王 凌，尤鴻美，潘雪銀,孟宏武,張亞飛，畢意輝,黃 成，李 俊

(安徽醫(yī)科大學藥學院,炎癥免疫性疾病安徽省實驗室,安徽 合肥 230032)

1 老齡化疾病與細胞衰老

1.1 老齡化疾病在世界范圍內，由于醫(yī)療和科學變的進步，醫(yī)療服務的增加，以及公共衛(wèi)生政策的改變，人們的壽命更長。因此，人們將越來越多的注意力集中在控制慢性病和與年齡有關的疾病上，以確保健康的衰老。衰老是生活中不可避免的部分，由于年齡增加導致的慢性病占全球發(fā)病率、住院率、醫(yī)療費用和死亡率的大部分。衰老是一個復雜的生物過程，其特征是組織和器官的功能下降、結構退化、適應性和抵抗力降低[1]。這些疾病包括阿爾茨海默病和其他神經退行性疾病、心血管疾病，以及大多數癌癥。多年以來，老齡化已成為影響大多數慢性疾病的主要危險因素，因此，現在人們越來越重視衰老對人們帶來的影響。

1.2 細胞衰老在老齡化疾病中地位隨著社會和醫(yī)療科技的發(fā)展以及我國人口平均壽命的延長，我國已進入老齡化社會。大多數與年齡相關的疾病，包括動脈粥樣硬化、阿爾茨海默病、類風濕性關節(jié)炎、癌癥和衰老本身等都與細胞衰老密切相關。人們對衰老知之甚少，很大程度上是由于組織和器官中衰老細胞鑒定技術的限制。累積的證據表明，隨著年齡的增長，不同組織和器官中的衰老細胞有所積累。盡管細胞衰老不可解釋所有衰老的表型，但細胞衰老與老齡化疾病密切相關。細胞衰老是一種響應各種應激因素而在細胞上施加永久性增殖停滯的過程[2]。細胞衰老的特征是細胞狀態(tài)的改變，該細胞狀態(tài)的改變是由于各種刺激(例如端?？s短、激活的癌基因、氧化應激和細胞-細胞融合)觸發(fā)的持續(xù)性DNA損傷其他潛在致癌或慢性病毒感染；代謝應激，如高糖或活性氧；反復的細胞分裂；組織損傷信號，如細胞外DNA或蛋白質聚集體的存在[3]。中年之后，衰老細胞在多個組織中積累，主要集中在慢性病發(fā)病機制的中心組織中。

1.2.1衰老細胞與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展過程中導致致死性心血管疾病的重要危險因素之一就是衰老。隨著年齡的增長，內皮細胞周轉率高的區(qū)域可能會越來越多的被衰老細胞簇所覆蓋。此外，血管系統(tǒng)長期暴露在各種氧化負荷下，包括激活的吞噬細胞釋放的氧化代謝產物、修飾的脂蛋白和各種類型的活性氧(Reactive oxygen speces, ROS)，所有這些都可能加速衰老過程，而這種現象在發(fā)生動脈粥樣硬化的血管區(qū)域普遍存在[4]。

Lai等[5]利用H2O2在以人臍靜脈內皮細胞上建立衰老模型，以白藜蘆醇為陽性對照藥研究三七皂苷 R1對心血管疾病的作用及作用機制。研究結果表明，三七皂苷 R1 延緩血管內皮細胞衰老的效果明顯，并可能是通過調控 miRNA34a/ SIRT1 / p53 通路延緩血管內皮細胞衰老，從而治療動脈粥樣硬化。

1.2.2衰老細胞與類風濕關節(jié)炎 類風濕性關節(jié)炎是一種針對關節(jié)的慢性自發(fā)性炎癥障礙。雖然類風濕關節(jié)炎可以發(fā)生在任何年齡的個體中，但它的發(fā)病率隨著年齡的增長而持續(xù)增長。與同齡健康人相比，類風濕關節(jié)炎患者表現出明顯的免疫系統(tǒng)老化特征。

Chalan等[6]的研究表明，雖然衰老影響免疫系統(tǒng)的所有細胞，但T細胞似乎最為敏感。T細胞老化的一個明顯特征是CD4+，CD8+T細胞的增殖和CD28的表達缺乏。過多的DNA損傷(包括端粒侵蝕)會引起持續(xù)的損傷反應，從而誘導衰老或程序性細胞死亡。而類風濕關節(jié)炎患者表現出了T細胞DNA損傷累積，和CD4+、CD8+T細胞的數量增加。

1.2.3衰老細胞與阿爾茨海默病 阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是一種進行性神經退行性疾病，是老年癡呆最常見的形式。神經性斑塊是AD大腦的病理標志，由淀粉樣β蛋白(Aβ)多肽的細胞外聚集體和積累自溶酶體的退行性軸突組成。

Zhang等[7]發(fā)現，在AD患者和AD小鼠模型大腦中，少突膠質前體細胞(oligodendrocyte precursor cells，OPC)呈現衰老樣表型，其特征是p21/CDKN1A、p16/INK4/CDKN2A蛋白表達上調和衰老相關的β半乳糖苷酶活性增加。當從AD小鼠斑塊環(huán)境中去除衰老細胞就能夠減少神經炎癥，減輕Aβ負荷，并改善認知缺陷。研究結果表明，Aβ誘導的OPC衰老在AD的神經炎癥和認知障礙中起作用，并且衰老治療具有潛在的治療意義。

2 老齡化疾病中的衰老相關分泌表型

細胞衰老有兩面性。一方面，細胞衰老可能與程序性細胞死亡為一種抗癌機制；另一方面，由于祖細胞的細胞周期停滯，衰老導致組織修復能力的喪失和衰老細胞產生促炎癥和基質降解分子，即衰老相關分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)。人們發(fā)現衰老細胞向周圍環(huán)境釋放SASP。SASP包括各種生長因子、轉錄因子、促炎細胞因子如IL-1，IL-6，IL-8，蛋白酶和基質金屬蛋白酶[8]。

隨著年齡的增長，機體出現一種促炎癥反應升高狀態(tài)，而這一現象被命名為炎性衰老。因此，全身性炎癥對于與衰老及衰老相關的疾病至關重要。多項研究表明，老年人這種無明顯感染的慢性全身性炎癥通常被稱為“發(fā)炎”表型，其主要特征是循環(huán)促炎細胞因子水平升高[9]。流行病學研究發(fā)現，發(fā)炎的表型與幾種衰老相關的病理狀態(tài)之間存在很強的相關性。許多年齡相關疾病均表現出炎癥相關病理表現，如動脈粥樣硬化，糖尿病，癌癥，骨關節(jié)炎等。盡管炎癥是正常修復反應的一部分，并且對于使我們免受細菌和病毒感染以及有害的環(huán)境因素影響是必不可少的，但當炎癥延長并持續(xù)存在時，它會變得具有破壞性，而SASP就是一種伴隨哺乳動物衰老的促炎表型。

Cavaco等[10]研究發(fā)現，隨著年齡的增長，骨關節(jié)炎變得更加普遍，促炎和分解代謝介質，例如一氧化氮、細胞因子、前列腺素和基質金屬蛋白酶從軟骨釋放到滑膜間隙，并且鈣晶體的存在會放大這種介體的產生，導致關節(jié)發(fā)炎和軟骨降解。Furman等[11]研究表明，衰老本身就會伴隨著血清IL-6，TNF-α和CRP水平的升高。促炎癥狀態(tài)可能是衰老的生物標志物，老年人體內高水平的促炎癥標志物與大多數典型老年疾病以及多種慢性疾病的發(fā)病風險相關。這可能是由于衰老時，衰老細胞分泌的趨化因子作為SASP產生的炎癥反應。Song等[12]通過研究自然衰老大鼠腦組織中MAPK /NF-κB信號通路影響及其抗炎作用，發(fā)現隨著年齡的增長，中樞的炎癥穩(wěn)態(tài)會逐步失調而產生中樞炎癥反應，且中樞促炎因子會增加腦衰老相關退行性疾病的易感性。而淫羊藿總黃酮通過抑制炎癥反應從而延緩大鼠腦衰老。

3 老齡化疾病中cGAS-STING通路的激活

3.1 cGAS-STING信號通路環(huán)磷酸鳥苷-腺苷合成酶(cyclic GMP-AMP synthase，cGAS)是一種可以結合dsDNA的胞質核酸傳感器。不同來源的DNA結合激活cGAS產生第二信使環(huán)狀環(huán)磷酸鳥苷-腺苷合成酶(cyclic GMP-AMP, cGAMP)，它與內質網定位的接頭蛋白結合。除了cGAMP以外，包括內質網應激、病毒脂質體和環(huán)狀二核苷酸也可以激活STING[13]。一旦激活，STING從內質網轉移到高爾基體，并招募一些激酶，如Tank結合激酶1(TANK-binding kinase 1，TBK1)和IκB激酶，它們分別磷酸化干擾素調節(jié)因子3(interferon regulatory factor 3，IRF3)和核因子κB蛋白(NF-κB)。磷酸化的IRF3二聚體移位到細胞核，激活編碼I型干擾素的基因的轉錄，如干擾素-β。而IκBα磷酸化又導致NF-κB轉位到細胞核，在那里它激活了編碼促炎細胞因子的基因的轉錄，如IL-6和TNF-α[14]。第一個將cGAS與細胞衰老聯(lián)系起來的是偶然觀察到cGAS缺陷的小鼠胚胎成纖維細胞在連續(xù)傳代培養(yǎng)后很容易永生化，而野生型成纖維細胞在相同的條件下會衰老。

3.2 cGAS-STING與哈欽森·吉爾福德早衰綜合癥哈欽森·吉爾福德早衰綜合癥(Hutchinson-Gilford progeria syndrome，HGPS)是一種由截短的層蛋白A蛋白引起的過早衰老的疾病，這種蛋白導致細胞和器官的衰退。HGPS患者來源的成纖維細胞積累了基因組的不穩(wěn)定性，但其潛在的機制和對疾病的貢獻仍然知之甚少[15]。

Ray等[16]提出在這個疾病中DNA損傷是由模式識別受體(包括細胞質DNA傳感器,cGAS/STING)感知的，導致NF-κB和STAT1通路的激活，這兩個通路協(xié)同促進細胞衰老。Graziano等[17]對來自4名HGPS患者的人皮膚成纖維細胞和正常成纖維細胞進行全基因組RNAseq分析，發(fā)現培養(yǎng)的早期和晚期傳代HGPS成纖維細胞與正常成纖維細胞相比干擾素/抗病毒/天然免疫類別中有近50個基因表達上調。其中孕激素的表達迅速導致cGAS和STING、STAT1和磷酸化形式、IRF3和干擾素刺激因子15的蛋白水平的增加。

3.3 cGAS-STING與二型糖尿病二型糖尿病(type Ⅱ diabetes mellitus，T2DM)是一種與肝臟并發(fā)癥相關的代謝性疾病。作為一種代謝性慢性疾病，在老年人中很常見。高血糖引起的內皮功能障礙是T2DM患者糖尿病血管并發(fā)癥的先兆和起因。在高葡萄糖條件下，體外培養(yǎng)的內皮細胞具有延遲的繁殖和過度的細胞凋亡。動物研究表明，T2DM可以損害內皮細胞和血管內皮[18]。并且高血糖引起的代謝應激和升高的游離脂肪酸已被證明抑制血管內皮細胞的生成。然而，其潛在的機制仍然知之甚少。

Yuan等[19]利用棕櫚酸(palmitic acid，PA)抑制內皮細胞增殖、遷移和管狀形成，通過研究發(fā)現過表達YAP或敲除MST1可阻止PA誘導的血管生成抑制。在上游信號的研究中發(fā)現PA通過誘導線粒體損傷抑制YAP通路。PA處理誘導線粒體DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)釋放到胞質，并激活胞質DNA傳感器cGAS-STING-IRF3信號。激活后的IRF3與MST1基因啟動子結合，誘導MST1表達，導致MST1表達上調，YAP失活，抑制血管生成。研究結果表明，線粒體損傷和胞質DNA傳感器cGAS-STING-IRF3信號在PA誘導的YAP失調和血管生成抑制中起重要作用。這一機制可能在糖尿病血管生成障礙和創(chuàng)面愈合中有一定意義。

4 cGAS-STING通過調控SASP加重衰老及老齡化疾病

DNA能夠與人類干擾素誘導蛋白16和cGAS結合，而與cGAS結合會導致STING的激活和隨后的炎癥反應。這兩種DNA受體都能夠在感染期間感知微生物DNA，也能夠感知內源性DNA，這些DNA可能在衰老過程中細胞死亡時釋放，因此導致炎癥老化。在某些情況下，衰老細胞誘導的SASP被認為是許多衰老相關疾病的基礎[20]。我們綜述發(fā)現老年性疾病患者細胞表現出核外DNA聚集，如細胞質染色質片段(cytoplasmic chromatin fragments，CCF)以及mtDNA等，通過對DNA敏感的cGAS-STING途徑觸發(fā)先天免疫反應。此外，最近發(fā)現，cGAS的先天免疫信號也通過分泌炎性細胞因子和趨化因子，以及涉及自身和旁分泌信號來促進衰老。

4.1 衰老衰老是指組織和器官功能隨著時間的推移而逐漸惡化。越來越多的證據表明，隨著年齡的增加，高度受損的周期阻滯細胞的積累是某些衰老相關疾病發(fā)展的主要原因。最近的研究表明，染色體不穩(wěn)定發(fā)生在衰老細胞中，在有絲分裂過程中錯誤的染色體分離導致細胞質DNA的積累，有助于衰老及其SASP的建立。

Dou等[21]在多種衰老原代細胞中發(fā)現了CCF，并在各種手段觸發(fā)的衰老細胞中檢測到cGAS和STING蛋白的激活。而衰老細胞的一個重要特征就是SASP。SASP能夠招募免疫細胞，調節(jié)它們的活動，并改變組織微環(huán)境。cGAS-STING的激活導致兩條下游通路：IRF3和NF-κB。研究發(fā)現，衰老主要通過NF-κB而不是IRF3誘導SASP。Lan等[22]研究表明，老年性疾病共濟失調和早衰癥的患者細胞表現出核外DNA聚集，通過DNA敏感的cGAS-STING途徑觸發(fā)先天免疫反應。在衰老過程中，NF-κB是通過cGAS刺激性胞質DNA傳感途徑被激活的，它是通過從受損的細胞核中釋放的染色質片段的積累來響應遺傳毒性的應激反應。

4.2 骨關節(jié)炎骨關節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種在老年人中流行的關節(jié)疾病，是由異常的機械應力和與衰老相關的生化因素改變引起的。OA患者表現為關節(jié)疼痛、僵硬和殘疾，并伴有關節(jié)軟骨丟失和滑膜炎癥[23]。軟骨細胞是唯一嵌入軟骨組織的細胞，調節(jié)分解代謝因子的合成，如促炎細胞因子和基質降解酶，以及導致細胞外基質分形成的合成代謝因子。

氨基端纖維連接蛋白片段(fibronectin fragment，Fn-f)主要存在于骨關節(jié)炎(OA)患者的滑液中。Hwang等[24]發(fā)現骨關節(jié)炎患者的軟骨細胞上cGAS-STING蛋白含量升高。同時在人原代軟骨細胞中加入Fn-f也能激活這一通路。cGAS和STING的敲除可抑制 Fn-f誘導的GM-CSF，G-CSF和IFN的表達，同時降低TBK1,干擾素調節(jié)因子3和抑制蛋白B的活性。此外，NOD2或TLR2基因敲除可抑制軟骨細胞GMCSF、GCSF和IFN的表達，并降低cGAS/STING通路的激活。研究結果表明，cGAS/STING/TBK1/IRF3通路在Fn-f誘導的促炎細胞因子表達中起關鍵作用。

4.3 老年性黃斑變性老年性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)是一種復雜的眼部疾病，是發(fā)達國家老年人不可逆性失明的主要原因。AMD是視網膜黃斑區(qū)的一種慢性退行性疾病，它會導致從早期(中等大小的玻璃體和視網膜色素上皮異常)到晚期(新生血管性AMD和地理萎縮)的漸進性中心視力喪失[25]。

Wu等[26]使用了青年大鼠、衰老大鼠和早期AMD大鼠3種模型，檢測了細胞衰老標記物，細胞質線粒體DNA含量，并在體外模型中檢測cGAS/STING及其下游依賴IRF3和NF-κB途徑相關的關鍵蛋白，細胞生長因子和分泌生長因子，包括IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8和基質金屬蛋白酶(MMP-1和MMP-3)。研究發(fā)現DNA損傷，包括核損傷和線粒體DNA損傷，在衰老過程中起著重要的作用。cGAS/STING通路作為促炎因子分泌相關的重要DNA感受器，對于AMD的早期發(fā)展的一個重要的信號通路，抑制STING蛋白可能是AMD病例的一種潛在的治療策略。

4.4 亨廷頓病亨廷頓病(Huntington’s disease，HD)是一種神經退行性疾病，而線粒體功能障礙是神經退行性變的共同特征。神經元mtDNA在神經變性過程中的損傷是ROS產生和DNA損傷的結果[27]。線粒體膜電位的降低和線粒體膜通透性的增加使mtDNA釋放到胞質。褪黑激素是一種神經保護激素，是一種有效的自由基清除劑，可抵抗mHTT介導的神經毒性，在神經元中，褪黑素僅在線粒體基質中合成，從而阻止了ROS的積累。但是隨著年齡的增長和神經退行性疾病的發(fā)生褪黑色素不斷減少。

Jauhari等[28]認為，褪黑素水平不足會破壞線粒體的穩(wěn)態(tài)，導致線粒體DNA的釋放和胞質DNA介導的炎癥反應的激活，故作者選用了褪黑素缺乏芳香胺N-乙?；D移酶基因敲除小鼠并，通過檢測發(fā)現其大腦和原代大腦皮層神經元線粒體氧化應激增加，線粒體膜電位降低，mtDNA釋放增加，而胞質mtDNA激活cGAS/STING/IRF3通路，刺激炎性細胞因子的產生。

4.5 其他老齡化疾病Harding等[29]研究表明，高度受損的細胞周期阻滯細胞的積累是腫瘤發(fā)展的主要原因。衰老細胞中染色質的不穩(wěn)定能夠通過cGAS-STING通路激活SASP。Luo等[20]報道了衰老細胞通過SASP參與腫瘤的發(fā)生和年齡相關的病理改變。癌癥中的cGAS-STING信號通路可通過SASP進行調控。Takahashi等[30]發(fā)現，在衰老細胞中，DNase2和TREX1的表達下調，而通過阻斷這種下調阻止了衰老的肝星狀細胞中的SASP，肥胖相關的小鼠肝細胞癌發(fā)展的下降。在衰老前期的細胞中，DNase2和TREX1的表達至少部分通過E2F來維持，而與衰老相關的E2F轉錄活性的降低導致細胞核DNA的胞質積聚和胞質DNA傳感通路的異常激活，進而通過IFN-β途徑在衰老細胞中引發(fā)SASP。

5 展望與討論

年齡是大多數慢性病的主要病因，這些慢性病占全球發(fā)病率、住院率、醫(yī)療費用和死亡率的大部分，包括阿爾茨海默病，其他神經退行性疾病、心血管疾病，以及大多數癌癥。鑒于老齡化疾病的共同危險因素，闡明衰老機制將為同時防治多種疾病帶來希望。衰老細胞由于老化而在多個組織中積累，特別是在中年之后，在慢性病發(fā)病機制的中心組織中積累。細胞由以下誘因進入衰老：DNA損傷，代謝應激，反復的細胞分裂，和組織損傷信號。而一些衰老細胞形成SASP，需要釋放蛋白質、生物活性脂質、核苷酸、胞外小泡等。通過SASP的自分泌和旁分泌效應，衰老細胞一方面調節(jié)自身的細胞行為，另一方面也影響其微環(huán)境。

最近研究表明，由DNA片段驅動的cGAS-STING通路刺激促進的SASP表型主要存在于晚期衰老細胞，如果允許衰老細胞持續(xù)存在，就會促進有害的副作用，如慢性炎癥和癌癥。因此，制定調控SASP的策略，可能會為今后年齡相關疾病的管理和健康老齡化的實施提供科學的方法。如今人們越來越認識到去除衰老細胞在預防與年齡相關的疾病方面的重要性。闡明SASP誘導的具體分子機制，也將為減緩衰老相關的炎癥性疾病和實現健康長壽提供重要依據。