應(yīng)激顆粒在細(xì)胞衰老中的作用

金志剛， 蔣瑩佩， 張晶晶

(浙江師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,浙江 金華 321004)

1 細(xì)胞衰老及其調(diào)控機(jī)制

1.1 衰老表型特征

細(xì)胞衰老(cellular senescence)是當(dāng)不斷增殖的細(xì)胞受到氧化應(yīng)激、DNA損傷和癌基因活化等內(nèi)源或外源壓力時誘發(fā)的細(xì)胞周期永久停滯的一種狀態(tài)[1].對細(xì)胞衰老的首次描述可以追溯到20世紀(jì)60年代，Hayflick等[2]觀察到在體外培養(yǎng)條件下，人類二倍體成纖維細(xì)胞增殖至一定代數(shù)后達(dá)到極限并停止增殖，這種極限被稱為“Hayflick極限”.細(xì)胞衰老會誘發(fā)永久的細(xì)胞周期停滯，并引發(fā)細(xì)胞表型變化，如生物活性分泌物的產(chǎn)生，稱為衰老相關(guān)的分泌表型(senescence-associated secretory phenotype,SASP)[3].機(jī)體在發(fā)育過程中通過衰老細(xì)胞誘導(dǎo)組織重塑、傷口愈合和腫瘤抑制反應(yīng)[4-5]，這些衰老細(xì)胞通過SASP的產(chǎn)生來招募免疫細(xì)胞，誘發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)，從而清除衰老細(xì)胞[6-13].但隨著年齡的增長，機(jī)體免疫機(jī)能逐漸衰退，此時衰老細(xì)胞分泌的SASP則發(fā)揮免疫抑制功能[14-15]，引發(fā)系統(tǒng)性炎癥甚至破壞組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)[16-19]，成為許多衰老相關(guān)疾病的誘因.因此，通過選擇性清除衰老細(xì)胞來延緩衰老和限制衰老引起功能障礙的方法，即衰老細(xì)胞清除療法(senotherapy)，目前受到廣泛關(guān)注[3,19-20].

具有抑制絲氨酸蛋白酶活性的纖溶酶原激活物抑制子-1(plasminogen activator inhibitor-1,PAI-1)是參與SASP的一種重要分泌蛋白，最早在1991年發(fā)現(xiàn)，過早衰老的細(xì)胞中PAI-1表達(dá)升高[21]，此后陸續(xù)在其他組織發(fā)現(xiàn)其與衰老細(xì)胞緊密聯(lián)系，被認(rèn)為是衰老標(biāo)志物之一[3,22-23].靶向PAI-1的小分子抑制劑TM5441可以有效防止阿霉素誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的衰老[24-26]，從而改善小鼠的血管衰老及細(xì)胞衰老引起的損傷[27-28].除此之外，衰老表型特征還包括但不限于衰老相關(guān)的β-半乳糖苷酶活性(SA-β-gal)增加，p16INK4A、p53和p21等細(xì)胞周期抑制因子表達(dá)水平增高，γ-H2AX等的DNA損傷，衰老相關(guān)異染色質(zhì)灶(senescence-associated heterochromatin foci,SAHF)等，這些衰老表型特征不僅可作為評估各種衰老模型的衰老進(jìn)程標(biāo)志物[29]，還可作為衰老細(xì)胞清除療法的藥物靶點(diǎn)[30-33].

1.2 調(diào)控細(xì)胞衰老的信號通路

過去30年對細(xì)胞衰老的研究已經(jīng)從衰老表型轉(zhuǎn)向這些表型背后的分子機(jī)制.目前通過遺傳分析發(fā)現(xiàn)，調(diào)控細(xì)胞衰老的信號通路主要涉及營養(yǎng)攝取和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)等方面(見圖1).

紅色表示促進(jìn)細(xì)胞衰老;綠色表示維持正常細(xì)胞，抑制細(xì)胞衰老

IIS通路、mTOR通路、AMPK、FOXO和sirtuins是調(diào)控細(xì)胞衰老的主要途徑，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞營養(yǎng)感知、能量代謝和蛋白穩(wěn)態(tài)來拮抗調(diào)控細(xì)胞衰老，且在酵母、線蟲、蒼蠅和哺乳動物中是相對保守的[3,34-35]，以下作簡要概述：1)從營養(yǎng)感知來說，機(jī)體衰老與胰島素/IGF-1信號通路(insulin/IGF-1signaling,IIS)有關(guān).營養(yǎng)匱乏時，IIS通路被阻斷，導(dǎo)致叉頭盒蛋白O(the fork head box protein O,FOXO)線蟲同源蛋白DAF-16活化，進(jìn)而激活了下游抗衰老靶基因的轉(zhuǎn)錄[35-38]，表明降低IIS通路活性可以延長線蟲壽命.除此之外，IIS通路還會引起葡萄糖運(yùn)輸和脂肪代謝受損，而抗衰老因子則通過降低細(xì)胞對IGF-1的利用、激活腺苷單磷酸激活激酶(AMP-activated kinase,AMPK)、阻斷哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)通路、增加自噬活性和維持線粒體完整性來促進(jìn)機(jī)體長壽[35].2)mTOR通路，感知營養(yǎng)的另一個重要途徑，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞生長，整合胰島素信號和細(xì)胞應(yīng)激信號，從而調(diào)節(jié)mRNA翻譯、自噬、轉(zhuǎn)錄和線粒體功能等過程[35,38].激活mTOR復(fù)合物1(target of rapamycin complex1,TORC1)會加速細(xì)胞和組織衰老的過程，而通過雷帕霉素、TORC1基因失活或飲食限制(dietary restriction,DR)來抑制mTOR通路，可以延長模式生物壽命并改善一系列生理表現(xiàn)[39].3)AMPK是細(xì)胞內(nèi)重要的能量感受器和調(diào)節(jié)器，可以感知細(xì)胞壓力、運(yùn)動、多種激素及影響細(xì)胞代謝的物質(zhì)等各種刺激.AMPK在細(xì)胞能量水平低時被激活，并通過抑制TORC1阻斷蛋白質(zhì)合成，通過促進(jìn)線粒體呼吸維持細(xì)胞能量[35,40]，從而延緩細(xì)胞衰老.4)NAD+是三羧酸循環(huán)和電子呼吸鏈上重要的輔酶，NAD+依賴性蛋白去乙?；竤irtuins家族蛋白是重要的衰老調(diào)節(jié)因子家族.早在對酵母菌、果蠅和線蟲的研究中發(fā)現(xiàn)，sirtuins家族顯著延長了這些模式生物的壽命[41-42].sirtuins家族的7個成員(SIRT1-7)，通過調(diào)控p53，AMPK等信號通路[43-44]，來調(diào)節(jié)線粒體穩(wěn)態(tài)、基因組穩(wěn)定性、NF-κB信號傳導(dǎo)和葡萄糖代謝，參與DR介導(dǎo)延長細(xì)胞壽命[41,45-46].綜上，IIS通路、mTOR通路、AMPK和sirtuins通過對營養(yǎng)或能量的感知和調(diào)節(jié)，在細(xì)胞衰老過程中發(fā)揮了重要作用.

1.3 衰老細(xì)胞的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡

蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡既是細(xì)胞衰老的重要特征，也是誘發(fā)機(jī)體衰老的主要原因[47-48].細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的維持需要精確控制蛋白質(zhì)合成、折疊、構(gòu)象維持和降解等過程，這些過程需要不同類別的分子伴侶及其相關(guān)調(diào)節(jié)因子，以及蛋白酶體或溶酶體共同協(xié)調(diào)，同時還需要ATP供能，來減少蛋白錯誤折疊或聚集[49-51].隨著年齡的增長，熱休克蛋白HSP70(heat-shock protein 70)[52-53]和熱休克轉(zhuǎn)錄因子HSF-1(heat shock transcription factor-1)[54]等分子伴侶活性下降，蛋白酶體功能減弱，導(dǎo)致包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)在內(nèi)的蛋白質(zhì)量控制系統(tǒng)(protein quality-control system,PQC)嚴(yán)重受損，PQC受損導(dǎo)致的蛋白質(zhì)聚集是衰老細(xì)胞及衰老相關(guān)疾病的重要標(biāo)志[48-49,51,55-57].在許多模型中，通過外源性表達(dá)單個分子伴侶或通過藥理學(xué)誘導(dǎo)應(yīng)激反應(yīng)上調(diào)多個分子伴侶，已被證明可以防止毒性聚集體的形成或誘導(dǎo)形成毒性較小的聚集體[49,58-59].這種PQC成分的上調(diào)允許細(xì)胞清除急性壓力誘導(dǎo)的錯誤折疊蛋白質(zhì)及其聚集體，但無法清除與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的淀粉樣蛋白質(zhì)聚集體，如β-淀粉樣蛋白、Tau、α-突觸核蛋白、超氧化物歧化酶1(superoxide dismutase 1,SOD1)和TDP-43等神經(jīng)毒性蛋白質(zhì)聚集體[49,60].衰老神經(jīng)元內(nèi)蛋白酶體和HSP70活性下降，會促進(jìn)TDP-43液滴形成，當(dāng)ATP水平降低時，TDP-43液滴進(jìn)而向固態(tài)聚集體轉(zhuǎn)變[61].這些蛋白質(zhì)聚集體可以通過衰老細(xì)胞清除療法來清除，從而延緩衰老相關(guān)疾病的表型[62-63].這些證據(jù)都表明，蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡對細(xì)胞衰老影響甚大，因此，闡明細(xì)胞衰老過程中的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡可為抵抗衰老及治療衰老相關(guān)疾病提供重要依據(jù).

2 應(yīng)激顆粒簡介

如前所述，IIS通路、mTOR通路、AMPK和sirtuins作為營養(yǎng)或能量的感知器和調(diào)節(jié)器，在細(xì)胞衰老過程中發(fā)揮了重要作用.近年研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激顆粒(stress granules,SGs)作為壓力的感受器和調(diào)節(jié)器，也參與調(diào)控了細(xì)胞衰老.真核細(xì)胞在面對熱刺激、病毒感染、高滲透壓、氧化應(yīng)激及紫外輻射等不利環(huán)境條件時有一種典型的應(yīng)激反應(yīng)，包括抑制整體翻譯及選擇性上調(diào)分子伴侶[64-65].處于翻譯暫停狀態(tài)的多聚體核糖體解離，導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中無核糖體結(jié)合的游離mRNA濃度升高，并與一些RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding proteins,RBPs)結(jié)合，最終形成了細(xì)胞質(zhì)凝聚體，即SGs.SGs主要由mRNA-蛋白復(fù)合物組成，其蛋白組分包括多種翻譯起始因子、RBPs和非RBPs[65-66].

SGs是動態(tài)復(fù)雜可變的生物分子凝聚體，其組成和結(jié)構(gòu)在不同類型的壓力下會發(fā)生巨大變化，這種多樣性被認(rèn)為是依賴于SGs內(nèi)部蛋白質(zhì)和RNA之間的不同相互作用，并反映了細(xì)胞對各種環(huán)境壓力快速響應(yīng)的能力[65,67].因此，SGs的動態(tài)過程及其調(diào)控，對于細(xì)胞應(yīng)對應(yīng)激壓力就顯得至關(guān)重要.

SGs是無膜細(xì)胞器，具有成分、功能和動力學(xué)各不相同的2層結(jié)構(gòu)，即由松散相互作用的分子形成的外殼及SGs核心與mRNA緊密結(jié)合構(gòu)成的內(nèi)核[64-65,68].由多價弱大分子相互作用(蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-RNA和RNA-RNA相互作用)驅(qū)動的液-液相分離(liquid-liquid phase separation,LLPS)是無膜細(xì)胞器自組裝的一個重要條件[65,69].LLPS是將混合溶液中的成分分離成2種不同相的過程，某些成分在一個相中富集，在另一個相中減少[70]，使得這2個相中的成分可以很容易地重新排列，并可以快速地相互交換物質(zhì).這也是SGs這類無膜細(xì)胞器既能夠與胞漿保持分離，又能對環(huán)境壓力作出快速反應(yīng)的原因之一[69].高濃度的大分子必須達(dá)到臨界閾值才能啟動LLPS，但是超過一定的濃度，SGs內(nèi)部的大分子如蛋白質(zhì)，更傾向于形成聚集體.這可能導(dǎo)致LLPS產(chǎn)生的液體組分具有凝膠狀或固體狀的特性，從而使得液體組分無法正常工作，如病理性的胞質(zhì)或核蛋白質(zhì)聚集體[66,69,71].

SGs的一個重要功能是使細(xì)胞能夠適應(yīng)不同的環(huán)境變化.在壓力條件下，SGs為細(xì)胞的關(guān)鍵組分提供了暫存場所，如暫停翻譯的mRNA和暫停信號傳遞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，從而為適應(yīng)或消除壓力后mRNA返回多聚核糖體重啟翻譯、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子返回胞漿重啟信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等正常生理活動的恢復(fù)奠定了基礎(chǔ).通過壓力誘導(dǎo)的SGs組裝來招募信號分子，通過壓力消除后的SGs解聚來釋放信號分子，SGs因而也成了細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中心.比如SGs與mTOR信號通路存在互相調(diào)控.壓力刺激后，TORC1定位至SGs被隔離，信號終止；而在壓力消除后，TORC1隨著SGs解聚被釋放并重新激活信號[72]；TORC1則通過磷酸化4E-BP1(4E-binding protein 1)驅(qū)動eIF4E介導(dǎo)的SGs形成[73].此外在亞砷酸鹽(arsenite,AS)誘導(dǎo)下，TORC1組分定位在SGs中從而抑制氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[74].研究表明，SGs通過招募促凋亡信號分子RACK1(the receptor for activated C kinase)抑制細(xì)胞凋亡[75-76].

綜上，在整個應(yīng)激過程中，SGs通過在壓力條件下臨時儲存mRNA和信號分子，暫停了mRNA翻譯和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，并允許壓力消除后隨著SGs解聚快速重啟翻譯和信號轉(zhuǎn)導(dǎo).因此，SGs在應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮了重要功能，而SGs的異常也導(dǎo)致了mRNA和蛋白質(zhì)等在內(nèi)的生物大分子的功能紊亂，并與多種衰老人群易感疾病相關(guān)，包括神經(jīng)退行性疾病和腫瘤等.目前越來越多的研究表明，SGs與細(xì)胞衰老存在著密切關(guān)聯(lián)(見圖2).

3 應(yīng)激顆粒對細(xì)胞衰老的調(diào)控

3.1 應(yīng)激顆粒調(diào)控衰老相關(guān)信號通路

當(dāng)細(xì)胞受到外界刺激時，會快速響應(yīng)應(yīng)激反應(yīng)，而SGs作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中心，通過招募支架蛋白、轉(zhuǎn)錄翻譯相關(guān)蛋白質(zhì)、信號通路中各種相關(guān)激酶及重要成員，從而調(diào)控細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境變化.當(dāng)細(xì)胞無法承受外界刺激時，會啟動細(xì)胞衰老、退出細(xì)胞周期，限制舊細(xì)胞或受損細(xì)胞的復(fù)制，從而保證周圍正常細(xì)胞的存活.同樣，細(xì)胞衰老也是對細(xì)胞應(yīng)激的一種響應(yīng)，目前已有許多證據(jù)表明，SGs與細(xì)胞衰老密切相關(guān)，二者相互影響和調(diào)控(見圖2).

圖2 SGs與細(xì)胞衰老相互調(diào)控

SGs通過招募衰老相關(guān)因子調(diào)控細(xì)胞衰老.1)PAI-1是一種衰老激活因子，正常條件下以分泌蛋白的形式分布于細(xì)胞外基質(zhì).當(dāng)細(xì)胞受到AS刺激后，PAI-1被招募至SGs，SGs抑制了PAI-1的促衰老功能，從而促進(jìn)了細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)入核及Rb磷酸化，使得細(xì)胞維持增殖、非衰老狀態(tài)[77].另外，CO誘導(dǎo)的SGs可以通過隔離PAI-1抑制博來霉素誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老，而同時加入SGs抑制劑ISRIB處理后，SGs組裝被抑制，使得博來霉素誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老被重啟，這提示SGs可以通過招募衰老關(guān)鍵因子致其功能失活，從而對抗細(xì)胞衰老[78].2)TORC1被過度激活能促進(jìn)細(xì)胞衰老，而在應(yīng)激條件下，TORC1被隔離在SGs，使得mTOR信號終止，延緩細(xì)胞衰老.當(dāng)壓力消退后隨著SGs解聚，TOPC1被釋放，才重新激活mTOR信號[72].除此之外，線粒體功能及生物發(fā)生、基因組穩(wěn)態(tài)[35,79-81]等方面的證據(jù)提示，SGs在細(xì)胞響應(yīng)外界刺激時形成的RNA和蛋白網(wǎng)絡(luò)，同樣也可能是細(xì)胞無法響應(yīng)外界刺激時進(jìn)入衰老過程的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中心.

綜上，SGs作為細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的臨時信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中心，賦予細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)能力，并通過招募衰老相關(guān)調(diào)控因子，發(fā)揮延緩細(xì)胞衰老的作用.

3.2 異常應(yīng)激顆粒對衰老相關(guān)疾病的影響

正常情況下，SGs的產(chǎn)生是為了保護(hù)細(xì)胞不受急性應(yīng)激的損害，即使有異常的SGs產(chǎn)生也會在PQC的調(diào)控下被靶向蛋白酶體或溶酶體清除，但在病理?xiàng)l件下，異常SGs會是某些疾病的病灶.SGs的形成和細(xì)胞衰老這兩個過程有許多相似的特點(diǎn)，尤其是蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)變化，因此，病理?xiàng)l件下SGs也可能是衰老相關(guān)疾病的病灶.目前發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞年齡相關(guān)性蛋白在各種組織中出現(xiàn)多種生理和病理蛋白質(zhì)聚集體，尤其在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)現(xiàn)多種蛋白質(zhì)在衰老過程中極易形成聚集體[79].

已經(jīng)有證據(jù)顯示，SG蛋白PAB-1和TIAR-2均能在衰老的線蟲中形成聚集體，這表明SGs蛋白質(zhì)聚集體可能加速衰老，減少壽命[82-83].另外，SGs所包含的RBPs大多含有內(nèi)在無序區(qū)，使得這些蛋白構(gòu)象靈活、易于折疊且傾向于自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄缘木奂w，這種特性使得與之互作的其他蛋白和RNA也傾向于聚集，從而形成不可逆的聚集體，尤其當(dāng)這些RBPs在特定區(qū)域發(fā)生突變時，更容易形成聚集體.這些異常的、不可逆的聚集體在去除應(yīng)激后會導(dǎo)致SGs持續(xù)性存在，進(jìn)而引起細(xì)胞內(nèi)的其他病理變化，這其中就可能涉及某些衰老調(diào)控因子[65-66,69-71].

此外，一些包括TDP-43，F(xiàn)US和Ataxin-2在內(nèi)的胞質(zhì)淀粉樣蛋白質(zhì)聚集體能通過隔離核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體來干擾核完整性和核質(zhì)運(yùn)輸，這些影響可能加速衰老和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病[84-88].而這些胞質(zhì)淀粉樣蛋白質(zhì)聚集體也被報道與SGs有密切聯(lián)系[66,85]，因此，闡明SGs的動態(tài)過程及異常發(fā)生，對衰老相關(guān)疾病的研究及治療有重要意義.

4 細(xì)胞衰老對應(yīng)激顆粒的動態(tài)調(diào)控

4.1 細(xì)胞衰老參與應(yīng)激顆粒動態(tài)過程調(diào)控

細(xì)胞衰老本意是保護(hù)細(xì)胞以免獲得不必要的損害，但隨著衰老進(jìn)程的繼續(xù)，基因組穩(wěn)態(tài)失衡、端粒損耗、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失、營養(yǎng)感知失調(diào)、線粒體功能障礙等影響細(xì)胞的生存，從而導(dǎo)致衰老成為誘發(fā)許多疾病的主要危險因素，包括癌癥、神經(jīng)退行性疾病和心血管疾病[47,64].目前已有證據(jù)表明,伴隨著細(xì)胞衰老而來的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的變化同樣影響SGs的動態(tài)過程(見圖2).

自然狀態(tài)下的細(xì)胞衰老會隨著細(xì)胞增殖逐漸累積不利于細(xì)胞生存的環(huán)境條件，是一個慢性應(yīng)激的過程.隨著細(xì)胞進(jìn)入衰老，急性應(yīng)激條件下仍能形成SGs，但在慢性氧化應(yīng)激下SGs 的數(shù)量會減少甚至無法形成SGs，這是由于在慢性應(yīng)激下促進(jìn)SGs解聚的熱休克蛋白HSP70和自噬蛋白ATG5表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致SGs被大量清除[77,89-90].這些發(fā)現(xiàn)表明，衰老細(xì)胞能夠根據(jù)施加壓力的性質(zhì)改變SG動態(tài)過程，影響SG功能和完整性.

但有趣的是，即使敲低HSP70和ATG5，衰老細(xì)胞中慢性應(yīng)激下SGs數(shù)量仍很少，可能還有其他通路影響SGs的形成或清除.Moujaber等[91]的工作則證明了這一點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞衰老通過下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Sp1和蛋白磷酸酶1的亞基CReP水平，前者調(diào)節(jié)SGs核心蛋白G3BP1(Ras-GAP SH3-binding protein 1)和TIA-1(T-cell-restricted intracellular antigen-1)豐度，后者抑制eIF2α應(yīng)激依賴性磷酸化，從而降低G3BP1和TIA-1水平，抑制SGs形成.

盡管衰老細(xì)胞對慢性應(yīng)激和急性應(yīng)激的響應(yīng)不同，但它們調(diào)節(jié)SGs的能力和對應(yīng)激的適應(yīng)能力普遍受損.這可以部分解釋為什么衰老細(xì)胞從壓力中恢復(fù)得比非衰老細(xì)胞慢，以及壓力與衰老相關(guān)疾病的高度相關(guān)性.

4.2 細(xì)胞衰老促進(jìn)應(yīng)激顆粒組分形成不溶性聚集體

細(xì)胞衰老的過程與多種細(xì)胞生理活動的失調(diào)有關(guān)，包括蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡、細(xì)胞內(nèi)pH值降低和活性氧增加[92-93].這種細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的變化在衰老過程中會進(jìn)一步影響SGs的形成：1)影響蛋白的相分離行為導(dǎo)致改變與其互作蛋白的結(jié)合親和性，從而被招募到SGs中，反過來又會影響SGs組成、物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)組織，包括內(nèi)在無序蛋白的濃度，使其更傾向于不溶性相轉(zhuǎn)變，如前述的FUS，TDP-43[69,94].2)包括活性氧在內(nèi)的氧化應(yīng)激是公認(rèn)的SGs主要誘導(dǎo)因素之一，SGs被氧化應(yīng)激誘導(dǎo)組裝，并在細(xì)胞解除或適應(yīng)應(yīng)激后解聚，而在持續(xù)氧化應(yīng)激中招募并穩(wěn)定一些病理性寡聚化的RBPs，促使這些RBPs形成聚集體，如SOD1和Tau[95-96].3)SGs的正常功能發(fā)揮需要分子伴侶介導(dǎo)的監(jiān)測機(jī)制，以免SGs持續(xù)存在損害細(xì)胞正常翻譯.HSPB8-BAG3-HSP70伴侶復(fù)合物是SGs組成和動態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，然而這種監(jiān)測機(jī)制在細(xì)胞衰老過程中，由于HSP70活性下降被破壞，使得錯誤折疊的蛋白質(zhì)和有缺陷的核糖體產(chǎn)物就會在SGs中積累，并隨著有缺陷的SGs解聚引發(fā)異常的相分離[97-98].4)SGs的組裝、解聚和清除都需要消耗能量，因此，伴隨細(xì)胞衰老的線粒體功能障礙及營養(yǎng)感知失調(diào)很有可能損害SGs的動態(tài)過程，甚至可能引起SGs或其中某些與疾病相關(guān)蛋白的異常相分離[99].

有證據(jù)顯示，衰老過程中的慢性應(yīng)激會促進(jìn)核RBPs FUS和PAB-1的出核，導(dǎo)致核RBPs在胞質(zhì)中形成不溶性聚集體，而在通過減少IIS信號介導(dǎo)的長壽線蟲里HSF-1和DAF16被激活，從而消除這些蛋白質(zhì)聚集體[83].這些都提示，在衰老過程中衰老細(xì)胞的內(nèi)環(huán)境和代謝變化，會使得細(xì)胞監(jiān)控系統(tǒng)受到干擾，從而可能影響SGs動力學(xué)，導(dǎo)致異常蛋白質(zhì)聚集體易于形成.此外，與年齡性神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的RBPs突變同樣能引起SGs聚集和清除等動力學(xué)的異常[71,79,85]，但RBPs的突變先引起SGs的動力學(xué)異常而導(dǎo)致疾病發(fā)生，還是先誘導(dǎo)疾病發(fā)生使SGs異常從而促進(jìn)疾病發(fā)展，目前還沒有明確的定論，但無法否認(rèn)的是，神經(jīng)退行性疾病與異常SGs之間聯(lián)系緊密.

5 總結(jié)與展望

SGs是由LLPS驅(qū)動形成的一種壓力誘導(dǎo)的動態(tài)顆粒，由于其動態(tài)的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，SGs對環(huán)境變化非常敏感，使細(xì)胞能夠更靈活地應(yīng)對這些變化，從而促進(jìn)細(xì)胞在壓力下的生存.任何改變SGs關(guān)鍵組分的濃度、定位和結(jié)構(gòu)構(gòu)象的機(jī)制都將影響SGs的形成和動力學(xué)，導(dǎo)致其異常相分離[65-66].正常條件下，細(xì)胞受到應(yīng)激形成SGs，并在應(yīng)激撤去后解聚SGs，若形成異常SGs，則在PQC的調(diào)控下被靶向溶酶體或蛋白酶體清除.正常SGs通過隔離衰老調(diào)控因子延緩細(xì)胞衰老，而異常SGs由于無法被及時清除導(dǎo)致疾病發(fā)生.含有TDP-43，F(xiàn)US或Ataxin-2的RBPs聚集是多種神經(jīng)退行性疾病的關(guān)鍵特征，并且在其中發(fā)現(xiàn)一些SGs標(biāo)記物，揭示了患者病理性RBPs聚集體的積累可能是SGs調(diào)節(jié)功能障礙所致[86-88,100].這些易于聚集的蛋白可以被招募到SGs中，起到成核作用，可能導(dǎo)致在細(xì)胞應(yīng)激期間和應(yīng)激消退后出現(xiàn)異常的SGs，難以解聚或被清除.而這些異常的SGs可能促進(jìn)衰老細(xì)胞中不可逆的成熟蛋白質(zhì)聚集體，加上細(xì)胞隨著年齡的增長抗壓能力降低，進(jìn)一步加速這些蛋白細(xì)胞功能的衰退.因此，維持適當(dāng)?shù)腟G動態(tài)可能是延緩衰老和延長壽命的一種潛在策略.

另一方面在年輕個體中，多種細(xì)胞防御系統(tǒng)可以保護(hù)細(xì)胞免受損害變化的影響，如蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)紊亂和活性氧增加，因此，衰老細(xì)胞(至少是那些由急性應(yīng)激激活p53誘導(dǎo)衰老的細(xì)胞)能被免疫系統(tǒng)有效地清除[101].然而隨著年齡的增長，一些衰老細(xì)胞獲得了逃脫清除的能力，隨著年齡的增加而逐年積累，不僅導(dǎo)致組織再生和修復(fù)的減少[5]，還無法及時“修正”細(xì)胞內(nèi)的異常，這種系統(tǒng)的年齡依賴性故障可能導(dǎo)致正常SGs組裝、解聚和清除方面的缺陷，這進(jìn)而可能導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生.目前比較確定的是，衰老細(xì)胞在急性應(yīng)激中通過形成相對較多的SGs來響應(yīng)應(yīng)激，但無法清除已形成的SGs，極易形成不溶性聚集體導(dǎo)致衰老相關(guān)疾病發(fā)生；而暴露在慢性應(yīng)激或持續(xù)性應(yīng)激下的衰老細(xì)胞形成及清除SGs能力較弱，無法響應(yīng)應(yīng)激，導(dǎo)致細(xì)胞生存能力較弱.總而言之，衰老細(xì)胞的內(nèi)環(huán)境惡化及功能退化抑制SGs形成，即使在急性應(yīng)激下能誘導(dǎo)形成一定的SGs，也因?yàn)闊o法清除SGs而加劇甚至誘發(fā)疾病.目前還無法很好地解釋二者的差異，因此進(jìn)一步的研究將有助于揭示SGs與衰老相互作用的機(jī)制，比如慢性應(yīng)激與急性應(yīng)激下，衰老細(xì)胞內(nèi)環(huán)境變化引起的SGs組成成分差異，以及動態(tài)分析這些差異對SGs性能變化，而這些變化是否會產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而加速衰老.從這些研究中確定的關(guān)鍵成分可能產(chǎn)生新的檢測衰老標(biāo)志物和有價值的藥物靶點(diǎn)，用于治療與衰老相關(guān)的疾病.另外，進(jìn)一步了解幼齡和老齡動物SGs動力學(xué)調(diào)控的分子機(jī)制，同樣有助于識別對抗年齡相關(guān)性神經(jīng)退行性疾病的治療新靶點(diǎn).