也被認為通過促進受損細胞器和其他細胞成分的降解來抑制衰老，一些研究支持了這一觀點。在成人肌肉干細胞中，基礎的自噬通過抑制衰老來維持干性。衰老過程中，肌肉干細胞（衛(wèi)星細胞）的自噬活性隨著干細胞再生能力的降低而下降，從而導致老年小鼠衰老衛(wèi)星細胞的積累?；謴退ダ系男l(wèi)星細胞的自噬可以防止衰老并恢復其再生能力。同樣，自噬對氧化應激引起的衰老也有保護作用。在過度氧化應激下，通過mTOR的抑制作用增強自噬活性可以延緩細胞衰老，并在功能上恢復線粒體和溶酶體功能。進一步證明自噬在預防衰老中的作用，最近一項旨在鑒定緩解復制性衰老化合物的高通量篩選顯示，共濟失調(diào)血管擴張癥突變（ataxia telangiectasia mutated，ATM）抑制劑KU-60019通過阻斷空泡蛋白ATP6V1G1的磷酸化，功能性恢復溶酶體活性，從而增強自噬能力。ATM抑制劑也能恢復線粒體功能，減輕衰老表型。這些看似相反的作用共同反映了自噬和細胞衰老間復雜的相互調(diào)節(jié)，自噬與衰老可以被幾個衰老的觸發(fā)條件、不同的細胞類型和在衰老調(diào)控網(wǎng)絡中作用自噬程序的時空特異性的激活聯(lián)系在一起。

細胞衰老和DNA損傷應答

多種應激因素可誘導細胞的衰老，其中核DNA損傷是最常見的一種，它主要表現(xiàn)為可激活DNA損傷應答（DNA damage response，DDR）的DNA雙鏈斷裂（DNA double-strand breaks，DSBs）的積累。（圖 1）。DDR發(fā)揮檢查點功能來阻斷細胞周期，并防止錯誤的遺傳信息遺傳給子細胞。一些DDR因子在DNA損傷部位積累，形成由擴展染色質(zhì)修飾事件（如組蛋白H2AX磷酸化）和與其相關的蛋白質(zhì)（包括MDC1、53BP1和毛細血管擴張性共濟失調(diào)突變（ataxia telangiectasia mutated，ATM）激酶的激活形式）組成的細胞學可檢測的核位點。這些位點標記DNA損傷的部位，有助于損傷被修復前，檢查點功能的執(zhí)行和細胞周期的阻滯。如果DNA損傷持續(xù)存在，它會導致DDR信號的延長和以細胞衰老為形式的持久性增殖阻滯。最近的研究證明，在培養(yǎng)的衰老細胞中觀察到的持久性DDR位點含有未修復的DSBs，這支持了細胞衰老類似于延長檢查點激活時間的觀點。抑制DDR信號激酶（ATM、ATR、CHK1和CHK2）使衰老細胞重新進入細胞周期。在DDR級聯(lián)效應的后期，腫瘤抑制物p53被激活（p53是ATM及其旁系同源物ATR的靶點）并刺激細胞周期素依賴性激酶抑制劑p21的表達（p21是衰老相關細胞周期阻滯的重要介質(zhì)）。p16是CDK4和CDK6的抑制劑，也是幾種衰老類型的關鍵酶；p21在衰老早期被激活，p16在衰老后期被激活，可能是為了維持衰老表型。除了DDR級聯(lián)效應被激活外，腫瘤抑制因子ARF還穩(wěn)定p53，從而誘發(fā)衰老。目前很多工作主要集中在研究DDR和ARF這兩條主要途徑在p53依賴型衰老的發(fā)生(特別是為了應對致癌挑戰(zhàn))過程中的作用。最初的觀點主要是基于小鼠的研究，即DDR和ARF發(fā)揮拮抗作用，因為ARF在腫瘤發(fā)生過程中以一種與DDR無關的方式被轉(zhuǎn)錄激活。最近，一項研究報道了人類癌癥模型中緊密的調(diào)控網(wǎng)絡，在這種網(wǎng)絡中，ATM抑制ARF水平，當ATM被滅活時，ARF作為癌癥進展的次要障礙。與這種時間規(guī)律相一致，DDR先于ARF參與，ARF激活在癌癥進展的后期才被檢測到并且比DDR更少。

圖 1 | 衰老的驅(qū)動因素和表型。 核DNA損傷與衰老的發(fā)生往往是因果關系。DNA損傷激活一個信號級聯(lián)，定義為DNA損傷應答（DNA damage response，DDR），其特征是磷酸化組蛋白H2AX（γH2AX）、53BP1和MDC1、頂部的激酶毛細血管擴張性共濟失調(diào)突變（ataxia telangiectasia mutated，ATM）和ATR以及下游激酶CHK2和CHK1。信號最終匯聚于p53激活，這反過來又導致細胞周期阻滯。延長的DDR激活會觸發(fā)衰老。在染色體末端的一個或幾個DDR信號端粒，足以觸發(fā)復制性細胞衰老。癌基因激活也是一個強大的衰老觸發(fā)因子。具體來說，大多數(shù)活化的癌基因，部分是通過活性氧（ROS）的產(chǎn)生，導致過度增殖和改變DNA復制模式，最終導致復制應激和DNA損傷積累在脆性位點，包括端粒。除了延長DDR活化外，衰老特征還包括細胞周期阻滯（通過上調(diào)p21和p16細胞周期抑制劑）、氧化損傷（通過增加ROS水平檢測到）、上調(diào)抗凋亡蛋白BCL-2家族，從而促進細胞凋亡的抗性、代謝變化（包括衰老相關β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）積累）、衰老相關異染色質(zhì)聚集（senescence-associated heterochromatin foci，SAHF）和衰老相關分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）。

端?？s短和損傷

細胞衰老發(fā)生的第一個也是最顯著的特征機制之一是端粒縮短。由于標準的DNA復制程序無法完全復制染色體DNA末端，在沒有端粒維持機制的情況下，如端粒酶的表達或端粒之間的重組，端粒隨著每一輪DNA復制而縮短。在一定長度以下，端粒封閉因子或保護結(jié)構(gòu)的丟失使端粒非常短，類似于單端DSBs，從而觸發(fā)與DNA DSBs觸發(fā)的DDR非常相似的DDR（圖 1）。一個或幾個DDR信號端粒足以觸發(fā)復制性細胞衰老，端粒酶的強制表達可防止細胞衰老，促進細胞無限增殖。

持續(xù)的DDR激活也發(fā)生在端粒未嚴重縮短的情況下，因為當DSBs位于端粒時，暴露于外源性基因毒性處理的不分裂細胞和不分裂的衰老細胞中的修復效率要低得多。由于端粒DSBs的持續(xù)存在，細胞衰老會發(fā)生并被維持。因此，端粒上DDR的持續(xù)激活是細胞衰老的一個觸發(fā)條件，它既可以發(fā)生在增殖細胞的端粒縮短時，也可以發(fā)生在不增殖細胞（靜止或終末分化）的端粒DNA損傷時，而不受端粒長度的影響。

癌基因誘導的衰老

癌基因活化是細胞衰老的一個強力誘因。癌基因的表達觸發(fā)了一個初始的高增殖期，這一時期與DNA復制的改變密切相關，這種改變最終會參與DDR途徑并導致衰老。這一過程被稱為癌基因誘導衰老（oncogene-induced senescence，OIS）。腫瘤抑制因子表達的喪失也會導致增殖停滯，如PTEN丟失引起的細胞衰老（PTEN loss-induced cellular senescence，PICS）。雖然最初PTEN丟失誘導的細胞衰老被認為與DDR的激活無關，但后來又發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)PTEN的丟失與過度增殖、DDR的參與和細胞衰老均有聯(lián)系。值得注意的是，不同于致癌的RAS或BRAF，研究表明，PI3K - AKT通路的激活會促進p53依賴性衰老，這一過程通常發(fā)生在沒有明顯的過度增殖和強烈的DNA損傷積累的情況下，這暗示了不同的潛在機制。

端粒對DNA復制應激異常敏感，包括癌基因?qū)е碌亩肆９δ苷系K和癌基因積累引起的端粒功能障礙，而且已經(jīng)在人類增生性癌癥病變中觀察到DDR。活性氧（Reactive oxygen species，ROS）在腫瘤中積累，除了公認的作為DNA破壞因子外，它們還可以作為信號分子，介導并促進癌基因的表達。最近由于意外發(fā)現(xiàn)癌基因誘導的活性氧主要通過NADPH氧化酶產(chǎn)生，并可以改變DNA復制過程，造成DNA損傷積累來促進初始增生期從而誘導細胞衰老，ROS在促進細胞增殖和促進與衰老相關的DNA損傷方面自相矛盾的作用被部分解決了。

線粒體功能障礙和細胞衰老

衰老細胞氧化應激的增加與功能失調(diào)的線粒體的積累有關。事實上，衰老細胞的特征是線粒體質(zhì)量、膜電位和線粒體形態(tài)的改變。線粒體功能失調(diào)可能在衰老過程中發(fā)揮重要作用，因為線粒體去乙酰化酶（一組調(diào)節(jié)不同物種衰老的進化保守的蛋白）的缺失以及線粒體功能的選擇性化學抑制一般會觸發(fā)衰老。有證據(jù)支持核DNA損傷與線粒體功能障礙之間的相互影響。值得注意的是，線粒體功能障礙相關衰老（mitochondrial dysfunction-associated senescence，MiDAS）以一種獨特的表型為特征，表現(xiàn)出一種獨特的細胞非自主程序，這可能是衰老動物體內(nèi)代謝改變和脂肪細胞分化異常的原因。

衰老細胞中的染色質(zhì)變化

大多數(shù)衰老細胞表現(xiàn)出表觀基因組和染色質(zhì)組裝的深刻變化。這些變化與衰老相關增殖阻滯的細胞自主性和旁分泌（即對周圍細胞的影響）有關。衰老相關異染色質(zhì)聚集（senescence-associated heterochromatin foci，SAHF）是異染色質(zhì)的空間領域，可以檢測到富含抑制性染色質(zhì)標記和蛋白的致密的4’，6-二氨基-2-苯吲哚（4′,6-diamidino-2-phenylindole，DAPI）陽性核結(jié)構(gòu)，包括三甲基化組蛋白H3 Lys9（trimethylated histone H3 Lys9，H3K9me3），異染色質(zhì)蛋白1 (heterochromatin protein 1，HP1)，高遷移率基團蛋白A (high mobility group protein A，HMGA)因子，組蛋白變體macroH2A和組蛋白分子伴侶HIRA和ASF1A。

雖然SAHF在癌基因激活的時候會通過DNA復制以及依賴于ATR途徑的方式產(chǎn)生，然而其并不是普遍的衰老標志物。 SAHF最初被認為能夠抑制促細胞周期相關基因的表達，但后來發(fā)現(xiàn)相反的是，SAHF加強了耐DDR的異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而抑制了DDR信號傳遞。使用能夠誘導染色質(zhì)松弛的蛋白去乙?；福?/span>histone deacetylase，HDAC）抑制劑處理，會通過細胞凋亡途徑增強DDR信號，最終導致細胞死亡。這種治療可能是首次報道的成功的senolytic方法的例子，這一點后來被報道的HDAC抑制劑panobinostat的sensenolytic 活性所支持。 HDAC抑制劑也可誘導正常人成纖維細胞的細胞衰老，這可能與其對DDR的影響有關。

衰老細胞的另一個染色質(zhì)特征是異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的展開，這種展開主要是中心粒衛(wèi)星序列的擴張，在不同的物種中觀察到這些現(xiàn)象，并遵循不同的衰老誘導模式。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的這些變化與選擇性去除抑制性組蛋白標記無關，但與核結(jié)構(gòu)蛋白的變化有關，包括核纖層的破裂。在衰老細胞的胞質(zhì)中，核纖層的缺失可導致胞質(zhì)染色質(zhì)片段（cytosolic chromatin fragments，CCFs）的釋放。雖然尚未證實，在癌基因誘導的DNA復制的背景下，難以復制的基因組區(qū)域，如脆性位點，端粒序列和重復的DNA可能與CCFs有關。目前尚不清楚CCF是否僅在深度衰老的細胞中形成。重要的是，CCFs通過激活環(huán)GMP-AMP合成酶（cyclic GMP–AMP synthase，cGAS）和干擾素基因刺激因子（stimulator of interferon genes，STING）受體通路（稍后討論）來調(diào)控與衰老相關的旁分泌功能。據(jù)報道，低劑量的HDAC抑制劑可以降低CCFs并抑制衰老相關的分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）。

最近，在染色質(zhì)修飾的全基因組圖譜方面，研究人員取得了技術(shù)進步，推動了衰老發(fā)生及其過程中分子圖譜的建立。在復制衰老過程中，復制后期、基因貧乏的區(qū)域表現(xiàn)出廣泛的DNA低甲基化，而局灶性高甲基化則見于腫瘤抑制基因。這些發(fā)現(xiàn)催生了衰老細胞可能是表觀遺傳的惡性轉(zhuǎn)化的假設。但是這個假說最近受到了一項觀察的挑戰(zhàn)，該觀察發(fā)現(xiàn)，與OIS逃逸的細胞相比，OIS細胞中甲基化模式的變化有限，這表明腫瘤相關的甲基組變化可能是隨機發(fā)生的，并獨立于衰老狀態(tài)。與DNA甲基化變化的情況相比，癌基因誘導的衰老細胞和晚期復制衰老的成纖維細胞在核小體水平上顯示出染色質(zhì)可及性的顯著增加，大多數(shù)開放染色質(zhì)區(qū)域映射到調(diào)控元件和重復序列?；蚪M重復位點的染色質(zhì)松動導致轉(zhuǎn)座因子表達增加，在非應激細胞中轉(zhuǎn)座因子通常是表觀遺傳沉默和休眠的。

盡管轉(zhuǎn)座元件在通過轉(zhuǎn)座觸發(fā)基因組不穩(wěn)定中的作用被廣泛接受，但轉(zhuǎn)座元件的再激活也有助于介導衰老細胞的非細胞自主功能，詳見下文。H3K4me3的全基因組分析，衰老細胞中的H3K27me3和H3k27ac也揭示了大規(guī)模染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的動態(tài)獲取和耗竭，這些結(jié)構(gòu)域已被認為調(diào)節(jié)衰老下游關鍵效應因子的表達。

SASP的組成和調(diào)節(jié)

通過轉(zhuǎn)錄激活SASP也是衰老細胞發(fā)揮其多種生物學功能的一種潛在機制，衰老細胞可通過分泌細胞因子、趨化因子、生長因子和細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）蛋白酶加重自身衰老進程或影響衰老細胞的局部組織微環(huán)境甚至個體（圖 2）。SASP激活是一個伴隨衰老發(fā)生的動態(tài)過程。SASP最初被定義為一個重要的分泌過程，包括幾十個甚至數(shù)百個生物活性因子。

SASP的組成因細胞類型和初始刺激的性質(zhì)而不同，與復制或輻射誘導的衰老相比，致癌因素放大了蛋白質(zhì)的分泌。盡管SASP在不同組織和衰老模型中存在一些定性和定量差異，但在所有類型的體外衰老細胞中，都報道了IL-6、CXC 趨化因子配體8（CXC chemokine ligand 8，CXCL8，下稱IL-8） 和單核細胞趨化蛋白1（monocyte chemoattractant protein 1，MCP1；又稱CCL2），這三者組成了SASP的核心。SASP不僅包括促炎分子，還包括參與ECM重塑的酶，如基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs），絲氨酸/半胱氨酸蛋白酶抑制劑（serine/cysteine proteinase inhibitors，SERPINs）和金屬蛋白酶組織抑制劑（tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs）。最近對SASP進行的全面無偏定量蛋白質(zhì)組學分析鑒定出了更多不同的SASP效應物，它們能作為可溶分子或外泌體被釋放出去。外泌體中含有一系列成分，這些成分在先前報道中會富集在衰老和衰老相關疾病人群的血漿里。外泌體最近被確定為SASP旁分泌衰老效應以及外泌體促癌屬性的關鍵媒介。

圖 2 | SASP調(diào)節(jié)。衰老相關分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）激活是一個動態(tài)的過程，由衰老觸發(fā)，伴隨著細胞周期的退出。一個核心的SASP程序主要包括以IL-1依賴方式調(diào)節(jié)的促炎白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）、IL-8和單核細胞趨化蛋白1（monocyte chemoattractant protein 1，MCP1），以及參與細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）重塑的酶，如基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）、絲氨酸/半胱氨酸蛋白酶抑制劑（serine/cysteine proteinase Inhibitors，SERPINs）和組織金屬蛋白酶抑制劑（tissue inhibitors of metalloproteinases，TIMPs）。最近，發(fā)現(xiàn)了其他作為可溶性分子或外泌體釋放的SASP核心效應物，包括GDF15、STC1和MMP1。DNA損傷反應因子，包括上游DNA損傷反應激酶，通過核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）誘導SASP基因。促分裂原活化蛋白激酶p38也通過增加NF-κB的活性來誘導SASP基因。幾種轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子的激活與SASP的激活和調(diào)控有關。NF-κB轉(zhuǎn)錄因子CCAAT/增強子結(jié)合蛋白β（CCAAT/enhancer-binding protein-β，C/EBPβ）結(jié)合SASP基因的啟動子并調(diào)節(jié)其激活。GATA4通過產(chǎn)生IL-1間接調(diào)控NF-κB和SASP基因。哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）途徑的靶點促進SASP的產(chǎn)生，通過增加mRNA亞群的翻譯，包括編碼IL-1α。與轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用，表觀遺傳閱讀器含溴域蛋白4（bromodomain-containing protein 4，BRD4）是一種參與腫瘤發(fā)生的乙?；M蛋白結(jié)合蛋白，被招募到SASP基因附近作為超級增強子，從而有助于細胞衰老的正確執(zhí)行。BRD4結(jié)合乙?；M蛋白H3Lys27（acetylated histone H3 Lys27，H3K27），從而與多梳抑制復合物2（polycomb repressor complex 2，PRC2）競爭，后者甲基化相同的組蛋白殘基（給予三甲基化H3K27）進行轉(zhuǎn)錄抑制。與此相一致，PRC2抑制衰老細胞中的SASP 基因。最近，據(jù)報道，DNA感受器環(huán)GMP-AMP 合成酶（ccyclic GMP–AMP Synthase，GAS）和干擾素刺激基因（stimulator of interferon genes，STING）受體是SASP程序在物種和衰老模式中的主要調(diào)節(jié)因子，可能是通過激活NF-κB和干擾素反應因子IR F3 來識別胞漿DNA 和胞漿染色質(zhì)片段（cytosolic chromatin fragments，CCFs）。cGAS-STING通路的異常激活可能與DNA酶的下調(diào)有關（例如，DNase 2和TREX1），這些酶通常參與細胞質(zhì)DNA降解。ATM，毛細血管擴張性共濟失調(diào)突變；cGAMP，環(huán)GMP-AMP；IL-1R，白介素-1受體。

DDR和SASP之間的交互作用

誘導p16可抑制正常細胞的增殖，促進細胞衰老，但不足以誘導完整的SASP。 值得注意的是，持續(xù)的DDR信號通常需要激活炎癥細胞因子的分泌。與上游DDR元件在促進衰老細胞的細胞自主性和旁分泌功能方面的作用相一致，ATM、NBS1和CHK2是SASP主要的被激活基因，因為在應對遺傳毒性應激的反應時，這些DDR上游調(diào)節(jié)因子的缺失抑制了細胞因子的產(chǎn)生。抑制p53則有相反的作用，因為它在衰老誘導的損傷后進一步增強SASP，這可能有助于產(chǎn)生易于衰老逃逸和惡性轉(zhuǎn)化的炎癥微環(huán)境。

最近，ATM被發(fā)現(xiàn)通過介導SASP基因中組蛋白變體macroH2A1.1的去除來間接調(diào)控SASP基因的表達，以響應DNA損傷和致癌應激。然而，由于DDR的激活是一個快速的反應，而SASP的建立是緩慢的，必須有額外的通路控制SASP。事實上，在沒有DNA損傷的情況下，應激誘導的MAPK p38的激活被證明是觸發(fā)生長停滯和SASP的充分必要條件。與ATM一樣，p38通過增加核因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）的活性來誘導SASP轉(zhuǎn)錄本的表達，表明雖然DDR和p38激活是獨立的，但它們可以匯合于SASP的激活。

在增殖和非增殖細胞中衰老是DDR增加相關的因素之一，年齡的增長會顯著導致衰老細胞的積累。不完全的DNA修復可能進一步有助于DNA病變的積累和DDR激活，以及在衰老過程中在不同細胞類型和生物體水平上廣泛的染色質(zhì)變化。此外，DDR是代謝重編程的驅(qū)動因素，可以增強SASP。因此，DDR通過多種途徑調(diào)節(jié)SASP可能是DDR驅(qū)動年齡相關炎癥反應的方式之一。

SASP的轉(zhuǎn)錄與表觀遺傳調(diào)控

多種轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)調(diào)控因子在轉(zhuǎn)錄水平上參與SASP的調(diào)控。NF-κB和轉(zhuǎn)錄因子CCAAT/增強子結(jié)合蛋白-β（CCAAT/enhancer-binding protein-β，C/EBPβ）結(jié)合在SASP基因的啟動子上，并調(diào)控其激活。此外，轉(zhuǎn)錄因子GATA4激活大量參與免疫應答和炎癥反應的基因，包括編碼IL-6、IL-8、CXCL1（也稱為GROα）、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子、ECM蛋白酶及其抑制劑。雖然GATA4對NF-κB通路的調(diào)控是通過增加NF-κB上游調(diào)控因子IL-1α的表達和分泌而間接進行的，但是在DDR激活的細胞及衰老細胞中GATA4表達水平仍然升高，因此有研究人員提出將GATA4作為DDR信號和隨后NF-κB激活之間的分子連接，以完善SASP激活的整體過程。

在PTEN缺失導致的細胞衰老模型中，JAK2-STAT3通路激活了一組具有免疫抑制特性的SASP因子。因此，JAK/STAT抑制劑可以有效地重編程SASP，以增強化療和T細胞介導的癌細胞與衰老細胞的清除。此外，JAK抑制劑還能夠緩解老年小鼠的身體機能衰退。SASP基因的表達是動態(tài)變化的。據(jù)報道，衰老過程中NOTCH1隨時間的活性變化能夠調(diào)節(jié)SASP的成分。早期NOTCH1水平升高會激活轉(zhuǎn)化生長因子-β及其效應因子，同時通過抑制其正調(diào)控因子C/EBPβ來調(diào)控SASP級聯(lián)的促炎通路。在后期，嚴重衰老的細胞中，NOTCH1表達水平降低，誘導SASP促炎細胞因子IL-1、IL-6和IL-8的表達。然而，目前還不清楚NOTCH1的這種功能是否與最近報道的其直接抑制ATM的作用有關。

表觀遺傳閱讀器——含溴結(jié)構(gòu)域蛋白4（bromodomain-containing protein 4，BRD4）是一種乙酰化的組蛋白結(jié)合蛋白，被招募到OIS中SASP基因附近的超增強子中，參與腫瘤發(fā)生過程。BRD4有助于細胞衰老過程的進行，并出人意料地發(fā)揮了腫瘤抑制作用。事實上，通過藥物或基因編輯使BRD4失活會導致SASP減少，限制了OIS免疫介導的細胞清除，因此這些方法可能無法清除易于衰老逃逸的受損細胞。然而，最近的一項藥物篩選發(fā)現(xiàn)了一種降解BRD4的小分子，并具有清除衰老細胞的活性。此外，在小鼠和人類的細胞中BRD4都能促進端粒的延長。因此，BRD4抑制劑可能會抑制SASP的激活，但同時也會通過促進端?？s短進而導致細胞衰老。BRD4與乙?；慕M蛋白H3 Lys27結(jié)合，從而競爭能夠甲基化相同的組蛋白殘基（產(chǎn)生三甲基化的H3Lys27）的多梳抑制復合體2（Polycomb repressor complex 2，PRC2）。與BRD4和EZH2（PRC2的催化核心亞基）競爭相同殘基并具有拮抗作用相一致的，過表達EZH2通過多種機制阻止OIS，包括DDR調(diào)控和抑制SASP基因表達。還有研究人員發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄相關的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶和癌蛋白MLL1對于SASP激活是必不可少的。但是，這主要是通過癌基因誘導的過度復制和DDR參與，而不是通過SASP基因的直接轉(zhuǎn)錄調(diào)控的。

HMGB蛋白也參與SASP的調(diào)控。HMGB2直接結(jié)合并特異性調(diào)節(jié)癌基因誘導的衰老細胞中的SASP基因表達。并且，HMGB2的耗竭會導致SASP的減少，而不會影響衰老的生長停滯。HMGB1（也被稱為alarmins）主要作為一種損傷相關的分子釋放在細胞外，來誘導SASP介導的旁分泌衰老并刺激免疫系統(tǒng)。此外，OIS過程中核孔密度的增加（導致SAHF的關鍵）通過介導異染色質(zhì)重組調(diào)節(jié)SASP的表達。

SASP和先天免疫

據(jù)報道，DNA傳感器cGAS和適配器蛋白STING是跨物種的SASP主要調(diào)控因子，可能是通過激活NF-κB和干擾素反應因子IRF3調(diào)控SASP。cGAS-STING激活主要是通過識別衰老細胞胞漿中的細胞自身的雙鏈DNA或染色質(zhì)片段。在體內(nèi)衰老模型中，cGAS-STING基因的缺失導致了促炎癥SASP和衰老免疫監(jiān)測的下降。據(jù)報道，cGAS-STING途徑的異常激活可能與通常用于細胞質(zhì)DNA降解的DNase（例如DNase 2和TREX1）的下調(diào)有關。DNase的下調(diào)導致了衰老過程中胞質(zhì)DNA的積累，增加了SASP調(diào)控的復雜性。雖然在衰老細胞中引起胞質(zhì)染色質(zhì)釋放的機制仍在研究中，但是這些發(fā)現(xiàn)表明STING抑制劑將可能用于治療衰老相關的慢性炎癥。

cGAS-STING并不是參與SASP啟動和執(zhí)行的唯一先天免疫途徑。炎癥小體也參與其中。炎癥小體是一種多蛋白復合物，包含半胱天冬酶1和抗病原體防御機制的關鍵調(diào)節(jié)劑，以及調(diào)節(jié)炎癥小體的Toll樣受體，可促進OIS期間SASP因子的成熟和分泌。衰老細胞，特別是在體外培養(yǎng)或體內(nèi)持續(xù)時間較長時，會表現(xiàn)出I型干擾素反應和下游靶點的深度激活。轉(zhuǎn)座子的重新激活和cGAS-STING激活在一定程度上導致了這種獨特的I型干擾素的深度激活。使用核苷逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑治療，可以抑制轉(zhuǎn)座子的逆轉(zhuǎn)錄，減少SASP與衰老相關的有害影響，并改善老年動物的慢性炎癥。

干細胞衰老

干細胞和祖細胞是維持組織在生理轉(zhuǎn)換和組織損傷過程中穩(wěn)態(tài)的關鍵。隨著年齡的增長，干細胞在體內(nèi)的數(shù)量不一定會有所減少，但是其功能會有所下降。在正常和病理性衰老過程中，不同組織和物種的各種干細胞類型中都會表現(xiàn)出DNA損傷和DDR激活標記。這表明干細胞也不能避免DNA損傷積累和DDR激活。

盡管DDR通路的激活有利于基因組穩(wěn)定性和干性，但有證據(jù)表明，DNA損傷后，DDR調(diào)控將導致永久性細胞周期停滯，并使細胞具有細胞衰老和細胞分化的特征。事實上，小鼠暴露于電離輻射下會導致毛皮變灰，這是由于一輪細胞分裂后受損的毛發(fā)黑色素干細胞的分化。雖然沒有檢測到一些細胞衰老標志物的變化，如p16和SA-β-gal，但黑色素干細胞的分化與持續(xù)的DDR激活有關，并且在Atm敲除小鼠中增強。相似地，端粒功能障礙或外源DNA損傷，會誘導淋巴樣分化，繼而抑制造血干細胞（haematopoietic stem cells, HSC）的自我更新。人類HSC的單細胞轉(zhuǎn)錄組學分析揭示了對DSB衰老樣程序的劑量依賴性激活。其特征在于p53的激活和促炎程序的誘導，導致了細胞成瘤潛能，遷移能力和譜系輸出的降低。相似地，老年小鼠HSC中DNA復制應力的積累與HSC衰老、造血分化不平衡和髓樣偏斜有關。但是，特別是在人類中，老年人的骨髓造血障礙是由髓樣引發(fā)的HSC分化增加或淋巴細胞分化受損所導致的仍有待進一步明確。

DNA損傷，例如電離輻射引起的DNA損傷能促進小鼠神經(jīng)干細胞的分化和誘導細胞衰老。DNA損傷導致了干性基因表達的缺失，以及向星形膠質(zhì)細胞分化的轉(zhuǎn)錄譜特征。這一細胞分化程序由ATM和可溶性因子控制，特別是通過BMP2信號。輻射小鼠體內(nèi)的譜系追蹤實驗證實了誘導分化標記物在通常由神經(jīng)干細胞組成的腦室下區(qū)表達。因此，DNA損傷誘導的細胞衰老可能與細胞分化相一致。

值得注意的是，在小鼠胚胎干細胞中，p53誘導的程序與分化過程的轉(zhuǎn)錄激活和多能干細胞基因的抑制有關。與上述結(jié)果一致，衰老以程序化方式進行，并有助于哺乳動物胚胎發(fā)育和組織發(fā)生，但主要是通過誘導p21，p15和SASP等介導因子的表達，而不是通過DDR信號轉(zhuǎn)導。

總的來說，在黑色素細胞干細胞、造血干細胞、神經(jīng)干細胞、胚胎干細胞和整個胚胎中的這些實驗表明，干細胞中持續(xù)存在的遺傳毒性應激，且可能在祖細胞和分化程度較低的細胞中更為廣泛，可導致伴隨有細胞分化特征的細胞衰老。盡管細胞衰老通常不被認為是細胞分化的一種形式，因為它通常是大分子損傷的結(jié)果，而細胞分化卻不是，但共同點是驚人的：它們都涉及細胞周期停滯，并具有通常由可溶性因子控制的獨特轉(zhuǎn)錄程序。從最開始，衰老研究就普遍使用分化程度較高的細胞（最典型的是成纖維細胞）。這可能導致細胞衰老未被作為應激誘導分化程序的發(fā)現(xiàn)，也許在不同的研究中，細胞衰老也可以被認為是DNA損傷誘導的細胞分化的一種形式。

有絲分裂后的細胞會變得“衰老”嗎？

在衰老過程中，終末分化的細胞中會積累持續(xù)的DNA損傷和DDR標志物。這引出了一個問題——即持續(xù)的DNA損傷信號傳導是否導致細胞周期抑制因子的表達，并最終導致細胞衰老，從而使細胞從非分裂的生理狀態(tài)轉(zhuǎn)換為非分裂的病理狀態(tài)。雖然目前僅主要在神經(jīng)元中進行了研究，但越來越多的證據(jù)表明，細胞衰老可能與終末分化的細胞有關。在衰老小鼠不同類型的神經(jīng)元中均檢測到DDR信號轉(zhuǎn)導、異染色質(zhì)誘導和SASP激活的標志物，包括IL-6的分泌和SA-β-gal的積累。此外，短期的飲食限制則能夠減少它們的積累。這些表型在端粒酶失活的小鼠中會加重，但是p21的缺失會導致這些標記物的減少。相反地，小鼠肥胖則與大腦特定部位神經(jīng)元中衰老標志物的表達有關。在阿爾茨海默病小鼠模型中，對含有tau蛋白的的神經(jīng)元進行轉(zhuǎn)錄組分析表明，這類細胞的表達譜與衰老細胞一致。還有研究發(fā)現(xiàn)在視網(wǎng)膜病變中，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞（視網(wǎng)膜中的神經(jīng)細胞）中會發(fā)生DDR的激活以及SA-β-gal、p16和p21這些標志物的積累。

在攝入過多熱量的小鼠模型中成熟的有絲分裂后脂肪細胞以p53依賴的途徑表現(xiàn)出較多SA-β-gal和SASP的積累，但目前尚無DNA損傷積累等其他標記的報道。骨細胞是調(diào)控骨穩(wěn)態(tài)的有絲分裂后分化細胞。在老年小鼠中，骨細胞表現(xiàn)出端粒功能障礙標志物的表達以及p16的積累。研究表明，骨細胞中的SASP激活可促進破骨細胞活性，從而導致骨強度的下降。在這種情況下，清除衰老細胞的藥物減少了骨質(zhì)流失。

此外，心肌細胞中持續(xù)的端粒DNA損傷會導致衰老表型，其特征包括p16和p21的表達增加，以及導致心臟肥大和纖維化的非經(jīng)典SASP途徑。事實上，通過遺傳或藥物的方法清除表達p16的衰老細胞均可以改善老年小鼠的心臟功能。確定衰老細胞對某種疾病作用，最有力的方式是通過遺傳操作或藥物的方式將其清除。然而，由于目前沒有工具可以選擇性地靶向分化的衰老細胞亞群，所以它們在衰老相關過程中的作用仍不清楚。

細胞衰老的有益作用

細胞衰老是一種進化過程中發(fā)揮一些基本功能及有益功能的應激反應（圖3）。在胚胎發(fā)育中，衰老細胞表現(xiàn)出了明顯的有益作用。細胞衰老的一種獨特形式發(fā)生在哺乳動物發(fā)育中，調(diào)控其胚胎和胎盤的生長發(fā)育。同樣，在兩棲動物中，細胞衰老發(fā)生在發(fā)育的特定階段以塑造身體的生長。因此，生命早期的細胞衰老對正常的發(fā)育和形態(tài)發(fā)生非常重要；而在生命后期，細胞衰老則對組織修復和抑制腫瘤生長起重要作用。雖然腫瘤抑制活性主要由細胞自主性細胞周期停滯介導，但大多數(shù)其他衰老功能均涉及SASP。隨著時間的積累，盡管SASP有利于組織的正常發(fā)育與修復，及免疫細胞的募集；但其持久的SASP作用可能會引發(fā)慢性炎癥，并導致衰老相關疾病，甚至相反地引起癌癥。

圖3 | 細胞衰老的生物學結(jié)果。衰老細胞執(zhí)行不同的生物學功能，這些功能取決于上下游的途徑可能產(chǎn)生有害或有益的結(jié)果。作為有益的功能，衰老細胞通過分泌FGF4和FGF8來引導組織再生和胚胎發(fā)育，并通過基質(zhì)金屬蛋白酶2和9（metalloproteinase 2 and 9, MMP2 and MMP9）塑造胎盤的結(jié)構(gòu)和功能。衰老細胞還通過限制細胞過度增殖來抑制組織損傷，并通過分泌PDGF-AA部分地促進傷口愈合。此外，衰老最顯著的功能之一是抑制腫瘤。衰老細胞通過上調(diào)p53，p16和p21的細胞自主阻斷細胞周期進程來限制腫瘤的發(fā)展，并通過分泌白介素6（IL-6）和IL-8促進鄰近細胞的衰老，從而以細胞非自主的方式限制腫瘤的發(fā)展。作為有害功能，衰老細胞可以誘導促炎性微環(huán)境，并通過多種SASP成分促進腫瘤的發(fā)展。同樣，衰老細胞在衰老期間及多種衰老相關疾病中會促進慢性炎癥。SASP因子，包括IL-6，IL-1受體拮抗劑（IL-1 receptor antagonist，IL-1RA），GROα和干擾素-γ（interferon-γ，IFNγ）是上述效應的主要介導因子。其他SASP因子，包括MMP，也可能會進一步破壞組織結(jié)構(gòu)并促進炎癥和腫瘤發(fā)生。當干細胞或祖細胞由于細胞周期抑制蛋白（例如p16和p21）的上調(diào)而進入衰老時，它們不再能夠通過提供新生細胞來發(fā)揮其促進組織再生的功能，從而限制了組織的再生潛力。衰老細胞至少還可以通過IL-6促進的重編程過程部分重編程為胚胎狀態(tài)。一方面，重編程可以促進組織再生，但是另一方面，也會促進腫瘤的發(fā)展。

細胞衰老有助于維持損傷后組織結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定。例如，肝纖維化是與肝臟瘢痕形成和功能降低有關的疾病，衰老限制了ECM的產(chǎn)生和肝星狀細胞的活化與增殖。這種反應抑制了肝損傷后肝纖維化的發(fā)展。這些細胞中的SASP會募集自然殺傷（natural killer，NK）細胞，從而清除肝臟中的衰老細胞，從而恢復肝臟的穩(wěn)態(tài)。細胞通訊網(wǎng)絡因子1（cellular communication network factor 1，CCN1，也稱為CYR61），是一種在肝臟中介導細胞衰老的ECM蛋白，在皮膚傷口愈合期間促進成纖維細胞的衰老，從而限制了皮膚纖維化。在傷口愈合過程中，SASP組分PDGF-AA則會加速傷口的愈合。此外，衰老誘導過程也限制了胰腺纖維化的進程。

細胞衰老也與其他系統(tǒng)的組織修復有關。在斑馬魚中，衰老受損會阻止截肢后鰭的再生；而在蠑螈中，衰老細胞也與肢體再生有關。總而言之，這些結(jié)果表明細胞衰老已經(jīng)發(fā)展為了一種抑制生物體中的組織損傷反應的程序，并能夠促進組織修復和重塑，迅速恢復組織的功能狀態(tài)。

一旦執(zhí)行了有益的功能，衰老細胞的穩(wěn)態(tài)功能就取決于免疫系統(tǒng)對它們的清除作用。特異的SASP趨化因子能夠吸引免疫細胞的不同亞群，包括NK細胞、嗜中性粒細胞、樹突狀細胞、單核細胞/巨噬細胞、B細胞和T細胞。在這些細胞類型中，NK細胞、T細胞和巨噬細胞可以在病理及生理條件下與衰老細胞發(fā)生物理性的相互作用。這種反應是由SASP成分以及免疫細胞和衰老細胞之間的直接相互作用介導的。免疫系統(tǒng)對衰老細胞的監(jiān)視和清除是必要的，這樣才能抑制惡性病變和癌癥治療后的腫瘤發(fā)生。同樣，衰老免疫監(jiān)視對于限制病理性纖維化病和衰老也是必不可少的。相反地，在衰老細胞積累相關的癌癥發(fā)展過程中，SASP可以募集未成熟的髓樣細胞以旁分泌方式促進腫瘤發(fā)生。另外，衰老細胞能夠通過SASP促進癌癥的發(fā)展和轉(zhuǎn)移，并使治療失敗和復發(fā)風險的增加。因此，SASP是衰老表型的一個組成部分，并且是衰老細胞向免疫系統(tǒng)發(fā)出的信號。此外，SASP還可促進衰老細胞的清除。但是當衰老細胞持續(xù)存在時，其產(chǎn)生的SASP則會產(chǎn)生有害作用。

衰老的有害影響

衰老細胞能夠通過多種機制促進機體的衰老。隨著年齡的增長，個體往往會表現(xiàn)出高循環(huán)水平炎癥分子的狀態(tài)（即炎癥）。炎性衰老是各種衰老相關的慢性疾病的一個風險因素，包括心血管疾病、一些癌癥和神經(jīng)退行性疾病，并且還與過早死亡相關。此外，老年人血液中的炎癥分子還與體重減輕、肌肉萎縮、身體虛弱、慢性炎癥和抑郁相關（這些癥狀被認為是身體機能下降的表現(xiàn)）。在探究衰老相關慢性表型的共同基因組變異時，研究人員揭示了細胞衰老、炎癥和身體機能下降之間的分子聯(lián)系。最近，全基因組關聯(lián)研究揭示了編碼p15^INK4B、p16和ARF的INK4/ARF基因位點是衰老生長停滯的關鍵效應因子。該位點是癌癥、糖尿病、心血管疾病以及老年人的生理功能障礙等幾種衰老相關疾病易發(fā)的基因組熱點。此外，在衰老過程中，端粒長度縮短與代謝和心臟功能障礙有關。SASP可能導致了多種衰老器官的功能障礙。事實上，IL-6、IL-1、IL-1RA和腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor，TNF）受體等所有重要的SASP效應因子在血液中濃度升高均可作為預測老年人慢性疾病的依據(jù)。在小鼠體內(nèi)移植相對較少的衰老細胞，即會導致組織功能障礙和壽命縮短。這可以證明細胞衰老是導致身體機能下降和衰老相關疾病的原因。

最近，研究人員在LDL受體缺失的動脈粥樣硬化斑塊小鼠模型中，發(fā)現(xiàn)了大量SA-β-gal的積累和p16陽性的內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞和巨噬細胞。研究人員通過遺傳操作方法和senolytics清除p16-3MR和INK-ATTAC轉(zhuǎn)基因小鼠中的p16陽性細胞，減少了斑塊形成和增大，同時抑制了SASP的表達。與小鼠中的這些數(shù)據(jù)一致，雖然p16主要由炎性巨噬細胞表達，但人動脈粥樣硬化斑塊中出現(xiàn)了p16陽性細胞的高度富集。此外，研究人員也不能排除在易患動脈粥樣硬化的小鼠中，senolysis的積極作用是消除炎癥性巨噬細胞的結(jié)果。研究人員在患有組織細胞病的病人中，以及伴有多器官彌散高度炎癥和p16陽性髓系細胞的癌基因激活相關的血液腫瘤中，也發(fā)現(xiàn)了具有衰老樣特征的巨噬細胞。

如前所述，除了通過SASP在機體水平上對炎癥和慢性疾病的影響外，衰老細胞還可能通過抑制干細胞和祖細胞的增殖潛能來影響組織再生。積累了DNA和分子損傷，并在上調(diào)p16的刺激下進入衰老狀態(tài)的肌肉祖細胞并不能促進損傷后的肌肉再生。綜上所述，衰老以細胞自主的方式抑制了干細胞和祖細胞的增殖。另外，最近有報道稱，當HSC暴露于衰老的基質(zhì)細胞產(chǎn)生的SASP因子時，其克隆形成特性會受到損害。這表明衰老還可能以旁分泌方式影響再生。

雖然研究人員已經(jīng)充分明確了衰老對成體干細胞功能的有害影響，但在體細胞重編程為胚胎樣狀態(tài)的過程中，細胞衰老則有待進一步研究。體外研究表明細胞衰老是細胞自身阻礙OCT4，SOX2，KLF4和MYC（通常稱為OSKM）進行轉(zhuǎn)錄因子介導重編程的屏障，其作用類似于抑制腫瘤。但是，這些因子在體內(nèi)的表達會誘導衰老和SASP產(chǎn)生，從而促進旁分泌衰老以及非細胞自主的方式在非衰老細胞中進行重編程。在這些相同的模型中，驅(qū)動細胞衰老的外源性組織損傷促進了重新編程。誘導衰老對于細胞重編程是必要的，因為SASP因子的產(chǎn)生以旁分泌方式促進了重編程為誘導性多能干細胞的過程。SASP中的IL-6對于誘導性多能干細胞的產(chǎn)生似乎至關重要。

細胞衰老的非細胞自主效應在不同的狀態(tài)下有所不同。在體外，SASP因子IL-8，GROα，IL-6和IGFBP7以自分泌方式促進衰老表型。此外，可溶性或細胞外囊泡中的特定SASP成分可以旁分泌途徑誘導衰老（包括DDR的激活）。這些因子可能會促進組織衰老，并導致組織和機體功能障礙。在體內(nèi)，SASP所導致的結(jié)果更為復雜。例如，SASP成分干擾素-γ會在端?？s短的小鼠中誘導細胞衰老和組織衰老，而抑制干擾素-γ信號傳導可以改善衰老相關表型并延長壽命。同樣，轉(zhuǎn)化生長因子-β可通過阻斷鄰近未損傷肝細胞的旁分泌衰老，來促進損傷時的肝臟再生。相反地，體內(nèi)短期的SASP處理可促進干細胞標志物的表達，并增強小鼠角質(zhì)形成細胞和骨骼肌的再生能力。然而，長時間的SASP處理會導致旁分泌誘導的衰老。這表明至少在體內(nèi)，SASP的作用取決于其組成和處理時間。從進化的角度看，SASP短期內(nèi)可能通過增強干細胞功能，促進傷口愈合和組織損傷修復；而衰老細胞的長期存在則可能會導致SASP的有害作用。

細胞衰老是個體衰老的驅(qū)動力

BubR1小鼠早衰模型在證明細胞衰老細胞引發(fā)個體衰老和疾病方面發(fā)揮了重要的作用。BubR1是有絲分裂檢驗點機制的一部分，可確保在有絲分裂過程中將重復的染色體正確分配在兩個相同的子細胞中。BubR1表達水平正常的小鼠中，約10％的小鼠會在生命早期表現(xiàn)出壽命縮短、白內(nèi)障、駝背、脂肪代謝障礙和不育等各種早衰特征。BubR1小鼠的脂肪組織，骨骼肌和眼睛中出現(xiàn)了高水平的p16表達及其他衰老相關特征。為了減少高表達p16細胞的積累，研究人員將BubR1突變小鼠與Cdkn2a^p16基因敲除小鼠進行了繁殖。在p16缺失的情況下，與衰老相關的脂肪組織、骨骼肌和眼睛的功能障礙有所緩解。重要的是，從基因水平上抑制了p19^ARF的積累（一種通過影響MDM2介導的降解來調(diào)節(jié)p53穩(wěn)定性的腫瘤抑制因子）并未導致類似的結(jié)果。這表明p16對這些疾病至關重要。

根據(jù)上述結(jié)果，研究人員已經(jīng)構(gòu)建了INK-ATTAC11和p16-3MR12兩種不同的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，以嚴格檢測清除衰老細胞是否會影響衰老以及衰老細胞積累相關的疾病。重要的是，從斷奶開始對具有INK-ATTAC轉(zhuǎn)基因的BubR1小鼠進行清除表達p16的細胞，能夠減少骨骼肌、眼睛和脂肪組織中衰老細胞的積累并緩解早衰。在自然衰老小鼠中使用INK-ATTAC系統(tǒng)進行的第二項研究驗證了上述發(fā)現(xiàn)，并且延長了不同的遺傳背景雄性和雌性小鼠的中位壽命及健康壽命，還改善了腎臟瘢痕形成、心肌細胞肥大、心臟壓力不耐受、白內(nèi)障和脂肪代謝障礙。

p16-3MR小鼠模型表達了一種三態(tài)性報告基因融合蛋白。該蛋白由合成的海腎熒光素酶，單體紅色熒光蛋白和截短的單純皰疹病毒胸苷激酶組成，并由p16人工啟動子控制。更昔洛韋是一種核苷類似物，會被單純皰疹病毒胸苷激酶轉(zhuǎn)化為有毒的DNA鏈終止劑，導致細胞死亡。在p16-3MR小鼠模型中，表達p16的細胞對更昔洛韋的清除敏感。這兩種小鼠模型極大地促進了我們對衰老細胞是否會導致衰老與衰老相關關的疾病的理解，包括帕金森癥、阿爾茨海默癥、動脈粥樣硬化、特發(fā)性肺纖維化、慢性阻塞性肺疾病和骨關節(jié)炎。然而，清除衰老細胞或其分泌的SASP是否是改善衰老及衰老相關疾病的關鍵因素，目前還不清楚。

探尋延緩衰老的新療法

文獻中充斥著衰老細胞在各種與年齡有關的疾病中積累的證據(jù)。因觀察到消除衰老細胞在很大程度上是有益的，并且似乎缺乏長期的負面影響，學術(shù)界和工業(yè)界的研究人員旨在尋找在沒有基因工程的情況下適用于人的消除衰老細胞新藥物和策略。這些“治療療法”的策略可大致分為兩類：第一個是通過選擇性殺死衰老細胞（使用稱為“senolytics”的藥理學化合物）。第二個是通過使用senomorphics藥物來消除細胞間通訊的有害影響，包括SASP。

Senolytics

最近，結(jié)合衰老的體外模型和體內(nèi)的動物模型，開發(fā)了各種senolysis 策略（圖4；表1）。衰老細胞經(jīng)常上調(diào)凋亡的負調(diào)節(jié)因子，包括BCL-2 家族成員（包括BCL-2，BCL-W和BCL-X_L），從而賦予對凋亡誘導信號的抗性?？顾ダ纤幬?span>ABT-737和ABT-263（也稱為navitoclax）抑制BCL-2 家族成員的活性，從而使衰老細胞開始凋亡。另外，據(jù)認為抑制BCL-X_L的A-1331852 和A-1155463 也表現(xiàn)出抗衰老活性。最近，胭脂樹苷哇巴因至少部分通過誘導NOXA（一種促凋亡的BCL-2 家族蛋白）表現(xiàn)出一定的抗衰老活性。通過EF24處理促進BCL-2的蛋白酶體降解也導致選擇性殺死衰老細胞。服用proxofim（一種肽）會干擾p53與FOXO4的結(jié)合，從而促進抗衰老。在衰老細胞中，FOXO4 與p53結(jié)合，使其定位于細胞核。如果這種相互作用被反向肽破壞，則p53被排除在細胞核之外，從而啟動細胞色素c 從線粒體的釋放和細胞凋亡。單獨或與泛酪氨酸激酶抑制劑達沙替尼組合使用各種天然類黃酮，包括槲皮素和非瑟酮，可在體外和體內(nèi)的各種情況下刺激對抗衰老。與對INK-ATTAC 自然衰老小鼠進行的研究相一致，用達沙替尼和槲皮素的組合治療高齡小鼠可改善身體機能并延長壽命。重要的是，在糖尿病腎病和特發(fā)性肺病患者的I期臨床試驗中，達沙替尼和槲皮素的給藥已顯示有效的降低p16和SA-β-gal 表達。其他senolytics，包括HSP90抑制劑和pipelongongine，也已被證明對衰老細胞具有選擇性。最近，據(jù)報道，臨床批準的抗生素通過代謝變化對DNA損傷誘導的衰老細胞具有抗衰老活性。這些策略針對廣泛的細胞途徑，表明可以通過多種途徑去除衰老細胞。

研究人員利用一種監(jiān)測SA-β-gal活性水平的升高新的方法來對抗衰老。發(fā)現(xiàn)含有被半乳寡糖包被的熒光團或細胞毒性劑的納米顆粒優(yōu)先將細胞毒性藥物遞送至衰老細胞，因為這些細胞中較高的SA-β-gal 水平。另外，最近的研究進一步顯示了通過修飾半乳糖的前藥或細胞毒性劑將細胞毒性因子傳遞給衰老細胞的溶酶體的潛力。

Senolytic 療法最大的有優(yōu)勢在于利用生物體固有的生物分解系統(tǒng)——針對衰老細胞的免疫監(jiān)視。實際上，衰老細胞通過先天性和適應性免疫的多種成分進行免疫監(jiān)視，包括NK細胞，T細胞和巨噬細胞。因此，可以利用衰老細胞的免疫監(jiān)視機制以及免疫系統(tǒng)來消除衰老細胞。由于免疫監(jiān)視的下降，衰老細胞有可能在衰老和患病的組織中積累。因此，恢復或增強免疫系統(tǒng)特異性消除衰老細胞的能力可導致其成功地從組織中清除。這種方法是基于我們對衰老細胞免疫監(jiān)視機制的理解，特別是NK和衰老細胞之間的相互作用。NK細胞通過穿孔素介導的顆粒胞吐作用，而不是死亡受體配體，通過與這些受體結(jié)合而誘導細胞死亡，從而靶向衰老細胞。該機制之所以受到青睞，是因為誘餌受體2（DCR2）在衰老細胞中高表達。DCR2 阻止表達其配體TRAIL151的多種細胞毒性細胞通過死亡受體（DR4和DR5）進行靶向。因此，阻斷這種抑制機制可以導致抑制作用的消除，并通過天然存在的機制來增加衰老細胞的靶向性。

增強衰老細胞免疫清除能力的另一種方法是增強免疫細胞的活性并增加負責衰老細胞監(jiān)視的免疫細胞的積累。用聚肌苷酸胞苷酸（可以模擬病毒感染）刺激先天免疫應答，可改善衰老細胞清除率。盡管由于可能的副作用，在醫(yī)療過程中幾乎不考慮使用類似藥物進行治療，但是用能增強NK細胞的特定細胞因子對免疫系統(tǒng)刺激是一種可行的方法。細胞因子IL-21和IL-15已經(jīng)用來增強NK細胞介導的針對癌細胞的免疫力。但是，尚未闡明這些細胞因子對衰老細胞免疫監(jiān)視的作用，因此需要測試它們在疾病模型中作為senolytics的功效。

盡管增強衰老細胞監(jiān)視的天然免疫機制可能在未來幾年具有治療潛力，但免疫腫瘤學領域中可應用的方法還是值得探討的。定向細胞方法，例如使用嵌合抗原受體T（CAR T）細胞和NK細胞，以及通過阻斷與PD1，細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4（CTLA4）和其他抑制分子的相互作用來阻斷免疫抑制相互作用提供增加免疫監(jiān)視的有力策略。此類方法取決于衰老細胞的細胞表面上特定標記的識別。最新令人激動的研究成果表明，senolytic CAR T細胞療法可減輕衰老相關疾病。幾項研究使用無差別法來識別此類標記。但是，當每個實驗都鑒定出不同的標記物時，通過上述策略鑒定出的細胞外標記物之間的重疊率很低，這表明這些標記物可能對起源細胞和/或衰老誘導機制具有特異性。解決此問題的一種可能方法是使用衰老細胞上向NK細胞發(fā)出信號以消除它們的表面分子，即NKG2D受體配體。但是，這類配體的豐富成分，包括MICA，MICB和ULBP1-ULBP6，并且它們在不同來源的衰老細胞上表達水平的不同，導致使用它們作為標記識別衰老細胞后免疫清除帶來挑戰(zhàn)。當不同標記物存在于不同來源的細胞上時，最合理的方法是針對不同病理狀況設計多種方法。

圖4 | Senolytic干預療法。促進衰老細胞死亡藥物的治療機制是多種多樣的。圖中展示了許多已知的衰老作用機理和用于關鍵節(jié)點的各種特定化合物。通過使用達沙替尼（單獨使用或與類黃酮槲皮素組合使用）影響酪氨酸激酶（TK）能夠引發(fā)某些衰老細胞類型的死亡。槲皮素和非瑟汀是影響哺乳動物雷帕霉素（mTOR）信號傳遞靶標的天然類黃酮。 BCL-2家族抗凋亡成員的抑制劑能夠通過線粒體介導的機制誘導死亡，同時也可通過強心苷如哇巴因的作用引起。還已經(jīng)提出了HSP90或組蛋白去乙?；福?/span>HDAC）的抑制劑可促進衰老細胞的選擇性凋亡。另外，通過使用小肽破壞在衰老細胞中發(fā)生的FOXO4與p53的結(jié)合，可以釋放p53來激活細胞凋亡。通過與衰老相關的β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）對半乳糖綴合的衰老藥物（GAL-前藥）進行處理，以發(fā)揮選擇性衰老靶向作用。RTK，受體酪氨酸激酶。

Senomorphics

清除衰老細胞的另外一種方法是通過senomorphic 藥物的使用。senomorphics的原理是破壞衰老的主要屬性，主要是SASP的產(chǎn)生和分泌，同時保持細胞存活，或改變其維持穩(wěn)定生長停滯的能力（圖5）。這種方法可能會干擾衰老細胞的促炎性質(zhì)，并成為延緩衰老和衰老相關疾病關鍵因素。

除了利用SASP因子表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)控外，還通過假設驅(qū)動的策略和藥物篩選等方式發(fā)現(xiàn)調(diào)控SASP的新機制。這些包括，例如，雷帕霉素（mTOR）途徑的哺乳動物靶標，該靶標協(xié)調(diào)細胞對營養(yǎng)的生長和代謝，并通過增加mRNA 子集的翻譯來促進SASP的產(chǎn)生，包括上游調(diào)控因子如NF-κB，IL-1α和絲氨酸/蘇氨酸激酶MK2，它們間接穩(wěn)定了許多編碼細胞因子的轉(zhuǎn)錄物。這些機制的解析為在體內(nèi)與衰老相關的病理環(huán)境中使用mTOR抑制劑雷帕霉素提供了分子基礎。雷帕霉素（及其類似物RAD001）的處理可減弱自然衰老小鼠中的原癌基因SASP，防止衰老，改善的肝功能障礙。值得注意的是，雷帕霉素也可以通過不依賴衰老的機制起作用。此外，雷帕霉素治療可延長小鼠的壽命并延緩某些與衰老相關的功能障礙。

現(xiàn)今已證明可調(diào)節(jié)NF-κB 信號的化合物包括二甲雙胍，芹菜素，kaempferol和BAY 11-7082，同時可降低SASP的產(chǎn)生。 NAD⁺/ NADH 代謝被確定為與致癌基因激活相關的促炎性SASP量的關鍵調(diào)節(jié)通路，該調(diào)節(jié)可獨立于衰老誘導的生長停滯。許多直接針對IL-6，IL-1α，IL-1β和TNF等SASP關鍵成分或其受體的中和抗體也表現(xiàn)出相似的特性（表 1）。此外，可以通過抑制HSP90來調(diào)節(jié)SASP因子產(chǎn)生與分泌。

最后，由于在許多情況下，細胞衰老是功能失調(diào)的端粒激活DDR途徑的應激后果，端粒DDR 的抑制可能阻止或減少衰老的產(chǎn)生和維持。最近，反義寡核苷酸（ASOs）對DDR激活的序列特異性抑制及其在培養(yǎng)細胞和小鼠模型中特異性抑制端粒DDR的用途為這種方法提供了支持。在Hutchinson-Gilford早衰綜合癥（一種加速衰老綜合癥）的小鼠模型中使用端粒ASO可有效降低DDR激活，衰老標記和SASP誘導水平，改善組織穩(wěn)態(tài)和延長壽命。這種或類似的方法不會使干細胞或祖細胞的儲藏退化，反而會促進細胞增殖，這可能為Senolysis提供了另一種方法。

與senomorphics相比，senolytics具有潛在的優(yōu)勢。首先，盡管可能需要重復治療，但去除衰老細胞方法的優(yōu)點是可以間歇性地靶向其并且不需要連續(xù)施用SASP抑制劑。此外，去除衰老細胞消除了衰老可降低促受損細胞中腫瘤發(fā)生的可能性。此外，盡管SASP與衰老相關的組織和器官功能障礙之間有很強的相關性，但尚無直接證據(jù)表明SASP 會導致這些衰老相關的缺陷，因為無法通過轉(zhuǎn)基因小鼠模型將SASP與senolysis 分離開。然而，盡管去除敏感細胞的INK-ATTAC轉(zhuǎn)基因小鼠模型沒有表現(xiàn)出明顯的有害副作用，但是長時間或重復的衰老溶解對生物體最終是否有毒仍有待確定。此外，當器官衰老的細胞負荷高和高齡誘導的衰老情況下，尚不清楚衰老是有害的還是有益的。有人提出p16/SA-β-gal-陽性巨噬細胞亞群的藥理學清除作用有助于senolysis的有益作用，但這種細胞類型導致與年齡相關的功能障礙的程度有待進一步研究。最后，新出現(xiàn)的證據(jù)表明，在小鼠中senolysis療法對肝臟和血管周圍組織可能具有很深的毒性，這是因為清除了衰老器官中具有結(jié)構(gòu)功能且高表達p16的內(nèi)皮細胞、脂肪細胞以及巨噬細胞

圖5 | Senomorphic 干預療法。作為主動殺死衰老細胞的一種替代方法，senomorphic方法試圖主要通過調(diào)節(jié)衰老相關的分泌表型（SASP）來限制這些細胞的有害影響。至于senolytics，已經(jīng)確定了不同的方式的共同的節(jié)點，這也是干預的最佳靶點。著名的靶標哺乳動物mTOR通路的雷帕霉素被證明可以延長實驗小鼠的壽命。雷帕霉素會降低SASP的產(chǎn)生，這可解釋了對生命的有益影響。核因子-κB（NF-κB）是產(chǎn)生SASP的關鍵成分，抑制NF-κB活性會降低細胞促炎的能力。另外，抑制HSP90能夠調(diào)節(jié)SASP的產(chǎn)生。同樣，Janus激酶（JAK）/信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄激活子（STAT）抑制劑和白介素6（IL-6），IL-1和腫瘤壞死因子（TNF）的阻斷。綜上所述，這些分子開始闡明可以減弱衰老細胞的促炎信號傳導的方式，以期希望減少衰老細胞在組織中積累的后果。 ASO，反義寡核苷酸； DDR，DNA損傷反應； DDRNA，DNA損傷反應RNA； dilncRNA，損傷誘導的長非編碼RNA； NDGA，去氫二氫愈創(chuàng)木酸； RTK，受體酪氨酸激酶。

表格1 | Senolytic 和 senomorphic 化合物

化合物	靶點	臨床實驗進程
Senolytic
達沙替尼	泛受體酪氨酸激酶(包括ephrin B1)	II期(NCT02848131)用于慢性腎臟疾病，II期(NCT04313634)用于骨骼健康，III期(NCT04063124)用于阿爾茨海默病
槲皮素	多種（包括PI3K）	II期(NCT02848131)用于慢性腎臟疾病，II期(NCT04313634)用于骨骼健康，III期(NCT04063124)用于老年癡呆癥
非瑟酮	PI3K/AKT/mTOR	III期(NCT04210986)用于膝關節(jié)骨關節(jié)炎，II期(NCT04313634)用于骨骼健康
ABT-737	BCL-2, BCL-X_L和BCL-W(促生存蛋白)	臨床前動物模型
ABT-263 (navitoclax)	BCL-2, BCL-X_L和BCL-W(促生存蛋白)	III期(NCT00445198)，II期(NCT02591095)， I期(NCT02520778)， II期(NCT02079740)用于各種癌癥
A-1331852	BCL-X_L(促生存蛋白)	衰老的體外臨床前模型
A-1155463	BCL-X_L (促生存蛋白)	衰老的體外臨床前模型
EF24	BCL-2家族蛋白(促生存蛋白)的蛋白體降解	衰老的體外臨床前模型
強心苷(包括oubain and digoxin)	BCL-2, BCL-X_L和BCL-W(促生存蛋白)	臨床前動物模型
阿奇霉素	自噬,代謝變化	衰老的體外臨床前模型
羅紅霉素	自噬,代謝變化	衰老的體外臨床前模型
Proxifim	p53	臨床前動物模型
UBX0101	MDM2和p32	II期(NCT04129944)治療膝關節(jié)骨關節(jié)炎
帕比司他	HDAC	Approved for multiple myeloma
格爾德霉素	HSP90	衰老的體外臨床前模型
坦螺旋霉素	HSP90	衰老的體外臨床前模型
Alevspimycin (17-DMAG)	HSP90	衰老的體外臨床前模型
蓽茇酰胺	OXR1	衰老的體外臨床前模型
半乳糖偶聯(lián)納米顆粒	衰老細胞的溶酶體活性	臨床前動物模型
半乳糖改良細胞毒性藥物	衰老細胞的溶酶體活性	臨床前動物模型
BET蛋白降解器	Bromo結(jié)構(gòu)域	臨床前動物模型
Senomorphic
二甲雙胍	IKK和NF-κB	被批準用于治療2型糖尿病
芹黃素	NF-κB p65亞基和IκB	天然黃酮類
山柰酚	NF-κB p65亞基和IκB	天然黃酮類
BAY 11-7082	NF-κB p65亞基和IκB	衰老的體外臨床前模型
雷帕霉素	mTOR	被批準用于免疫抑制
RAD001	mTOR	被批準用于結(jié)節(jié)性硬化癥復雜相關疾病
SB203580	p38 MAPK	衰老的體外臨床前模型
(5Z)-7-Oxozeaenol	TAK1	衰老的體外臨床前模型
Ruxolitinib	JAK	被批準用于移植物抗宿主病
KU-60019	ATM	臨床前動物模型
NDGA	HSP90	天然抗氧化劑
洛派丁胺	HSP90	被批準用于治療腹瀉
辛伐他汀	IL-6, IL-8, MCP1	衰老的體外臨床前模型
皮質(zhì)醇	IL-6 分泌	甾類激素
阿那白滯素	IL-1R	被批準用于類風濕性關節(jié)炎
康納單抗	IL-1β	冷吡啉相關周期性綜合征
利納西普	IL-1α and IL-1β	冷吡啉相關周期性綜合征
依那西普	TNF	被批準用于治療自身免疫性疾病
英夫利昔	TNF	被批準用于治療自身免疫性疾病
托珠單抗	IL-6R	被批準用于治療自身免疫性疾病
司妥昔單抗	IL-6	被批準用于多中心Castleman病
端粒的反義寡核苷酸	端粒非編碼RNA促進DDR	臨床前動物模型

“返老還童”療法細胞衰老之間的相互作用

熱量限制已被證明是延長健康期和壽命的最有效策略，并且對從酵母到靈長類動物的各種物種都有效。對于它是否能影響衰老細胞的數(shù)量或活性已經(jīng)有了令人欣喜的研究。據(jù)報道，熱量限制降低了小鼠和健康人結(jié)腸中p16水平以及與細胞衰老相關的基因（包括SASP基因）的轉(zhuǎn)錄表達。小鼠的熱量限制減少了DDR，并改善了端粒的長度維持。還發(fā)現(xiàn)熱量限制可降低有絲分裂后神經(jīng)元中DDR標記和SASP調(diào)節(jié)劑的水平。熱量限制與降低的DDR 信號傳導和降低的衰老負擔之間的聯(lián)系可能與培養(yǎng)物中血清增強衰老細胞中的DDR信號傳導有關。

在衰老和所謂的端粒綜合癥的背景下，抑制端粒縮短作為預防和減少細胞衰老被認為是一種可靠的治療方法。除了使用端粒ASO調(diào)節(jié)DDR之外，科學家們還在探索其他選擇，例如使用天然化合物重新激活內(nèi)源性端粒酶基因，但功效有限，并且通過性激素進行激活（具有一些明顯的臨床弊端）。端粒酶編碼基因（Tert）的病毒傳遞已在多種環(huán)境下得到了成功的測試。Tert 的全身遞送減少了一些衰老標記和與衰老相關的條件，并延長了野生型小鼠的壽命，因此證明端粒DDR 激活在自然衰老中起作用。特發(fā)性肺纖維化與端?？s短和人類細胞衰老的標志物有關。在概括了這些特征的小鼠模型中，已證明傳遞Tert的腺相關病毒顆?？山档?span>DDR和衰老標記的水平并改善肺功能。重要的是，最近的研究表明，表達癌基因的小鼠在這種治療中沒有顯示出加速的腫瘤發(fā)生，從而減輕了人們對端粒酶在受損組織中強迫表達的安全性的擔憂，特別對癌癥影響。

在過去的幾十年中，異體共生（通過外科手術(shù)將年幼的小動物和年老的小動物連接起來，確定了年輕血液中存在的系統(tǒng)性因素）可以改善包括肝臟、肌肉、心臟、大腦在內(nèi)的多個老年器官的功能。在大腦中，通過更簡單的將年輕人血漿轉(zhuǎn)移到老年動物中的過程，可以觀察到相似的恢復活力。研究還表明，暴露于較年輕的系統(tǒng)環(huán)境中可以緩解衰老的端粒酶缺乏癥小鼠的年齡相關組織功能障礙。最近，有報道說，年輕小鼠和老年小鼠之間的血液交換導致許多衰老組織中的細胞衰老和SASP 標記物表達顯著降低，而同時暴露在年老血液中的年輕小鼠的衰老標記物明顯增加。這些觀察表明，系統(tǒng)性因素逆轉(zhuǎn)了與衰老相關的一些特征，包括干細胞和祖細胞功能缺陷，慢性炎癥和衰老負擔，并支持人間斷性血液交換可以用作與年齡有關的疾病的治療方式的假說。與此相符，目前正在對患有急性敗血癥或肝損傷的患者進行治療性血漿置換的測試。

挑戰(zhàn)與未來方向

雖然我們對體外和體內(nèi)衰老細胞特征的了解不斷增加，但目前仍然存在許多挑戰(zhàn)。例如，目前尚不清楚有多少種“衰老表型”。在衰老狀態(tài)下，在單細胞水平上以及在細胞類型之間，并且在不同的衰老誘導的刺激下，衰老表型可能存在非常高的異質(zhì)性。細胞衰老是一個隨著時間而發(fā)展的動態(tài)過程，這一新興觀念進一步增加了它的復雜性。一個真正通用的衰老標記物的確立將有助于衰老細胞的分離和表征。此外，鑒定更加詳細的標志物以區(qū)分不同類型的衰老細胞，將對衰老細胞的表征和起源追溯十分有利。目前，單細胞轉(zhuǎn)錄組學方法（包括空間轉(zhuǎn)錄組學）是唯一可以充分了解衰老細胞復雜性的方法，它不僅可以檢測衰老細胞在細胞分化、衰老等受調(diào)控過程中的異同點還可以檢測衰老細胞對已經(jīng)分化的，非增殖細胞的影響的異同點。區(qū)分衰老細胞亞型并確定引發(fā)每種衰老亞型的原因有助于我們識別對組織功能最有害的衰老細胞的特定子集，并且它們的靶向作用將進一步擴大senolytic和senomorphic方法的益處，同時將有害影響最小化。

另外，我們對體內(nèi)衰老的生理觸發(fā)機制了解甚少。端粒功能障礙可能是其中重要的一個，而特定的端粒DDR抑制劑則可以改善各種生理疾病狀況。端粒ASO既可以作為研究工具，又可以作為潛在的治療手段，對端粒損傷引起的細胞衰老具有選擇性。

在似乎與DDR無關的條件下，衰老的誘因仍然是難以捉摸的。SASP是所有衰老細胞表型中最重要的一種。然而，隨著更多的SASP成分在不同的細胞類型和不同的環(huán)境中被鑒定出來，對SASP調(diào)控機制的復雜性的認識也在逐漸加深。目前同樣需要考慮的是細胞衰老對非衰老細胞的強大旁分泌影響，對其調(diào)控機制的了解將闡明其在機體衰老和與細胞衰老誘導的疾病中預期但未證實的作用。

模擬人類疾病的動物模型有助于我們理解衰老細胞對疾病的影響。然而，在senolysis用于患者治療之前，其安全有效性仍有待證明。研究senolysis對嚙齒動物的長期影響的最長年限僅有2-3年，這比它們對人類的長期影響要短得多。因此，使用我們目前的模型和工具無法簡單地評估衰老細胞清除的長期毒性作用或負面影響。很明顯，在某些情況下，免疫系統(tǒng)具有清除衰老細胞的能力，然而，隨著年齡的增長和疾病的發(fā)生，清除過程似乎變得不正常，這可能解釋了衰老細胞隨著年齡的增長而積累的原因。由于免疫系統(tǒng)的細胞成分也會發(fā)生衰老，因此確定senotherapies是否會消除這些細胞以及消除衰老的免疫細胞是否有助于或介導senotherapies的效果將是非常重要的。此外，利用免疫系統(tǒng)的內(nèi)在能力來靶向這些細胞，可能為新的治療帶來希望，如利用工程化的T細胞?？傊?，細胞衰老顯然比最初認為的更為復雜和微妙，對生理學和衰老做出了不同的貢獻。重要的是，多年來在這一領域的基礎研究已經(jīng)為現(xiàn)在爆炸性的生物技術(shù)以及將知識轉(zhuǎn)化為治療手段的工業(yè)研究奠定了基礎。

責編：季乾昭

排版：陸小炮

“老頑童說”致力于傳播衰老及相關疾病的科研進展和趣味科普，解讀衰老背后的科學故事。

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