鄧瑞冰 鐘曉芃 丁 釙

慢性阻塞性肺疾病目前是世界第四大死因[1]，預(yù)計(jì)2020年將成為第三大死因。2016年，世界衛(wèi)生組織估計(jì)，慢性阻塞性肺疾病影響了全球2.51億人，其發(fā)病率隨著人口老齡化而繼續(xù)上升。在可預(yù)見的未來，慢性阻塞性肺疾病可能會(huì)對(duì)中國(guó)的醫(yī)療體系構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)[2]。老年人口正在迅速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)增長(zhǎng)將達(dá)到歷史上前所未有的水平。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，從2015年到2050年，60歲以上的世界人口比例預(yù)計(jì)將翻一番(從12%增加到22%)，60歲以上的人口預(yù)計(jì)將從6.05億增加到20億。慢性阻塞性肺疾病的流行是年齡依賴性的，表明慢性阻塞性肺疾病的發(fā)病機(jī)理與衰老之間存在密切的關(guān)系[3]。

衰老的主要特征是生理完整性逐漸喪失，導(dǎo)致功能受損和死亡易感性增加[4]。肺老化與彈性喪失、肺功能下降(下降速度隨著年齡的增長(zhǎng)而加快[5])、結(jié)構(gòu)完整性喪失和炎癥增加有關(guān)，這些都是慢性阻塞性肺疾病的主要特征。衰老還伴隨著肺內(nèi)促炎介質(zhì)的增加以及對(duì)抗原反應(yīng)性的降低，這稱為“炎性衰老”[6]。細(xì)胞衰老，即體細(xì)胞復(fù)制能力不可逆性喪失，在年齡相關(guān)的慢性炎癥性疾病的發(fā)生中起著一定作用。慢性阻塞性肺疾病患者肺中衰老細(xì)胞隨年齡增長(zhǎng)而增多，并表達(dá)強(qiáng)力促炎癥的衰老相關(guān)分泌表型(SASP)。端粒功能障礙和線粒體穩(wěn)態(tài)的改變經(jīng)常發(fā)生在細(xì)胞衰老過程中，并且對(duì)衰老相關(guān)分泌表型的形成具有重要意義。該文對(duì)細(xì)胞衰老、端粒、線粒體在慢性阻塞性肺疾病中研究進(jìn)展做一綜述。

1.細(xì)胞衰老

Hayflick等在1965年發(fā)現(xiàn)[7]，人原代成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)經(jīng)歷了有限次數(shù)的傳代后，這些細(xì)胞進(jìn)入了一個(gè)永久性的細(xì)胞周期停滯狀態(tài)，隨后稱之為細(xì)胞衰老。隨著年齡的增長(zhǎng)，衰老細(xì)胞會(huì)積累，證據(jù)表明長(zhǎng)期保留的衰老細(xì)胞是與年齡有關(guān)的組織退化和與年齡相關(guān)的慢性疾病的主要驅(qū)動(dòng)力[8,9]。肺尤其受老化過程的影響，肺老化的特點(diǎn)是衰老細(xì)胞數(shù)量不斷增加[10]。越來越多的證據(jù)表明，細(xì)胞衰老是慢性阻塞性肺疾病發(fā)病機(jī)理中的關(guān)鍵組成部分[11]。目前已經(jīng)使用多種技術(shù)來識(shí)別衰老細(xì)胞[12]?？紤]到衰老細(xì)胞的異質(zhì)性和標(biāo)記物的缺乏特異性，經(jīng)常使用各種不同技術(shù)的組合用于衰老細(xì)胞的檢測(cè)，包括：①DNA損傷反應(yīng)(DNA damage response，DDR)：γ-H2AX焦點(diǎn)，磷酸化p53用來反應(yīng)DNA損傷；②細(xì)胞周期停滯：通常使用DNA合成率、周期素依賴性蛋白激酶抑制因子p16、p21(Cyclin-dependent kinase inhibitors，CDKi)，來顯示細(xì)胞已經(jīng)退出細(xì)胞周期；③凋亡抵抗：Bcl蛋白Bcl-2、Bcl-w或Bcl-xl的上調(diào)已被用作衰老的標(biāo)志[13,14]；④溶酶體含量增加：衰老相關(guān)的β-半乳糖苷酶(Senescence-associated-βgalactosidase，SA-βgal)是溶酶體活性最常見的標(biāo)志物，也是最早用于評(píng)估衰老的試驗(yàn)之一；⑤細(xì)胞核改變：衰老相關(guān)異色病灶(Senescence-associated heterochromatic foci，SAHFs)富含異染色質(zhì)的標(biāo)記物，例如H3K9me3和HP1γ；⑥細(xì)胞大小：細(xì)胞胞體增大和形狀不規(guī)則等。

2.端粒

端粒(Telomere)是真核細(xì)胞線性染色體末端的一小段DNA與蛋白質(zhì)的復(fù)合體，可充當(dāng)保護(hù)帽并防止細(xì)胞分裂過程中關(guān)鍵DNA的丟失和染色體融合。端?？s短發(fā)生在每個(gè)細(xì)胞分裂處，但被端粒酶抵消，端粒酶是一種維持端粒長(zhǎng)度的酶復(fù)合物，由端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(Telomerase reverse transcriptase，TERT)和端粒酶RNA組分(Telomerase RNA component，TERC)以及Dyskerin組成。在大多數(shù)細(xì)胞中，端粒酶活性不足以維持染色體長(zhǎng)度，因此端粒的逐漸縮短導(dǎo)致數(shù)量有限的細(xì)胞分裂。端粒縮短的臨界程度會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞衰老(復(fù)制衰老)和細(xì)胞凋亡[19]。

端粒長(zhǎng)度是衰老的重要生物標(biāo)志之一，并且與COPD進(jìn)展密切相關(guān)[20]。Alder等人[21]發(fā)現(xiàn)端粒功能障礙導(dǎo)致肺泡干細(xì)胞衰竭。循環(huán)白細(xì)胞[22]、肺血管內(nèi)皮細(xì)胞[23]、支氣管上皮細(xì)胞[15]、循環(huán)淋巴細(xì)胞[24]端?？s短與COPD相關(guān)。擁有不同長(zhǎng)度端粒DNA的人可能會(huì)引起對(duì)COPD的不同易感性[25]。對(duì)COPD患者支氣管上皮細(xì)胞的研究表明上皮細(xì)胞的加速衰老可能在某種程度上以端粒依賴性機(jī)制進(jìn)行[15]。Rashid等[20]研究發(fā)現(xiàn)與年輕組小鼠相比，老年組小鼠SERPINE1和Tert的表達(dá)顯著上調(diào)。Córdoba-Lanús等研究發(fā)現(xiàn)COPD患者的端粒長(zhǎng)度明顯短于非COPD吸煙者，且端粒長(zhǎng)度與臨床和肺功能參數(shù)無相關(guān)性。這與Savale等人的結(jié)果一致[22]。但Rutten等人[26]研究了COPD患者衰老標(biāo)記物，發(fā)現(xiàn)端粒長(zhǎng)度是唯一與肺功能相關(guān)的指標(biāo)。在一項(xiàng)針對(duì)46396名丹麥人的研究中[27]發(fā)現(xiàn)端粒長(zhǎng)度隨著年齡的增長(zhǎng)而顯著減少，端粒長(zhǎng)度與FEV1表達(dá)的肺功能之間存在適度的相關(guān)性，并與COPD風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，但這些關(guān)聯(lián)在年齡和多變量調(diào)整后顯著減弱。

3. SASP

與凋亡細(xì)胞不同，衰老細(xì)胞保持新陳代謝活躍，因此可能會(huì)影響其他細(xì)胞，并表現(xiàn)出所謂的衰老相關(guān)分泌表型。SASP由Coppe等于2008年首次提出，是衰老細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子的總稱，可誘導(dǎo)細(xì)胞本身(自分泌)和周圍細(xì)胞(旁分泌)進(jìn)一步衰老，從而擴(kuò)大和傳播細(xì)胞衰老。隨著年齡增長(zhǎng)，衰老細(xì)胞在組織中積累，SASP引發(fā)“炎性衰老”被認(rèn)為對(duì)年齡相關(guān)的疾病如COPD有復(fù)雜的影響。SASP成分包括許多促炎細(xì)胞因子(如IL-6和IL-8)、趨化因子(如CXCL1、CXCL8、CCL2)、生長(zhǎng)因子(如TGF-β，IGFBP、VEGF)和蛋白酶(如MMP-1、-2、-3)[11,28]。纖溶酶原激活物抑制物-1(Plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)是另一種特征性的SASP蛋白[28]。由衰老細(xì)胞分泌的細(xì)胞外小泡(Extracellular vesicles，EVS)似乎是一種新的SASP因子[29]。SASP因子在不同細(xì)胞類型和不同衰老誘導(dǎo)刺激下有所不同[8]，從而導(dǎo)致其他不同后果，包括腫瘤形成[15]。

大量研究表明，肺內(nèi)衰老細(xì)胞通過釋放SASP因子與增齡性肺部疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[29]。與SASP相關(guān)的幾個(gè)因素，特別是TGF-β和IL-6在小鼠肺中隨增齡而增加[30]。在COPD中，SASP成分包括IL-1、IL-6、CXCL8、CCL2和MMP9的表達(dá)增加[31]。多種SASP成分(包括IL-6、IL-8和MMP)通過NF-κB的激活而被上調(diào)，并且與COPD的發(fā)病機(jī)理密切相關(guān)[32]。研究發(fā)現(xiàn)COPD患者支氣管上皮細(xì)胞過早衰老且VEGF、CXCL8/IL-8和CXCL5分泌上調(diào)[15]。到目前為止獲得的結(jié)果表明，SASP的炎癥臂可能至少需要三條分子途徑：DDR途徑[12]、p38MAPK/NF-kB途徑[33]和mTOR途徑[34]。起源于肺的SASP還可能延伸到肺外環(huán)境，導(dǎo)致全身并發(fā)癥和共病，其中有許多與COPD相關(guān)，包括肌少癥、胰島素抵抗和腎功能不全[35]。因此目前認(rèn)為COPD的肺細(xì)胞衰老不僅是COPD進(jìn)展的主要推進(jìn)器，而且也促使肺外全身并發(fā)癥和過早衰老的發(fā)展[36]。

4.線粒體

線粒體功能的改變與調(diào)節(jié)模式生物的壽命有關(guān)[37]。線粒體功能障礙是衰老的一個(gè)重要特征，一些與衰老相關(guān)的線粒體變化發(fā)生在年齡相關(guān)的肺部疾病中，包括COPD。了解線粒體功能障礙背后的機(jī)制可以為治療COPD提供潛在的治療途徑。

線粒體形態(tài)的改變已經(jīng)在老化的肺和與年齡相關(guān)的肺部疾病中被描述過。線粒體是活性氧(Reactive oxygen species，ROS)的重要細(xì)胞內(nèi)來源。COPD患者的氣道平滑肌細(xì)胞在基礎(chǔ)狀態(tài)和炎癥應(yīng)激后，與對(duì)照組相比產(chǎn)生更多的線粒體來源的ROS[38]。COPD與線粒體ROS產(chǎn)生增加，細(xì)胞內(nèi)抗氧化劑減少和線粒體數(shù)量減少有關(guān)[39，40]。過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子-1α(Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma coactivator,PGC)是線粒體生物發(fā)生和線粒體ROS生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，在輕度COPD患者的上皮細(xì)胞中表達(dá)增加，但隨著COPD嚴(yán)重程度的增加而逐漸降低[41]。抗增殖蛋白(Prohibitins，PHBs)定位于線粒體內(nèi)膜，在其生物發(fā)生和維持正常功能中發(fā)揮作用，并與衰老和線粒體自噬相關(guān)[42]。在吸煙者的上皮細(xì)胞中，PHB1的表達(dá)降低，而在COPD患者中，PHB1的表達(dá)更低，這提示了COPD患者線粒體功能障礙的機(jī)制[43]。PHB1降低會(huì)損害線粒體自噬功能，從而增加細(xì)胞內(nèi)線粒體損傷和細(xì)胞死亡的風(fēng)險(xiǎn)。線粒體自噬在消除去極化的線粒體中起關(guān)鍵作用，并受PINK1(PTEN-induced putative kinase 1，PINK1)和PRKN(Parkin RBR E3 ubiquitin protein ligase，PRKN)的翻譯后修飾調(diào)控[44]。COPD患者線粒體應(yīng)激標(biāo)志物Parkin和PINK1增加。Araya等[45]證明了PRKN在調(diào)節(jié)線粒體以及線粒體完整性和細(xì)胞衰老中起著關(guān)鍵作用。在COPD發(fā)病機(jī)制中，PRKN蛋白水平降低可能通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)線粒體功能和細(xì)胞衰老，包括線粒體吞噬功能不足、線粒體完整性受損和MTOR異常激活。線粒體代謝的復(fù)雜變化，如糖酵解或TCA循環(huán)活性的變化，在衰老的肺和與年齡相關(guān)的呼吸系統(tǒng)疾病中研究相對(duì)較少[10]。

5.總結(jié)

了解細(xì)胞衰老與慢性阻塞性肺疾病間關(guān)系，以開發(fā)更有效的預(yù)防策略和提供最佳的治療方案是至關(guān)重要的。抗衰老療法也可能阻止慢性阻塞性肺疾病的發(fā)展。盡管使用senolytics來治療與年齡有關(guān)的疾病是一個(gè)有吸引力的概念，事實(shí)上很難區(qū)分衰老細(xì)胞在自然衰老相關(guān)肺部改變和衰老相關(guān)肺部疾病發(fā)病機(jī)制中的作用程度。重要的是要研究細(xì)胞衰老在慢性阻塞性肺疾病中的確切機(jī)制和作用。