衰老在肺血管疾病中的作用及研究進(jìn)展

陳旭，陳紀(jì)元，王健

呼吸疾病國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州呼吸健康研究院，廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，廣東廣州510030

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人口老齡化程度不斷加深，衰老相關(guān)疾病得到人們越來越多的關(guān)注。目前，包括動脈粥樣硬化、慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease,COPD）等在內(nèi)的眾多慢性疾病均證實(shí)與衰老密切相關(guān)，其具體發(fā)病過程和機(jī)制也成為研究的熱點(diǎn)話題之一。其中，血管在衰老過程中的結(jié)構(gòu)與功能變化是各種老年慢性病發(fā)生的重要因素，也是引起機(jī)體各器官系統(tǒng)衰老的關(guān)鍵生理病理基礎(chǔ)。肺動脈高壓（pulmonary hypertension，PH）是一類常見肺血管疾病，通常以肺動脈壓力升高合并不同程度右心功能衰竭為其主要特征。西方國家流行病學(xué)顯示，普通人群中肺動脈高壓患病率約為1%，但在60 歲以上人群中高達(dá)10%，提示年齡可能是肺動脈高壓發(fā)病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[1]。而現(xiàn)有血管衰老研究方向主要集中在心血管系統(tǒng)方面，在呼吸系統(tǒng)領(lǐng)域仍受關(guān)注甚少。本文就肺血管衰老與肺血管疾病的關(guān)系，特別是肺動脈高壓方面研究進(jìn)行綜述。

1 衰老及衰老的表現(xiàn)

衰老（aging）是指生物個體的正常生理功能出現(xiàn)衰退的過程[2]，而細(xì)胞衰老（cellular senescence）是指在多種應(yīng)激條件下，細(xì)胞增殖和再生能力逐漸停滯以至最后喪失的不可逆轉(zhuǎn)變過程[3],是衰老在細(xì)胞中的具體表現(xiàn)。其過程伴隨多種信號通路的改變以及遺傳穩(wěn)定性下降、端?？s短、細(xì)胞自噬、線粒體功能紊亂和表觀遺傳學(xué)變化等一系列復(fù)雜現(xiàn)象，這都共同導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯和表型的變化，進(jìn)而引發(fā)各類老年疾病。

2 血管衰老與肺血管疾病

隨著研究的深入,“人與血管共老”的觀點(diǎn)得到了越來越多的結(jié)果證實(shí)[4]。在形態(tài)學(xué)上，衰老血管的典型改變包括血管內(nèi)膜增厚、平滑肌肥大、膠原沉積以及彈性纖維紊亂甚至斷裂；在功能上表現(xiàn)為血管內(nèi)皮功能失調(diào)、血管舒張功能障礙和血管生成減少。兩者共同促進(jìn)了多種慢性呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生。如在COPD 中，吸煙產(chǎn)生的氧化應(yīng)激加速肺泡上皮細(xì)胞和肺血管內(nèi)皮細(xì)胞的衰老，成為發(fā)病的重要誘因[5]。與此相似，Alder 等[6]發(fā)現(xiàn)在上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中，衰老引起的端粒縮短可導(dǎo)致肺纖維化的發(fā)生。在肺動脈高壓中同樣如此，血管衰老直接促進(jìn)肺血管損傷和重構(gòu)，增加肺血管壓力[7]?？傊伤ダ弦鸬姆涡獾览w維化、肺泡細(xì)胞減少和肺血管損傷是造成呼吸系統(tǒng)慢性疾病特別是肺血管疾病的關(guān)鍵原因。

3 衰老相關(guān)分泌表型（SASP）與肺血管疾病

新近研究證實(shí)，相對于凋亡細(xì)胞，衰老細(xì)胞仍具有生物活性并能進(jìn)行代謝等活動，能分泌多種因子對自身以及周圍細(xì)胞生長狀態(tài)產(chǎn)生影響，被稱為衰老相關(guān)分泌表型（senescence-associated secretory phenotype,SASP）。2008年，Coppé 等[8]提出衰老細(xì)胞通過分泌具有致炎作用的小分子物質(zhì)，影響鄰近細(xì)胞的生理功能，甚至出現(xiàn)癌變，將這種現(xiàn)象命名為SASP。SASP 的發(fā)現(xiàn)不僅是衰老研究中的重要突破，而且在呼吸系統(tǒng)中同樣有研究表明，SASP 下游產(chǎn)生一系列變化能促進(jìn)血管炎癥發(fā)生和血栓形成，是血管衰老過程中的重要一環(huán)，研究SASP 的發(fā)生和機(jī)制對深入研究血管衰老有著重要的意義。SASP 包括眾多趨化因子、炎性因子以及生長因子，其成分在不同細(xì)胞中有所差別，但生物效應(yīng)上均能導(dǎo)致慢性炎癥，從而誘導(dǎo)呼吸系統(tǒng)疾病的產(chǎn)生[9]?，F(xiàn)普遍認(rèn)為，細(xì)胞分裂或氧化應(yīng)激等多種因素均可產(chǎn)生DNA 損傷，導(dǎo)致?lián)p傷-修復(fù)機(jī)制失衡進(jìn)而產(chǎn)生不可逆的效果。損傷的DNA 激活下游p53 和p16INK4a 通路，導(dǎo)致細(xì)胞衰老相關(guān)通路p21CIP1 表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞周期停滯。激活的p21CIP1通路使得DNA 損傷相關(guān)蛋白如NF-ΚB、p38MAPK和JAK 蛋白表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)細(xì)胞SASP 的釋放，進(jìn)而產(chǎn)生一系列促衰老效應(yīng)。較為明確的SASP 類型包括炎性因子IL-1 、IL-1 、TNF-α 和IL-6，趨化因子CXCL1、CXCL8、CXCL10 和CCL2。蛋白酶MMP1及MMP8 等和生長因子TGF-β同樣可以促進(jìn)細(xì)胞衰老化。SAPA 家族成員仍在不斷增加中，炎性因子PAI-1 是近年來新發(fā)現(xiàn)的SASP 成員，在COPD 以及肺纖維化患者血清中表達(dá)上升，提示炎癥反應(yīng)與呼吸系統(tǒng)慢性疾病密切相關(guān)[10]。分泌的SASP 可作用于自身造成胞內(nèi)ROS 水平釋放增加，引起細(xì)胞衰老進(jìn)一步加重，也可作用于周圍細(xì)胞導(dǎo)致肺血管破壞程度增加，促進(jìn)纖維化和氣道重構(gòu)。

當(dāng)然，衰老是一個及其復(fù)雜的過程，涉及眾多通路和關(guān)鍵分子以及表型變化，近來有研究顯示非編碼RNA[11]、抗衰老分子的減少以及表觀遺傳改變也可能參與到衰老過程中，其具體過程仍有待進(jìn)一步的研究。

4 血管衰老與肺動脈高壓

肺動脈高壓常伴有肺血管內(nèi)皮細(xì)胞功能失調(diào)以及肺血管平滑肌細(xì)胞增生肥大，最終導(dǎo)致血管重塑和右心衰等一系列不良后果，其預(yù)后差，病死率高，且尚無滿意治療手段。近年有研究表明，肺動脈高壓與血管衰老存在以下共同特點(diǎn)：（1）促衰老誘因同時促進(jìn)肺動脈高壓的發(fā)生；（2）肺血管重塑現(xiàn)象同時見于衰老相關(guān)疾病與肺動脈高壓；（3）衰老相關(guān)信號通路同樣存在于肺動脈高壓發(fā)生過程；（4）針對衰老的治療可明顯緩解肺血管重塑以及肺動脈高壓的癥狀。上述4 點(diǎn)提示肺動脈高壓與血管衰老之間可能存在極為密切的聯(lián)系。

4.1 血管衰老與肺動脈高壓發(fā)病的共同特征 在形態(tài)改變上，早期肺動脈高壓典型特征包括血管內(nèi)膜增生，中、外膜纖維化程度增加，彈性纖維層斷裂以及血管周圍炎癥。這與血管衰老中產(chǎn)生的形態(tài)變化極為相似。Noureddine 等[12]選取124 例COPD 患者在肺血管平滑肌細(xì)胞中檢測端粒長度以及p16 和p21 等衰老相關(guān)分子水平，發(fā)現(xiàn)衰老是重要的致血管重構(gòu)因素。在分子水平，眾多衰老標(biāo)記物以及SASP 的變化也具有一致性。如衰老標(biāo)記物蛋白SMP30 證實(shí)有抗衰老作用，敲除SMP30 后小鼠肺動脈高壓易感性增加[13]。同時，進(jìn)一步研究認(rèn)為肺血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞中的DNA 損傷積累是血管衰老和肺動脈高壓的共同誘發(fā)因素[14]，F(xiàn)ederici 和Li 等[15]證實(shí)在肺動脈高壓早期過程中即存在DNA 損傷現(xiàn)象。損傷積累造成肺血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和血管重重構(gòu)，均使得血管壁硬化程度增加。

以上多種因素均使得平滑肌細(xì)胞功能障礙而導(dǎo)致血管廣泛收縮，從而引起肺血管阻力（PVR）和肺血管壓力（PAP）增加，誘發(fā)肺動脈高壓的發(fā)生[16]。隨著外膜纖維化和炎性細(xì)胞浸潤程度加深，肺血管呈現(xiàn)一系列衰老變化，并分泌SASP 進(jìn)一步促進(jìn)炎癥的發(fā)生和一系列退行性改變，最終導(dǎo)致疾病的進(jìn)一步發(fā)展。

4.2 血管衰老與肺動脈高壓共同信號通路 信號通路變化是導(dǎo)致血管衰老與肺動脈高壓發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制之一。衰老和肺動脈高壓進(jìn)展過程中通路變化情況有眾多相似之處，如TGF-β/BMP 通路調(diào)節(jié)失衡、TNF-α和mTOR 等促衰老通路表達(dá)增加、受損血管修復(fù)機(jī)制喪失以及肺血管血流動力狀態(tài)改變后新通路激活等。

4.2.1 TGF-β/BMP 通路 肺動脈高壓中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體2 基因（BMPR2）被公認(rèn)為最主要的肺動脈高壓致病基因[17]，同時TGF-β/骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）通路在發(fā)病中處于核心位置。在衰老方面，Li 等[18]認(rèn)為TGF-β直接激活p16 和p21，同時間接促使ROS 水平增加從而起到促衰老作用。TGF-β也是SASP 成分之一，在衰老細(xì)胞中表達(dá)明顯增加。BMPR2 不僅是重要的致病基因，也與DNA 損傷-修復(fù)機(jī)制密切相關(guān)，而后者正是誘發(fā)衰老的起始環(huán)節(jié)。在肺血管內(nèi)皮細(xì)胞中，下調(diào)BMPR2 后DNA 損傷敏感性增加[15]，可能是由于保護(hù)性基因BRCA1 在細(xì)胞中表達(dá)降低所致。值得注意的是，DNA 損傷同時導(dǎo)致BMPR2 表達(dá)下調(diào)，提示兩者可能存在獨(dú)特的循環(huán)途徑共同誘導(dǎo)衰老的發(fā)生。

4.2.2 mTOR 通路 mTOR 是絲氨酸/蘇氨酸激酶家族的一員，mTOR 信號通路在細(xì)胞增殖、蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞凋亡等過程中均起到重要作用。同時，mTOR 分子本身作為SASP的一種具有促細(xì)胞衰老作用。mTOR通路與肺動脈高壓等多種呼吸系統(tǒng)疾病有密切的關(guān)系。近來研究顯示在轉(zhuǎn)基因小鼠中上調(diào)mTOR 表達(dá)導(dǎo)致肺動脈高壓的發(fā)生，同時COPD 患者肺血管內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞中mTOR 通路和衰老標(biāo)記物均表達(dá)增加[19]，提示mTOR 與細(xì)胞衰老和眾多慢性呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生息息相關(guān)。現(xiàn)普遍認(rèn)為mTOR通路與肺血管平滑肌細(xì)胞的增殖以及肺血管重構(gòu)關(guān)系密切，激活mTOR 通路引起p16 和p21 等蛋白表達(dá)增高、細(xì)胞周期改變和血管重塑，進(jìn)而導(dǎo)致肺動脈高壓癥狀的產(chǎn)生。mTOR 抑制劑能緩解衰老癥狀以及減少SASP 分泌水平[20]，同時可以改善血管重塑以及血流動力學(xué)狀態(tài)，提示mTOR 信號通路是一個具有前景的肺動脈高壓治療靶點(diǎn)。

4.2.3 血管再生相關(guān)信號通路 隨著年齡的增加，血管再生潛能逐漸下降，再生相關(guān)基因如Klotho 和sirtuin通路均表達(dá)降低，而后者往往在血管細(xì)胞衰老中充當(dāng)保護(hù)性角色。小鼠體內(nèi)Klotho 基因缺失會導(dǎo)致血管呈衰老樣變化，如血管內(nèi)膜增生、鈣化和EC 功能障礙[21]。而在MCT 誘導(dǎo)的肺動脈高壓大鼠模型中同樣發(fā)現(xiàn)Klotho 表達(dá)下降，輸入Klotho 過表達(dá)的間充質(zhì)干細(xì)胞能緩解血管重構(gòu)，減輕肺動脈高壓癥狀，這提示Klotho在PH和衰老過程中發(fā)揮著重要作用[22]。Klotho通過上調(diào)Sirtuin 起到抗衰老作用，后者也是血管衰老過程中常見的保護(hù)性因素，有研究顯示Sirtuin 在肺動脈高壓患者血管細(xì)胞中表達(dá)明顯下降[23]。此外，血管生成相關(guān)通路如Wnt、胰島素樣生長因子（IGF-1）以及FoxOs 與衰老和肺動脈高壓的發(fā)生密切相關(guān)。

5 以衰老為靶點(diǎn)的治療手段

隨著對衰老機(jī)制以及信號分子通路研究的不斷加深，近年來，在慢性呼吸系統(tǒng)疾病中以衰老為靶點(diǎn)的治療手段取得了長足的進(jìn)步?，F(xiàn)有的治療手段期望能針對衰老相關(guān)通路，預(yù)防或延緩非生理性衰老的發(fā)生。目前，其研究主要集中在3 個方面：（1）減少氧化應(yīng)激，減少DNA 損傷以防止衰老的發(fā)生；（2）使用SASP 抑制劑阻斷炎癥反應(yīng)；（3）選擇性清除衰老細(xì)胞。此外，基因治療和免疫療法也在積極的探索中[24]。Baker 等[25]發(fā)現(xiàn)定向清除小鼠體內(nèi)p16Ink4a 細(xì)胞能緩解器官衰老，顯著延長生命預(yù)期，這種方法同樣能減輕肺纖維化程度和肺部炎性反應(yīng)[26]。特別值得關(guān)注的是，Justice等[27]首次將細(xì)胞衰老靶向藥物Senolytics用于肺纖維化治療的人體試驗(yàn)，經(jīng)治療后14 名被試者的活動程度和6 分鐘步行試驗(yàn)等指標(biāo)明顯改善，提示靶向藥物定向清除衰老細(xì)胞可能是具有良好前景的肺纖維化治療手段。mTOR 抑制劑能上調(diào)sirtuin 表達(dá)，延緩細(xì)胞衰老，對COPD 和肺纖維化均有良好的治療作用[28]。依維莫司（Everolimus）是第一種用于小型肺動脈高壓治療評估的mTOR 抑制劑，在治療6 個月后80%的患者肺血管阻力下降31%，但其臨床應(yīng)用仍有待進(jìn)一步的大樣本臨床試驗(yàn)觀察。

6 總結(jié)與展望

綜上所述，隨著年齡的增大，血管細(xì)胞通過激活衰老相關(guān)信號通路以及釋放SASP 從而產(chǎn)生了一系列的病理表型變化，造成形態(tài)及功能改變，最終導(dǎo)致了慢性呼吸系統(tǒng)疾病特別是肺血管疾病的發(fā)生。正確理解衰老與肺血管疾病的關(guān)系及機(jī)制，應(yīng)用正確的方法延緩衰老對防控和治療肺血管疾病有著重要的意義。同時，衰老相關(guān)信號通路中的關(guān)鍵分子也有望為肺動脈高壓等疾病提供新的治療靶點(diǎn)。逆轉(zhuǎn)衰老雖然不甚現(xiàn)實(shí)，但對血管衰老的早期發(fā)現(xiàn)、早期干預(yù)以及針對性治療是未來防治肺血管疾病的新方向。