周佳雯綜述，靳建亮審校

0 引 言

衰老是指生物體的生理器官隨著年齡的增長發(fā)生不可避免的功能性下降、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定能力與應(yīng)對應(yīng)激能力下降，結(jié)構(gòu)、組分逐步退化，趨向死亡且不可逆轉(zhuǎn)的一種現(xiàn)象。截至2019年，中國65歲及以上人口占比達(dá)12.6%，總?cè)丝谕黄?4億，人口老齡化日益加重。機(jī)體衰老引起的老年人常見慢性疾病大大降低了老年人口的健康水平，加大了家庭和社會的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本文就近年來對于衰老機(jī)制的研究以及相應(yīng)防治手段展開綜述。

1 衰老機(jī)制的研究進(jìn)展

1.1細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老是一種由應(yīng)激性刺激和某些生理過程觸發(fā)的細(xì)胞狀態(tài)，其特征是具有分泌特性、大分子損傷、代謝改變的細(xì)胞周期延長和一般不可逆轉(zhuǎn)的細(xì)胞周期阻滯[1-2]。主要由端?？s短、DNA損傷、氧化應(yīng)激以及細(xì)胞周期阻滯等因素引起。

1.1.1端?？s短端粒位于真核細(xì)胞染色體末端，由于“末端復(fù)制”問題，端粒不能被DNA聚合酶完全復(fù)制。人體細(xì)胞每分裂1次，端?？s短50～100 bp，當(dāng)端粒長度縮短到傷害DNA的臨界值而細(xì)胞又無法代償此長度縮短時，染色體穩(wěn)定性變差，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡、機(jī)體衰老[3-4]。

1.1.2氧化應(yīng)激細(xì)胞在生物氧化代謝過程中會產(chǎn)生活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)，并可被體內(nèi)的抗氧化劑清除，因此活性氧一般在體內(nèi)保持一種動態(tài)平衡。衰老過程中，線粒體呼吸鏈作為ATP產(chǎn)生和ROS清除的亞細(xì)胞器，產(chǎn)生超氧陰離子，使得氧化應(yīng)激增加，ROS產(chǎn)生增多。如果氧化應(yīng)激持續(xù)存在，將最終導(dǎo)致細(xì)胞衰老，這也是衰老的重要標(biāo)志[5]。

1.1.3DNA損傷研究表明，DNA損傷是癌癥和衰老發(fā)生的共同基礎(chǔ)，DNA損傷如果沒有得到正確修復(fù)，其不斷積累直接涉及癌癥和其他衰老相關(guān)的疾病，如神經(jīng)退行性疾病和誘導(dǎo)促炎因子的分泌等[6]。同時，細(xì)胞中存在一種進(jìn)化保守途徑——DNA損傷反應(yīng)(DNA-damage response, DDR)。當(dāng)DDR發(fā)生時，DNA損傷感應(yīng)因子ATM、ATR及其下游因子Chk1、Chk2被激活。Chk1激活p53導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯；DNA雙鏈斷裂發(fā)生時，ATM也可通過ATR影響Chk1的活性[7]。如果DNA損傷嚴(yán)重或未修復(fù)，則DDR會導(dǎo)致永久性細(xì)胞周期阻滯或死亡。而Bmi-1可以通過阻止Chk2的激活減少DNA損傷反應(yīng)防止細(xì)胞衰老[8]。另外，新近確認(rèn)的衰老標(biāo)志分子GATA4，主要由ATM/ATR介導(dǎo)的DNA損傷信號穩(wěn)定表達(dá)，通過p62介導(dǎo)的選擇性自噬進(jìn)行降解，可以激活SASP，加快衰老進(jìn)程[9]。

1.1.4細(xì)胞周期阻滯細(xì)胞周期參與調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、衰老和凋亡。細(xì)胞周期受多方面因素的調(diào)控，當(dāng)產(chǎn)生永久性的細(xì)胞周期阻滯時，就會發(fā)生細(xì)胞衰老[10]。

細(xì)胞周期蛋白激酶抑制子(cyclin dependent kinase inhibitor, CDKI)通過調(diào)控細(xì)胞周期影響衰老速度，分為Ink4和KIP家族。研究發(fā)現(xiàn)，衰老的細(xì)胞中Rb蛋白表現(xiàn)為低磷酸化，使衰老細(xì)胞停滯在G1期[11]。多梳基因(polycomb, PcG)家族對于Ink4a/Arf基因座的表觀調(diào)控具有重要作用。其中Bmi-1作為PcG抑制復(fù)合體1 (polycomb-repressive complex 1, PRC1)中的重要一員，通過抑制細(xì)胞周期蛋白激酶抑制子p16和p19的表達(dá)來維持細(xì)胞的自我更新和細(xì)胞周期進(jìn)程[12]。Bmi-1對于Ink4a/Arf基因座的抑制作用依賴于與PRC2中組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2復(fù)合物的持續(xù)性結(jié)合。在衰老細(xì)胞中，EZH2水平下降導(dǎo)致甲基化組蛋白H3K27me3缺失，使Bmi-1移位，上調(diào)p16和p19轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞衰老[13]。

1.2炎性衰老炎性衰老指機(jī)體在自然衰老過程中出現(xiàn)的低級、慢性系統(tǒng)性的促炎反應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行性增高的現(xiàn)象[14]。炎性衰老由循環(huán)中明顯增加的炎性細(xì)胞因子介導(dǎo)，主要包括IL-1β、IL-6和TNF-α等，是由促炎和抗炎抵消失衡所致。其中，IL-1β、IL-6、TNF-α及IL-6介導(dǎo)肝產(chǎn)生的C反應(yīng)蛋白隨年齡增高而增加，已成為心血管風(fēng)險因子[15]。目前，炎性衰老的機(jī)制主要有細(xì)胞因子論、DNA損傷論、應(yīng)激論、自噬論和線粒體論。

1.2.1細(xì)胞因子論機(jī)體在衰老過程中出現(xiàn)的慢性炎癥的主要原因是衰老機(jī)體促炎因子與抑炎因子失衡，循環(huán)中促炎因子水平升高，使老年人的組織器官持續(xù)的存在炎性環(huán)境中，進(jìn)而誘導(dǎo)組織器官的衰老[16]。TNF-α、IFN-β、IFN-γ等促炎細(xì)胞因子通過產(chǎn)生ROS和激活A(yù)TM/P53/P21通路誘導(dǎo)上皮細(xì)胞衰老[17]；趨化因子受體CXCR2通過P53通路誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞衰老；NF-κB等信號通路產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子IL-6、IL-8等阻滯細(xì)胞周期，促進(jìn)細(xì)胞衰老[18]。

1.2.2DNA損傷論研究表明，干細(xì)胞以及基質(zhì)成纖維細(xì)胞會因?yàn)镈NA損傷(端?？s短、雙鏈解螺旋等)累積分化為促炎因子過表達(dá)細(xì)胞，引起炎性衰老[19]。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)表明，促炎因子和某些應(yīng)激源可通過介導(dǎo)相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，激活NF-κB，使細(xì)胞分泌大量促炎因子，如：IL-1β、TNF-α等，誘發(fā)炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)[20]，導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生大量的自由基和ROS，與DNA、蛋白質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，引起上皮細(xì)胞DNA過氧化導(dǎo)致自由基連鎖反應(yīng)，加速炎性衰老進(jìn)程[21]。

1.2.3應(yīng)激論應(yīng)激論認(rèn)為，自然衰老進(jìn)程中機(jī)體長期處于應(yīng)激原微環(huán)境中，導(dǎo)致并維持機(jī)體的慢性炎性狀態(tài)，最終導(dǎo)致炎性衰老[2,22]。

1.2.4自噬論自噬是細(xì)胞新陳代謝的方式之一，細(xì)胞通過自噬活動維持胞內(nèi)微環(huán)境的穩(wěn)定。機(jī)體衰老往往伴隨著內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的失衡，細(xì)胞的自噬清除能力降低，導(dǎo)致蛋白質(zhì)和線粒體功能失調(diào)，進(jìn)而誘發(fā)炎性腸病、慢性肺病和自身免疫疾病等慢性炎癥，最終使炎性衰老進(jìn)一步加重[23-24]。

1.2.5線粒體論線粒體是衰老表型潛在的驅(qū)動器，衰老過程中，線粒體功能障礙增加，自噬清除力下降，引起線粒體ROS升高和線粒體來源的危險信號相關(guān)分子模式增加。并通過與模式識別受體蛋白NLRP3結(jié)合，誘導(dǎo)炎癥小體的組裝與激活，導(dǎo)致模式識別受體蛋白NLRP3主要通過其PYD結(jié)構(gòu)域招募下游凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白，進(jìn)而形成復(fù)合體，活化Caspase-1蛋白，誘發(fā)炎癥反應(yīng)；或通過AMPK介導(dǎo)的p53活化誘導(dǎo)SASP，被稱為線粒體功能障礙相關(guān)衰老的分泌表型，也可引起炎性衰老[25]。

1.3代謝性衰老機(jī)體衰老的常見表現(xiàn)為代謝改變。下丘腦-垂體單位作為身體功能的中央調(diào)節(jié)器，介導(dǎo)衰老進(jìn)程的潛在的細(xì)胞機(jī)制包括營養(yǎng)感知失調(diào)、蛋白內(nèi)穩(wěn)態(tài)喪失和表觀遺傳改變[26]。此外，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)、NF-κB、下丘腦干細(xì)胞、自噬和SIRT1的作用靶點(diǎn)已被認(rèn)為是介導(dǎo)這一機(jī)制的關(guān)鍵因素或途徑。

1.3.1AMPK通路單磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase, AMPK)是一種高度保守的細(xì)胞能量代謝調(diào)控器，隨著生物體的衰老活性逐步下調(diào)。AMPK通過多個途徑來維持機(jī)體代謝平衡：①AMPK/AAK-2通過磷酸化CRTC-1位點(diǎn)阻止其核移位，進(jìn)而抑制CREB轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子CRH-1的反式激活，延長壽命[27]；② AMPK通過激活SIRT1，激活下游PGC-1、FoxO1和FoxO3，干預(yù)衰老進(jìn)程[28]；③ AMPK能促進(jìn)胞內(nèi)p53活性升高進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老進(jìn)程[29]。④SIRT2通過促進(jìn)AMPK磷酸化，調(diào)節(jié)自噬和氧化應(yīng)激水平延緩衰老[30]。除此之外，AMPK對于衰老相關(guān)的信號通路，如：NF-κB、mTOR和胰島素通路等也存在間接調(diào)控的關(guān)系。

1.3.2mTOR通路mTOR通路是細(xì)胞代謝的一個關(guān)鍵組成部分，它將營養(yǎng)傳感與促進(jìn)細(xì)胞生長和增殖的細(xì)胞過程結(jié)合起來。mTOR屬于磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)相關(guān)激酶家族，mTORC1對過多的細(xì)胞外刺激和細(xì)胞內(nèi)環(huán)境改變做出應(yīng)答，同時抑制自噬，最終刺激細(xì)胞生長和增殖；與之相反，mTORC2調(diào)控細(xì)胞骨架組織和AGC激酶家族如AKT和SGK1的活動，且與新合成的多肽降解有關(guān)[31]，它通過AKT依賴和獨(dú)立的機(jī)制參與葡萄糖和脂質(zhì)代謝。先前通過哺乳動物衰老和熱量限制相關(guān)的多組織單細(xì)胞測序結(jié)果顯示，利用熱量限制手段干預(yù)后，mTOR通路相關(guān)基因在衰老哺乳動物的腎和白色脂肪組織中被下調(diào)[32]。

1.3.3表觀遺傳修飾衰老是環(huán)境因素決定的多因素過程，表觀遺傳學(xué)的作用方式主要有：DNA 甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA調(diào)控等。DNA甲基化是指 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，將甲基轉(zhuǎn)移至CpG 島二核苷酸序列區(qū)域。人類干細(xì)胞的DNMT基因在細(xì)胞衰老調(diào)控中起重要作用。隨著年齡的增長 DNA 甲基化逐漸下降，同時破壞細(xì)胞的基因表達(dá)引起生理功能衰退。衰老過程中基因CpG位點(diǎn)發(fā)生不同程度的甲基化改變[33]，因此可以說DNA特異位點(diǎn)的甲基化水平是能反映衰老的生物學(xué)標(biāo)記。研究表明組蛋白甲基化和乙酰化修飾的總體水平在衰老過程中發(fā)生變化，且具有物種特異性和細(xì)胞特異性。組蛋白甲基化根據(jù)結(jié)合位點(diǎn)的不同對基因的表達(dá)會產(chǎn)生不同的影響，在H3K4發(fā)生的甲基化是調(diào)節(jié)衰老相關(guān)蛋白變化的關(guān)鍵基因[34]。環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB-binding protein, CBP)和p300是最主要的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶[35]，主要作用于H3K18、H3K27的乙?；Ｋダ系牟溉閯游锝M織的CBP和p300水平下降，增加p300活性能延緩衰老，反之阻滯細(xì)胞周期進(jìn)程、誘導(dǎo)細(xì)胞衰老[36]。

1.4腸道微生物影響衰老及其相關(guān)疾病諾貝爾醫(yī)學(xué)獎得主梅契尼科夫提出，衰老與腸道菌群有關(guān)[37]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著機(jī)體衰老，腸道中革蘭陰性菌數(shù)目增多，產(chǎn)生脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)增加，透過腸道進(jìn)入全身循環(huán)，進(jìn)而激活慢性炎癥因子[38]。另外，研究表明，腸道中雙歧桿菌細(xì)菌數(shù)目與促炎因子(如TNF-α、IL-6等)水平呈負(fù)相關(guān)[39]。老年人腸道菌群穩(wěn)態(tài)改變，積累的LPS會導(dǎo)致巨噬細(xì)胞功能改變，進(jìn)而加劇炎癥進(jìn)程。因此，腸道的健康和穩(wěn)態(tài)對于機(jī)體免疫功能和壽命至關(guān)重要。

2 防治衰老及其相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

針對以上總結(jié)的衰老的相關(guān)因素，可以通過衰老細(xì)胞清除、減少應(yīng)激反應(yīng)、抗氧化、抗炎和腸道菌群移植等藥物或非藥物干預(yù)達(dá)到抗衰老以及防治相關(guān)疾病的目標(biāo)。

2.1衰老細(xì)胞的清除研究表明，抑制衰老細(xì)胞表達(dá)SASP相關(guān)成分的藥物可以改善衰老表型。常見的藥物有雷帕霉素、二甲基雙胍、魯索利替尼和p38MAPK抑制劑。同時，抗凋亡蛋白BCL-2和BCL-xL的特異性抑制劑也常用作衰老細(xì)胞清除劑，如：口服ABT263可以選擇性的清除衰老小鼠體內(nèi)衰老的造血干細(xì)胞和肌肉干細(xì)胞，使衰老的干細(xì)胞再生，緩解造血系統(tǒng)衰老[40]。然而，ABT263存在一些毒性副作用，其在延緩衰老以及衰老相關(guān)疾病的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。另外，ABT-737作為早期的navitoclax類似物，能夠在體內(nèi)驅(qū)動輻射誘導(dǎo)的肺上皮SNCs和p19誘導(dǎo)的真皮細(xì)胞凋亡，但其相關(guān)臨床試驗(yàn)有待進(jìn)一步開展[41]。

2.2抗氧化應(yīng)激治療抗氧化劑可分為外源性抗氧化劑和內(nèi)源性抗氧化劑。外源性抗氧化劑包括姜黃素、白藜蘆醇、槲皮素和活性維生素D等天然植物活性化合物[42]?；钚跃S生素D作為外源性抗氧化劑，通過上調(diào)Nrf2，降低氧化應(yīng)激水平，從而減少體內(nèi)DNA損傷，下調(diào)p16/Rb和p21/p53通路，延緩細(xì)胞衰老[43-44]。內(nèi)源性抗氧化劑主要指谷胱甘肽，分為氧化型谷胱甘肽和還原型谷胱甘肽(Glutathione, GSH)，在人體內(nèi)起作用的主要是GSH[45]。N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine, NAC)是內(nèi)源性抗氧化劑合成的必要前體，通過補(bǔ)充胞內(nèi)谷胱甘肽來抑制氧化應(yīng)激。由于飲食攝取的左旋半胱氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣入赘孰谋幌拗疲诜﨨AC治療可以作為抗氧化劑治療的有效途徑[46]。我們先前研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)激誘導(dǎo)的成熟前衰老小鼠模型中，利用飲水補(bǔ)充NAC可以通過維持氧化還原平衡、保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)功能，改善小鼠的腎小管間質(zhì)性損傷和衰老相關(guān)的肺纖維化[47-48]?？寡趸瘎┩ㄟ^調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激引起的異常細(xì)胞信號，進(jìn)而抑制氧化應(yīng)激表型，延緩衰老進(jìn)程[49]。

2.3抗炎治療近年來研究均將衰老、促炎細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)作為衰老過程中的現(xiàn)象之一[50]。在健康衰老過程中，NLRP3的表達(dá)減少。同樣，正常老年小鼠的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的IL-1β也較少[51]，因此NLRP3抑制劑和IL-1β受體拮抗劑可以作為改善衰老相關(guān)慢性炎癥的治療手段。

常見的NLRP3-炎癥小體抑制劑包括CY-09、MCC950、豆蔻明(Cardamonin)和阿那白滯素(Anakinra)等。CY-09與NLRP3的NACHT結(jié)構(gòu)域的ATP結(jié)構(gòu)基序結(jié)合，抑制NLRP3 ATP酶活性，從而抑制NLRP3炎癥小體的活化，可以改善急性腎損傷小鼠腎功能不全、炎癥反應(yīng)加劇表型[17]。MCC950是一種選擇性的NLRP3抑制劑，其通過抑制NLRP3/NF-κB通路活性減少脂質(zhì)累積，可有效改善小鼠非酒精性脂肪肝。Anakinra作為IL-1β受體拮抗劑，能阻斷IL-1α和IL-1β的作用，目前已在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和蛋白相關(guān)的周期性綜合征中得到了應(yīng)用[52]。

2.4移植腸道菌群治療糞菌移植 (fecal microbiota transplantation, FMT)指將健康人糞便中的功能菌群，移植到患者胃腸道內(nèi)，重建新的腸道菌群，實(shí)現(xiàn)腸道及腸道外疾病的治療。FMT是一種高效安全的抗衰老方法，已被證實(shí)可治療艱難梭菌感染、應(yīng)激性腸病和肝性腦病等[53]。其在防治衰老相關(guān)的疾病上的應(yīng)用也逐漸被發(fā)現(xiàn)，例如動脈硬化、II型糖尿病、帕金森病等[54]。但是，目前FMT還有著一系列的臨床應(yīng)用和倫理問題需要我們進(jìn)一步解決。

2.5調(diào)節(jié)代謝治療研究發(fā)現(xiàn)，能量限制是延緩壽命的有力措施，可引起胰島素、血糖和生長激素水平下降，進(jìn)而激活下游通路。近年來研究表明：除間歇性節(jié)食控制能量攝入外[32]，使用一些代謝調(diào)節(jié)藥物也可以調(diào)節(jié)代謝通路進(jìn)而延長壽命，如：雷帕霉素抑制mTOR信號通路，白藜蘆醇激活SIRT1活性，二甲基雙胍活化AMPK[55]。然而這些藥物的臨床應(yīng)用因某些副作用受到限制，使用方式、劑量等需要進(jìn)一步探討分析。

3 結(jié)語與展望

人均壽命的延長正在使我國人口的年齡分布峰從青年移向老年，預(yù)計到2050年，我國將進(jìn)入重度老年化社會。老年人口的增加，不僅會引發(fā)越來越多的衰老相關(guān)疾病，降低老年人的生活質(zhì)量，還會帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)、健康、醫(yī)療等社會問題。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，各種衰老學(xué)說的研究在逐步深化，但許多機(jī)制尚不完全清楚，還需要進(jìn)一步的研究。目前，雖然雷帕霉素、二甲基雙胍、抗氧化劑、活性維生素D等藥物已經(jīng)在臨床用于防治衰老及其相關(guān)疾病，且免疫細(xì)胞自體移植、糞菌移植等新型干預(yù)手段已通過臨床試驗(yàn)，但是許多藥物和非藥物干預(yù)手段仍有許多臨床應(yīng)用問題亟待解決?？傊顾ダ涎芯磕康膽?yīng)為防治衰老相關(guān)疾病，延長人口的平均壽命，助推健康衰老和健康中國戰(zhàn)略而服務(wù)。