細(xì)胞衰老分子機(jī)制的研究進(jìn)展

徐 舜，崔紅晶，趙 煒，孫雪榮，袁 源，鄭婷婷，熊 興東，劉新光 （廣東醫(yī)科大學(xué)衰老研究所，廣東省醫(yī)學(xué)分子診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東東莞 523808）

人口老齡化已成為當(dāng)今世界各國(guó)面臨的日趨嚴(yán)重的社會(huì)問題。衰老作為生命過程中的一種生理現(xiàn)象，是指隨著個(gè)體年齡的增長(zhǎng)，細(xì)胞、組織、器官發(fā)生系統(tǒng)性病變，從而導(dǎo)致衰老相關(guān)疾病發(fā)生和壽命終結(jié)的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為細(xì)胞的增殖能力減退，甚至完全停滯，臟器萎縮、機(jī)能衰退等[1-2]。與衰老密切相關(guān)的疾病，如糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、腫瘤、代謝性疾病等，已成為人類健康的重要威脅。2013年法國(guó)學(xué)者提出了衰老的九大分子指標(biāo)：(1)基因組不穩(wěn)定；(2)端?？s短；(3)表觀遺傳學(xué)改變；(4)蛋白內(nèi)穩(wěn)態(tài)喪失；(5)營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)失調(diào)；(6)線粒體功能異常；(7)細(xì)胞衰老；(8)干細(xì)胞耗竭；(9)細(xì)胞間通訊改變[1]。細(xì)胞衰老是指細(xì)胞在執(zhí)行生命活動(dòng)過程中，隨著時(shí)間的推移，細(xì)胞增殖與分化能力和生理功能逐漸發(fā)生衰退的變化過程[1-2]。最近有文獻(xiàn)指出，細(xì)胞衰老是一種由壓力信號(hào)刺激產(chǎn)生，存在于特定生理過程的細(xì)胞狀態(tài)，具有典型的細(xì)胞周期停滯、衰老相關(guān)分泌表型、大分子損傷及代謝紊亂4大特征[3]。細(xì)胞衰老涉及的分子機(jī)制較多，氧自由基學(xué)說認(rèn)為細(xì)胞衰老是機(jī)體代謝產(chǎn)生的氧自由基對(duì)細(xì)胞損傷的積累[4]。端粒學(xué)說提出細(xì)胞染色體端粒縮短的衰老生物鐘理論，認(rèn)為細(xì)胞染色體末端特殊結(jié)構(gòu)-端粒的長(zhǎng)度決定了細(xì)胞的壽命。DNA損傷衰老學(xué)說認(rèn)為細(xì)胞衰老是DNA損傷的積累?；蛩ダ蠈W(xué)說認(rèn)為細(xì)胞衰老受衰老相關(guān)基因的調(diào)控。分子交聯(lián)學(xué)說則認(rèn)為生物大分子之間形成交聯(lián)導(dǎo)致細(xì)胞衰老，也有學(xué)者認(rèn)為，脂褐素蓄積、糖基化反應(yīng)以及細(xì)胞在蛋白質(zhì)合成中難免發(fā)生的誤差等因素導(dǎo)致細(xì)胞衰老。對(duì)于衰老的生物學(xué)機(jī)制的深入研究，既是當(dāng)前生命科學(xué)領(lǐng)域的重要前沿，又是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和醫(yī)療衛(wèi)生發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。由于人類的生命周期較長(zhǎng)，正常的衰老過程不易研究，因此衰老研究通常利用衰老動(dòng)物模型(如酵母、線蟲、斑馬魚、小鼠等)完成，進(jìn)而揭示衰老過程的分子機(jī)制。

本課題組自2006年開始從事衰老及其相關(guān)疾病的分子機(jī)制研究，我校于2007年成立了衰老研究所，10多年來在細(xì)胞衰老的分子機(jī)制的研究方面獲得了14項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，開展了系列研究。本文將結(jié)合本課題組的工作就細(xì)胞衰老的分子機(jī)制作一綜述。

1 非編碼RNA與細(xì)胞衰老

長(zhǎng)期以來，人們對(duì)細(xì)胞衰老分子機(jī)制的研究主要集中在蛋白編碼基因。然而，在高等哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，90%以上是非編碼 RNA(non-coding RNA，ncRNA)，主要包括微小RNA(microRNA，miRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)等。非編碼RNA可在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄水平以及轉(zhuǎn)錄后水平等多層次調(diào)控基因的表達(dá)，從而廣泛參與多種生物學(xué)過程。近年來，非編碼RNA在細(xì)胞衰老中的作用日益受到關(guān)注，并取得了長(zhǎng)足發(fā)展。

miRNA是一類高度保守的、長(zhǎng)度約為22 nt的非編碼小RNA分子，通過與靶基因mRNA 3'UTR的結(jié)合，引起mRNA的降解或者翻譯阻滯，從而在轉(zhuǎn)錄后水平實(shí)現(xiàn)對(duì)靶基因的負(fù)調(diào)控[5]。越來越多的研究顯示，miRNA在細(xì)胞衰老過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，miR-34a[6]、 miR-29[7]、 miR-217[8]及miR-17-92家族[9]等多個(gè)miRNAs可通過負(fù)調(diào)控衰老相關(guān)信號(hào)通路中的靶基因影響細(xì)胞衰老進(jìn)程。近年來，本課題組揭示了包括miR-365、miR-33和miR-124等多個(gè)miRNA在細(xì)胞衰老與早老中發(fā)揮重要作用。

LncRNAs是一類轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸，缺乏蛋白質(zhì)編碼能力的功能性RNA分子[10]，最初被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，不具有生物學(xué)功能。但近年的研究表明，lncRNAs能與蛋白直接相互作用，并在多個(gè)層次調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)或相互作用蛋白的穩(wěn)定性、活性等，從而參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化和凋亡等生物學(xué)過程[11]。LncRNAH19可通過抑制STAT3信號(hào)通路，參與調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞衰老[12]。MIR31HG則可通過調(diào)節(jié)P16蛋白的表達(dá)影響細(xì)胞衰老進(jìn)程[12]。此外，lncRNA-OIS1可通過激活DPP4從而促進(jìn)RAS誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老(OIS)[14]。本課題組發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈非編碼RNA AK156230可參與調(diào)節(jié)小鼠胚胎成纖維細(xì)胞復(fù)制性衰老進(jìn)程[15]。

環(huán)狀RNA是一類具有閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性RNA分子，主要由前體RNA(pre-mRNA)通過可變剪切加工產(chǎn)生。它廣泛存在于各種細(xì)胞中，具有表達(dá)豐度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和組織特異性表達(dá)等特征[16]。越來越多的研究表明，circRNA可作為miRNA和蛋白質(zhì)“海綿”調(diào)控相應(yīng)靶基因的表達(dá)，或者通過與核內(nèi)蛋白結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄等方式發(fā)揮其生物學(xué)功能[16]。有研究表明，環(huán)狀RNA在細(xì)胞衰老的過程中發(fā)揮重要的作用。例如，Panda等[17]在人二倍體成纖維細(xì)胞WI-38中發(fā)現(xiàn)大量與衰老相關(guān)的環(huán)狀RNA(SAC-RNAs)。其中，circPVT1可通過ceRNA的作用方式抑制let-7的活性并調(diào)控其靶基因的表達(dá)，從而影響細(xì)胞的增殖和衰老[17]。Du等[18]發(fā)現(xiàn)circ-Foxo3在年老的人與小鼠心臟中高表達(dá)。體外實(shí)驗(yàn)表明，沉默circ-Foxo3可抑制小鼠胚胎成纖維細(xì)胞的衰老，而過表達(dá)circ-Foxo3可誘導(dǎo)其衰老。過表達(dá)circ-Foxo3導(dǎo)致抗衰老蛋白ID1、轉(zhuǎn)錄因子E2F1、抗應(yīng)激蛋白HIF1a和FAK滯留于胞質(zhì)，而在胞核中的豐度降低，從而阻斷這些蛋白質(zhì)發(fā)揮抗心肌細(xì)胞衰老的功能。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，circFoxo3與CDK2和p21結(jié)合，形成circFoxo3-p21-CDK2三元復(fù)合物，從而抑制CDK2的功能并阻止細(xì)胞周期進(jìn)展[19]。近年來本課題組非編碼RNA與細(xì)胞衰老進(jìn)程研究詳見表1[20-25]。

2 細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)與衰老

細(xì)胞和機(jī)體在生長(zhǎng)過程中難免會(huì)受到內(nèi)外各種環(huán)境的影響，例如氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、滲透壓力、熱應(yīng)激、營(yíng)養(yǎng)/代謝壓力、DNA損傷等[26]。細(xì)胞因此進(jìn)化出一系列適應(yīng)性的調(diào)控機(jī)制，影響相關(guān)基因的表達(dá)，這種反應(yīng)稱為細(xì)胞應(yīng)激。如果細(xì)胞內(nèi)的這套應(yīng)激調(diào)控機(jī)制失衡，就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，衰老或癌變[27]。

研究發(fā)現(xiàn)，在機(jī)體衰老和衰老相關(guān)疾病發(fā)生過程中，細(xì)胞內(nèi)的應(yīng)激反應(yīng)和相應(yīng)的修復(fù)機(jī)制都出現(xiàn)紊亂趨勢(shì)[28]。從某種程度上來說，衰老是細(xì)胞損傷和修復(fù)機(jī)制之間的博弈[29]。

表1 近年來本課題組非編碼RNA與細(xì)胞衰老進(jìn)程研究進(jìn)展

細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)與衰老之間存在著較為復(fù)雜的關(guān)系，長(zhǎng)壽細(xì)胞通常對(duì)某些特定的應(yīng)激因素表現(xiàn)出抗性[26,30-31]，本課題組在衰老模式生物釀酒酵母中發(fā)現(xiàn)多個(gè)短壽命酵母菌株，都表現(xiàn)出對(duì)氧化應(yīng)激、DNA損傷等環(huán)境壓力的敏感性，例如NAR1[32]、KSP1[33]、UBI4[34]、CIA2[35]、MET18[36]。目前研究認(rèn)為，適當(dāng)?shù)膽?yīng)激反應(yīng)可以誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生相關(guān)的分子伴侶和保護(hù)性白蛋白，進(jìn)而延長(zhǎng)壽命；然而，過強(qiáng)的應(yīng)激將加速細(xì)胞衰老(圖1)。這種應(yīng)激反應(yīng)與壽命間的關(guān)系被定義為“毒物興奮效應(yīng)”[37]，目前研究較多的主要有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和氧化應(yīng)激反應(yīng)。

圖1 細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和衰老之間的關(guān)系

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(Endoplasmic reticulum stress，ERS)是真核細(xì)胞的一種保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng), 細(xì)胞通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中堆積的未折疊蛋白及錯(cuò)誤折疊蛋白。未折疊蛋白可以激活未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)(Unfolded protein response，UPR)，進(jìn)而增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的處理能力，減輕ERS壓力，維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。但是，持續(xù)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)則會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和死亡[38]。

哺乳動(dòng)物細(xì)胞中有3條互相關(guān)聯(lián)的UPR通路(IRE1、PERK和ATF6)共同參與調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的動(dòng)態(tài)平衡，而在釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)細(xì)胞中目前只發(fā)現(xiàn)由轉(zhuǎn)錄因子(Homologous to ATF/CREB 1，Hac1p)和ERS感應(yīng)因子需肌醇酶1(Inositol Requiring Enzyme 1，Ire1p)共同介導(dǎo)的UPR信號(hào)通路，調(diào)控方式相對(duì)簡(jiǎn)單[38-39]。

研究報(bào)道，釀酒酵母缺失ALG12基因能延長(zhǎng)細(xì)胞復(fù)制性壽命，其機(jī)制與細(xì)胞內(nèi)上調(diào)的UPR通路活性相關(guān)[40]；本課題組也發(fā)現(xiàn)，缺失蛋白質(zhì)-O-甘露糖轉(zhuǎn)移酶1(Protein O-mannosyltransferase 1，PMT1)基因同樣可以通過上調(diào)細(xì)胞內(nèi)的UPR活性來延長(zhǎng)酵母細(xì)胞的復(fù)制壽命[41]。

氧化應(yīng)激是細(xì)胞內(nèi)活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)生成能力與細(xì)胞的活性氧清除能力失衡所致，進(jìn)而導(dǎo)致諸如DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子損傷的累積，這也是衰老“自由基學(xué)說”的核心內(nèi)容[4]。

氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激一樣，都像一把雙刃劍，對(duì)細(xì)胞存在雙重調(diào)控作用：適度的ROS可以作為第二信使激活多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，例如NF-κB、HIF-1α以及NRF2，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖與侵襲、血管生成[42-43]。但是，細(xì)胞內(nèi)過量的ROS會(huì)誘發(fā)DNA突變，使DNA編碼序列發(fā)生氧化損傷，從而使基因表達(dá)發(fā)生改變；還可通過改變DNA甲基化修飾影響基因的表達(dá)；此外，ROS還可使脂質(zhì)氧化、蛋白質(zhì)過氧化、分子交聯(lián)等，最終導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生凋亡、衰老，甚至癌變。

細(xì)胞為了防御ROS對(duì)機(jī)體的氧化損傷，進(jìn)化出一套完整的抗氧化系統(tǒng)。正常情況下，機(jī)體內(nèi)ROS的產(chǎn)生和消除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在衰老過程中，由于多種因素，細(xì)胞清除ROS的能力出現(xiàn)衰減的趨勢(shì)，從而處于氧化應(yīng)激狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激介導(dǎo)的細(xì)胞衰老途徑主要包括DNA損傷通路[44]、NF-κB通路[45]和 p38MAPKs通路[46]。

細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和衰老之間的相互調(diào)控關(guān)系一直都是衰老研究的熱點(diǎn)，如何控制細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的“度”，如何通過干預(yù)手段充分發(fā)揮細(xì)胞應(yīng)激在衰老中的積極作用，都是目前亟待解決的關(guān)鍵問題，也是抗衰老藥物研發(fā)的重要方向[47]。

3 能量代謝與衰老

能量代謝的改變與衰老進(jìn)程以及衰老相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展密不可分[48]。衰老細(xì)胞能量代謝的改變主要表現(xiàn)在線粒體功能的減弱及胰島素/IGF-1(胰島素/胰島素樣生長(zhǎng)因子，Insulin/IGF-1)信號(hào)通路等能量代謝通路的改變。衰老細(xì)胞中線粒體功能減弱，表現(xiàn)為膜電位降低、質(zhì)子泄漏增加、融合和分裂率降低、質(zhì)量增加和三羧酸循環(huán)代謝物種類增加[49]。雖然衰老細(xì)胞中線粒體的數(shù)量可能逐漸增加，但其產(chǎn)生ATP的能力受到損害[50]。衰老動(dòng)物包括人類中糖酵解增加，同時(shí)組織和血清中乳酸增加，表明衰老動(dòng)物中有氧代謝減少，無氧代謝增加，ATP的生成效率明顯下降[51]。衰老細(xì)胞線粒體的功能受到損傷，產(chǎn)生更多能引起蛋白質(zhì)和脂質(zhì)損傷的ROS，同時(shí)ROS還會(huì)導(dǎo)致端粒的縮短以及DNA損傷應(yīng)答的活化[52]。Insulin /IGF-1信號(hào)通路是從酵母到哺乳動(dòng)物及人類對(duì)長(zhǎng)壽和衰老影響最大的通路之一[53]。抑制insulin /IGF-1通路后，可通過控制能量代謝延長(zhǎng)酵母、線蟲、果蠅和小鼠等模式生物的壽命[54-55]。這與能量限制(CR)可以通過激活A(yù)MPK通路、抑制TOR通路以及促進(jìn)自噬延長(zhǎng)壽命一致。因此，能量代謝通過線粒體功能減弱及胰島素/IGF-1信號(hào)通路等能量代謝通路影響細(xì)胞衰老。

本課題組致力于糖異生過程的關(guān)鍵酶磷酸烯醇丙酮酸羧激酶1(PCK1)的研究，其廣泛存在于肝臟、腎臟、白色和褐色脂肪組織中。PCK1的表達(dá)受兩種不同的激素機(jī)制調(diào)控，包括腎上腺皮質(zhì)分泌的皮質(zhì)醇和胰島A細(xì)胞分泌的胰高血糖素。胰高血糖素/胰島素比值升高可誘導(dǎo)大量的PCK1生成，從而促進(jìn)糖異生作用。因此，PCK1蛋白在調(diào)節(jié)并維持能量代謝尤其是糖代謝過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。我們的研究結(jié)果表明，在酵母細(xì)胞中PCK1缺失可通過抑制糖異生產(chǎn)生和促進(jìn)糖酵解產(chǎn)生更多乳酸等中間產(chǎn)物，從而誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生和6-磷酸果糖激酶1的表達(dá)產(chǎn)生，最終促進(jìn)細(xì)胞衰老(待發(fā)表結(jié)果)。

4 衰老相關(guān)分泌表型

衰老細(xì)胞會(huì)分泌大量的細(xì)胞因子，這種現(xiàn)象稱為衰老相關(guān)分泌表型(senescent associated secretory phenotype, SASP)，為敘述方便，本文將這些細(xì)胞因子統(tǒng)稱為SASP因子。SASP因子種類繁多，包括促炎癥細(xì)胞因子、趨化因子、生長(zhǎng)因子和基質(zhì)金屬蛋白酶等(圖2、表2)[56-57]。SASP因子介導(dǎo)了衰老細(xì)胞的許多生物學(xué)效應(yīng)，其既是衰老細(xì)胞的標(biāo)志，也可以通過自分泌和旁分泌的方式，加強(qiáng)和傳播衰老[56,58]。SASP因子可以激活免疫系統(tǒng)，促進(jìn)衰老細(xì)胞的清除[59-60]。SASP因子還參與傷口愈合、組織重塑等過程的調(diào)節(jié)[61-62]，但持續(xù)存在的SASP因子也會(huì)造成整體或局部的慢性炎癥等，并可促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[61]。本課題組的研究表明，在順鉑作用下，黑色素瘤通過發(fā)生衰老并分泌SASP因子，對(duì)抗順鉑的治療作用，從而導(dǎo)致治療失??；而用中和抗體對(duì)抗關(guān)鍵SASP因子(如IL-1a和IL-8)，可顯著改善順鉑的治療效果[64]。因此，SASP因子對(duì)機(jī)體的影響非常復(fù)雜，可能利大于弊，也可能相反，需根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。

衰老細(xì)胞的細(xì)胞周期停滯常與p16INK4A/RB或p53/p21通路激活有關(guān)，但這兩條通路并不促進(jìn)SASP的發(fā)生。調(diào)節(jié)SASP發(fā)生的信號(hào)通路主要包括NF-κB、 C/EBPβ(CCAAT/enhancer binding protein beta)、cGAS-STING(Cgmp-Amp synthase-stimulator of interferon genes)、GATA4(GATA Binding Protein 4)、 mTOR(Mammalian target of rapamycin)和 p38-MAPK等[64-68]。很多衰老誘導(dǎo)因子，如DNA損傷、胞漿染色質(zhì)片段及損傷相關(guān)模式分子等，可通過調(diào)節(jié)這些信號(hào)通路而激活SASP[69-70]。

在不同衰老誘因、不同細(xì)胞類型及不同微環(huán)境下，產(chǎn)生的SASP因子種類和數(shù)量有很大的差異[71]。單細(xì)胞RNA測(cè)序結(jié)果進(jìn)一步表明，不同細(xì)胞間SASP因子的表達(dá)量也存在明顯差異[71]。造成細(xì)胞間異質(zhì)性的原因之一在于，SASP是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，IL-1α是SASP早期的分泌因子，其可促進(jìn)多種SASP因子的產(chǎn)生[72]，而在后期，細(xì)胞可通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)(如產(chǎn)生miRNA)，抑制SASP發(fā)展，從而降低其不利影響。

5 干細(xì)胞耗竭

干細(xì)胞耗竭可導(dǎo)致組織的再生功能下降，是機(jī)體衰老最明顯的特征之一[1,73]。機(jī)體的造血功能隨年齡增長(zhǎng)而下降，對(duì)老年小鼠的研究顯示，造血干細(xì)胞(HSCs)的細(xì)胞周期活性總體下降，同時(shí)老年HSCs的細(xì)胞分裂次數(shù)少于年輕HSCs[74]，這與DNA損傷積累[75]和 細(xì)胞周期抑制蛋白(如p16INK4a) 過度表達(dá)[76]相關(guān)。造血功能下降除可引起貧血和惡性腫瘤等疾病外，還可導(dǎo)致適應(yīng)性免疫細(xì)胞生成減少，從而促進(jìn)免疫衰老[77]。在幾乎所有的成體干細(xì)胞區(qū)室中，均發(fā)現(xiàn)了相似的干細(xì)胞功能性耗竭，包括小鼠前腦、骨髓和骨骼肌[78-79]。端粒縮短是多種成體干細(xì)胞隨年齡增長(zhǎng)而衰退的重要原因[78-80]。目前，干細(xì)胞耗竭已成為抗衰老研究的重要靶點(diǎn)[1,73]。

圖2 衰老細(xì)胞SASP因子的生物學(xué)功能[56]

表2 衰老相關(guān)分泌表型(SASP)成分[56]

6 免疫與衰老

免疫系統(tǒng)在衰老過程中出現(xiàn)明顯變化，衰老過程中免疫參數(shù)的下降被稱為免疫衰老。免疫衰老能引起促炎性因子的亞臨床累積與炎性衰老，通常被認(rèn)為是有害的。并且，免疫衰老與炎性衰老被認(rèn)為是大多數(shù)老年人疾病的根源，如感染、癌癥、自身免疫性疾病等[81]。但近年來的研究對(duì)免疫衰老的負(fù)面解釋提出了挑戰(zhàn)。

固有免疫系統(tǒng)在衰老過程中的主要特征是基礎(chǔ)水平的免疫刺激以及當(dāng)需要特定功能(如產(chǎn)生自由基)時(shí)的免疫麻痹[82]，這兩方面都與炎性衰老密切相關(guān)。20年前，F(xiàn)ranceschi等[83]提出炎性衰老的概念，認(rèn)為衰老就是一種慢性、無菌、低度的炎癥。炎性衰老狀態(tài)是線粒體功能異常、自噬/吞噬功能缺陷、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、細(xì)胞碎片和錯(cuò)誤定位的自身分子對(duì)炎癥小體的激活、泛素/蛋白酶系統(tǒng)缺陷、DNA損傷反應(yīng)的激活、衰老的T細(xì)胞及其SASP因子、年齡相關(guān)的腸道菌群的變化等綜合產(chǎn)生的結(jié)果[84-86]。由于慢性低度的炎癥，免疫細(xì)胞一直保持警惕狀態(tài)，其必然結(jié)果就是固有免疫功能的下調(diào)或免疫麻痹，這也是固有免疫耐受的一種[82]。這種生理狀態(tài)可以保護(hù)生物體免受進(jìn)一步自我誘導(dǎo)的損害，即使是以損害病原體防御為代價(jià)。另外，自由基產(chǎn)生量低可以保護(hù)機(jī)體免受與衰老和氧化應(yīng)激有關(guān)的進(jìn)一步損害，趨化活性的降低在無菌發(fā)炎過程中可以防止過度的組織損傷，維持抗炎的M2型巨噬細(xì)胞所需的能量比維持促炎的M1型巨噬細(xì)胞要少很多[87]。因而，通過慢性炎癥維持生理完整性而不是不惜一切代價(jià)消滅病原體，有可能是固有免疫系統(tǒng)在衰老過程中的適應(yīng)性改變。另外，近年來發(fā)現(xiàn)的訓(xùn)練性固有免疫記憶也有可能導(dǎo)致固有免疫細(xì)胞處于持續(xù)激活狀態(tài)[88]。Kleinnijenhuis等[89]發(fā)現(xiàn)，在卡介苗BCG刺激3個(gè)月后，單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞仍能夠在不存在BCG的情況對(duì)其他任何刺激進(jìn)行反應(yīng)。這說明即使沒有特定的刺激，訓(xùn)練過的免疫記憶也有可能導(dǎo)致持續(xù)的激活狀態(tài)。因此，衰老過程中固有免疫系統(tǒng)的改變也不僅僅是由于衰老產(chǎn)生的。

適應(yīng)性免疫系統(tǒng)在衰老過程中出現(xiàn)的特征性變化是初始型T細(xì)胞的減少和記憶性T細(xì)胞的增加[90]。其中初始型T細(xì)胞的減少是由胸腺退化、一生中急性和慢性抗原的刺激以及年齡相關(guān)的造血干細(xì)胞功能不全引起的，主要會(huì)導(dǎo)致TCR庫減少，這是衰老中適應(yīng)性免疫系統(tǒng)最基本的變化，被認(rèn)為是老年人感染、癌癥以及疫苗接種失敗率升高的主要原因[91-93]。但新的研究對(duì)該觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。首先，IL-7刺激初始型T細(xì)胞增殖能部分替代退化的胸腺，干細(xì)胞樣記憶性T細(xì)胞也能參與補(bǔ)充T細(xì)胞[94]。其次，有研究表明具有更多的初始型CD8+T細(xì)胞并不代表具有更多的生存優(yōu)勢(shì)[95]。另外，胸腺退化也可能有一些進(jìn)化上的原因，因?yàn)樵谡麄€(gè)機(jī)體趨于減少衰老過程中能量消耗的情況下，維持如此代謝活躍的器官是非常耗資源的，并且衰老的機(jī)體通常已經(jīng)遇到了其居住區(qū)域大多數(shù)活躍的病原體。老年人因直接傳染性原因死亡的概率并不高，說明衰老中對(duì)新型病原體反應(yīng)能力下降的代價(jià)并不大，胸腺退化反而能節(jié)省能量消耗從而支撐其他生存所需的功能和活動(dòng)。記憶性T細(xì)胞的數(shù)量的增加對(duì)于衰老的機(jī)體有可能是非常有益的。人體具有許多潛在的感染，可以在特定條件下不時(shí)重新激活，比如巨細(xì)胞病毒[96]。目前研究認(rèn)為，巨細(xì)胞病毒感染的存在不僅僅有害，它維持的持續(xù)免疫警覺性有利于更好的免疫反應(yīng)，其抗原的總體反應(yīng)甚至與更好的存活率有關(guān)[97]。因此，同固有免疫系統(tǒng)類似，衰老過程中適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的變化不應(yīng)被認(rèn)為一定是有害的或者僅僅與衰老有關(guān)。

衰老過程中免疫細(xì)胞代謝功能受損近年來受到越來越多的關(guān)注。T細(xì)胞亞型的分化與所使用的特定代謝途徑有關(guān)，并且有研究顯示年輕人和老年人的T細(xì)胞代謝存在差異[98]。老年人的T細(xì)胞缺乏足夠的底物來支持線粒體呼吸，因此能量缺乏，而沒有分解的葡萄糖被轉(zhuǎn)移到磷酸戊糖途徑，促進(jìn)了還原性因素(尤其是NADPH和還原型谷胱甘肽)的積累以及活性氧的清除[99]。能量缺乏的T細(xì)胞上調(diào)了能量傳感器AMPK的激活，衰老T細(xì)胞中AMPK過度激活的下游靶標(biāo)是DUSP4，DUSP4負(fù)調(diào)控MAPK超家族的成員ERK1、ERK2和JNK[100]。ERK是T細(xì)胞受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，其被DUSP4去磷酸化后能削弱TCR誘導(dǎo)的信號(hào)并減弱T細(xì)胞功能。因此，在確定葡萄糖，氨基酸和脂質(zhì)等外源營(yíng)養(yǎng)物對(duì)免疫衰老的影響時(shí)需考慮衰老過程中其本身的變化。

衰老引起的免疫系統(tǒng)的修飾或調(diào)節(jié)不僅僅導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的最終惡化，也使其更適應(yīng)特定環(huán)境中的挑戰(zhàn)。因此，F(xiàn)ulop等[101]提出免疫衰老是由于慢性侵略和時(shí)間造成的免疫適應(yīng)與重塑，他們認(rèn)為免疫系統(tǒng)中許多或大多數(shù)與年齡相關(guān)的變化可能是對(duì)衰老過程的理想適應(yīng)，單一的免疫干預(yù)有可能造成潛在的長(zhǎng)期傷害。免疫系統(tǒng)是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，并與中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等相互影響。目前還需要進(jìn)一步更廣泛的研究提出新的免疫干預(yù)目標(biāo)以減少衰老的有害影響，并利用有益的影響改善老年人的健康和功能。

7 展望

細(xì)胞衰老的發(fā)生發(fā)展是多因素參與、一系列基因協(xié)同調(diào)節(jié)的綜合結(jié)果。在過去20年里，有關(guān)細(xì)胞衰老發(fā)生機(jī)制的研究已取得了較大進(jìn)展，并提出多種衰老相關(guān)假說，揭示了多個(gè)衰老相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。近年來，本課題組致力于研究衰老發(fā)生機(jī)制，鑒定潛在的抗衰老靶標(biāo)及抗衰老藥物，取得了一定的進(jìn)展。盡管如此，衰老與抗衰老是一個(gè)永恒的話題，衰老及衰老相關(guān)疾病發(fā)生機(jī)制依然有待深入研究。隨著技術(shù)的革新和知識(shí)的擴(kuò)充，越來越多的研究提示包括腸道菌群、RNA甲基化修飾等多種因素在衰老進(jìn)程中也可能扮演至關(guān)重要的角色。本課題組將基于前期研究基礎(chǔ)，結(jié)合多種新技術(shù)、新策略、新領(lǐng)域，繼續(xù)深入探討細(xì)胞衰老及衰老相關(guān)疾病的發(fā)生機(jī)制。