随着人口老龄化问题的加剧,延长老年人的健康寿命和防治衰老相关性疾病已成为全球公共健康问题面临的重大挑战。组织中衰老细胞的大量积累是引起机体衰老和多种老年性疾病发生的重要原因。研究显示,衰老细胞向胞外分泌多种各类因子,包括多种细胞因子和趋化因子,生长因子以及蛋白酶等,衰老细胞的这种特性被称为衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype, SASP)。目前人们普遍认为,SASP与老年性疾病的发生发展密切相关,因此成为国际衰老领域研究的热点。本专栏重点关注了SASP表达的调控机制及干预手段,衰老细胞的选择性清除以及CRISPR筛选工具在衰老研究中的应用等前沿领域,特邀长期从事相关研究领域的一线科研工作者,结合当前研究进展和他们自己的相关工作撰写了较为系统的综述文章,以期为相关领域的研究者提供参考。
本专栏3篇文章是由国内长期从事衰老研究的3个课题组结合各自研究组的工作积累和当前相关研究进展撰写完成的综述文章。中国科学院动物研究所刘光慧研究员课题组长期致力于细胞衰老分子机制研究以及机体衰老标志物的挖掘及其应用。“CRISPR筛选在衰老研究中的应用”一文对CRISPR基因筛选工具的研究进展及其在衰老研究中的应用进行了总结。阐释了CRISPR相关基因操纵工具有望成为延缓衰老和干预衰老相关疾病的重要手段。北京大学衰老研究中心陈军副教授和毛泽斌教授课题组长期从事衰老与肿瘤的相关性研究。“衰老相关分泌表型”一文总结了衰老相关分泌表型的组成,指出其组成具有高度的异质性和动态性。本文在转录、转录后、翻译、翻译后修饰、表观遗传等多种水平总结了其调控机制。之后总结了其多种生物学功能,包括其在抑制肿瘤、组织修复和胚胎发育中的有益作用,以及在诱导细胞衰老、促进肿瘤发生发展、衰老相关疾病和机体衰老中的有害作用。在应用上,本文概述了通过靶向清除衰老细胞和抑制衰老相关分泌表型来干预衰老和衰老相关疾病的治疗方法。清华大学王钊教授课题组长期从事药物的抗衰老作用研究。“衰老细胞清除策略与CAR细胞疗法在抗衰老治疗中的应用”一文从细胞衰老和免疫衰老的特征入手,进而总结了目前衰老的非靶向干预方法和靶向衰老细胞清除的干预方法及其优缺点,并重点综述了靶向衰老细胞的免疫治疗清除策略,相信对相关研究人员会有所裨益。
希望本专栏文章使读者更好地了解目前抗衰老研究领域的新方法新技术,以及所面临的新挑战,进而激发更多的读者,特别是青年学生对延缓人类寿命和防治老年性疾病研究的热情。

骨骼肌衰老是机体衰老的相关生物学事件,以质量丢失和功能衰退为显著特征,金属组学尤其是铜金属组学在其中的功能角色正日益得到关注。铜金属组学在衰老状态下表现为铜过载,其触发的毒理效应具有激活骨骼肌细胞中发生凋亡、焦亡、铁死亡、铜死亡及并促进α突触核蛋白聚集的特异性分子潜力,相关的信号级联最终可诱导衰老肌纤维中蛋白质、线粒体和卫星细胞等内容物代谢失衡及裂解丢失,同时可触发神经肌肉接头(neuromuscular junction, NMJ)退化和异常,是骨骼肌衰老萎缩的新型病理生理机制。本综述首次系统地解码骨骼肌衰老萎缩调控网络中铜的分子生物学功能、衰老骨骼肌中铜过载的潜在机制,以及铜过载诱导的多种细胞死亡形式例如凋亡、焦亡、铁死亡及铜死亡的信号转导途径在骨骼肌衰老萎缩中的新角色,为临床上应用铜螯合改善和治疗骨骼肌衰老萎缩提供潜在分子靶点和方案选择。

铁死亡(ferroptosis)是Dixon等人在2012年首次提出的一种新的细胞程序性死亡方式,它以细胞内铁水平过载和氧化性损伤为主要特征。衰老(aging)是由多种因素共同导致的不可避免的一种生理功能逐渐退化的过程,随着细胞衰老的进行,机体组织器官的生理功能会出现渐进性紊乱和衰退,从而增加机体患病和死亡的风险,例如,神经退行性疾病、癌症和心血管疾病等。目前,已经陆续有学者发现铁死亡与衰老之间存在千丝万缕的联系,特定类型的细胞衰老以及衰老相关疾病有时会伴随着细胞铁死亡的相关特征。但是,铁死亡与衰老之间是否存在因果关系,目前并未定论。本文综述了铁死亡与衰老的特点,并对两者之间的共有特征进行总结,例如,DNA损伤、氧化还原稳态失衡和线粒体功能障碍等。另外,本文还讨论了铁死亡与部分衰老相关疾病的联系,包括帕金森症、阿尔茨海默症,以及部分癌症。本文通过对铁死亡和衰老两个领域之间潜在的联系进行分析和总结,可以为铁死亡与衰老的基础性研究提供新的视角,进而为相关临床疾病的治疗提供有价值的线索。

近期研究表明,miR-155-5p能通过影响线粒体裂变导致骨髓干细胞衰老,但其能否影响脐带间充质干细胞的衰老及作用机制尚不清楚。为研究其影响及机制,从脐带组织中获取P0代脐带间充质干细胞,逐代传至P10代,采用RT-qPCR检测发现,miR-155-5p的表达在P10代显著升高(P＜0.001)。过表达miR-155-5p的P2代脐带间充质干细胞发现,叉头框蛋白3(forkhead box O3, FOXO3)及自噬相关基因LC3和Beclin-1表达下降。通过TargetScan在线数据库预测,FOXO3的3′ UTR区域与miR-155-p存在特异结合位点,双荧光素酶报告基因结果证实,FOXO3为miR-155-5p的靶基因之一。向P10代脐带间充质干细胞转染miR-155-5p inhibitor后,经Western 免疫印迹检测发现,FOXO3、p-AMPK、LC3 II/I和Beclin-1蛋白质表达显著升高(P＜0.01或0.001),衰老相关蛋白质p16、p21和p53显著下降(P＜0.01或0.001)。经β-半乳糖苷酶活性染色后发现,转染miR-155-5p inhibitor的P10代脐带间充质干细胞显著降低β-半乳糖苷酶的表达(P＜0.01)。RT-qPCR法和ELISA法分别检测转染miR-155-5p inhibitor的P10代脐带间充质干细胞和其培养的上清后发现,TGF-β、HGF和VEGF的基因表达及蛋白质分泌水平均显著升高(P＜0.05或0.01)。经静脉注射脐带间充质干细胞治疗支气管肺发育不良的新生大鼠模型发现,转染miR-155-5p inhibitor的P10代脐带间充质干细胞显著提升新生大鼠生存率(P＜0.05),并显著改善新生大鼠肺部病理损伤。综上所述,miR-155-5p通过负调控FOXO3基因影响脐带间充质干细胞衰老,miR-155-5p inhibitor的应用是通过FOXO3/AMPK信号通路增加细胞自噬而逆转脐带间充质干细胞衰老。

衰老过程中会有多个器官在生理和病理上相互联系,而大脑在这一过程中发挥核心作用。大脑与肠道之间存在一种称为“脑-肠互动”的直接双向通信,这对研究衰老具有重要意义。本研究旨在探索脑-肠互动背景下机体衰老的机制。小鼠的一般体征结果显示,衰老小鼠的运动量减少,体重及摄食量也明显下降(P<0.001, P<0.05)。衰老小鼠的胸腺指数明显低于正常组(P<0.05),且胸腺病理结果显示衰老小鼠胸腺组织皮质变薄,髓皮质边界模糊,细胞排列较松散。代谢组学分析显示,粪便中有317个差异代谢物,海马中有100个差异代谢物。微生物组学结果显示,拟杆菌门和厚壁菌门是肠道菌群的优势菌门,衰老后拟杆菌门水平呈上调趋势,厚壁菌门水平呈下调趋势。KEGG通路结果显示,有26条代谢途径与衰老研究相关,其中对脑肠轴有重要意义的分别为半乳糖代谢、ABC转运体和嘌呤代谢。三组Spearman相关性分析结果显示,涉及的代谢物类型主要为脂质及类脂分子和有机酸及衍生物,涉及的肠道菌群主要为拟杆菌门和厚壁菌门。总之,本研究证明,衰老小鼠大脑和肠道之间存在的协同变化与衰老机制有关,这为发现机体衰老过程的机制提供了新研究思路。

衰老的特征包括蛋白质稳态失衡、氧化损伤积累、干细胞衰竭、细胞间通信改变、慢性炎症和微生态失调等,且与心血管疾病、糖尿病和阿尔茨海默病等常见的增龄性疾病相关。硫化氢(hydrogen sulfide,H₂S)是一种内源性的气体信号分子,在细菌、动物和植物中均存在其相关代谢。众所周知,生理浓度下的H₂S通过对人体蛋白质的硫巯基化修饰调控细胞信号转导,维持内稳态。近年的研究发现,生物体衰老常伴随内源性H₂S产生的减少和蛋白质硫巯基化水平的普遍下降,补充外源性H₂S可抑制其衰老。例如,阿尔兹海默病、老年性重症肌无力、骨质疏松症等衰老相关疾病中,补充H₂S可改善其症状。上述现象提示生理浓度范围的H₂S具有抗衰老作用。本文从抑制氧化应激、抗炎、保护线粒体功能、维持蛋白质稳态和上调自噬等方面总结了H₂S抗衰老的分子机制,并讨论了目前对H₂S抗衰老机制研究存在的问题和未来研究方向,为抗衰老和治疗衰老相关疾病提供新思路。

随着人口老龄化加剧,衰老及其衰老相关疾病已成为影响生活质量的关键问题。近年来,研究发现干细胞具有抑制炎症、调节免疫反应、预防细胞凋亡、替换和促进受损部位修复等功能。但证据表明,干细胞治疗的效果主要来自干细胞分泌的外泌体。外泌体是由内吞膜衍生而来的纳米级囊泡,包含脂质、蛋白质、核酸和代谢产物等活性物质,是细胞与细胞间通讯的主要参与者。外泌体可以将生物活性物质转移至靶细胞,从而引起靶细胞的表型改变,进而调节器官的修复和再生。表型改变包括防止受体细胞凋亡、诱导靶细胞增殖、刺激免疫调节反应、减小靶细胞氧化应激以及增强氧供应。本文简述了外泌体的生物发生、分泌以及信号传导过程,并重点讨论了在基础研究和临床应用中,不同干细胞来源的外泌体对皮肤衰老和衰老相关疾病(例如心血管疾病、骨关节炎、骨质疏松、阿尔兹海默症)的影响。尽管干细胞外泌体的临床应用仍然存在问题,但它从基础研究到临床应用的前景仍然值得探索,这对于延缓衰老和治疗衰老相关疾病具有重要意义。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD⁺)作为氧化还原反应的重要辅酶,是能量代谢的核心。NAD⁺也是非氧化还原NAD⁺依赖性酶的共底物,包括沉默信息调节因子(Sirtuins)、聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerases, PARPs)、CD38/CD157胞外酶等。NAD⁺已成为细胞信号转导和细胞存活的关键调节剂。最近的研究表明,Sirtuins催化多种NAD⁺依赖性反应,包括去乙酰化、脱酰基化和ADP-核糖基化。Sirtuins催化活性取决于NAD⁺水平的高低。因此,Sirtuins是细胞代谢和氧化还原状态关键传感器。哺乳动物中已经鉴定并表征了7个Sirtuins家族成员(SIRT1-7),其参与炎症、细胞生长、生理节律、能量代谢、神经元功能、应激反应和健康衰老等多种生理过程。本文归纳了NAD⁺的生理浓度及状态、NAD⁺的生物合成途径,并阐述了Sirtuins的生物学功能,重点讨论了SIRT1-7表达及活性与衰老和疾病之间的关系。此外,本文还进一步探讨了NAD⁺和Sirtuins依赖的衰老机制,机体NAD⁺水平随着年龄增长而下降,导致Sirtuins活性下降,尤其是SIRT1、SIRT3和SIRT6,引发细胞核和线粒体功能下降,衰老及老化相关疾病也随之发生。研究表明,NAD⁺前体补充剂能够快速提高机体NAD⁺水平和Sirtuins活性,是一种有效的抗衰老干预措施,为全球老龄化社会带来希望。

骨关节炎(osteoarthritis,OA)是临床上最为常见的老年性运动系统疾病之一。研究表明,衰老是OA发生发展的重要影响因素之一,但其具体作用及机制尚未完全清楚。本研究通过CRISPR/Cas9技术,建立了Cdkn2a-e(Luc-2A-tdTomato-2A-CreERT2-WPRE-pA)1定点敲入的杂合子小鼠模型,可在小鼠活体内追踪衰老经典标记物Cdkn2a(p16, p16INK4a)的表达情况,结合前交叉韧带横断术(ACLT)诱导OA小鼠模型,将OA病理进程中的衰老变化在体外直观呈现,明确衰老与OA之间的关系。本研究选取10 ～ 12周龄Cdkn2a小鼠,随机分为非手术对照组、假手术组和ACLT组,通过ACLT手术在小鼠中构建OA的模型,术后4周收取动物进行活体荧光成像检测显示,ACLT组术后4周的小鼠膝关节局部Cdkn2a荧光表达升高(P＜0.05),小鼠膝关节组织切片的番红O固绿染色显示,4周时ACLT组膝关节软骨出现退变(P＜0.05),对小鼠膝关节组织进行Cdkn2a免疫组织化学染色,相较其他2个组,ACLT组的小鼠膝关节组织软骨表面Cdkn2a染色更深。研究结果显示,通过手术诱导的OA模型在局部具有衰老的表现,这进一步验证了衰老和OA的关系。同时,该Cdkn2a示踪小鼠模型能够在活体小鼠内体现衰老的进展。结合影像学检查,可以实时观察衰老和OA发生、进展的关系,为衰老与OA疾病机制的研究提供了良好的模型,也为今后进行靶向衰老进行OA的治疗提供了很好的研究工具。

外泌体是由细胞向胞外间隙和体液中分泌的具有双层脂质膜的小囊泡,外泌体携带遗传物质、蛋白质、脂质等多种生物大分子,从而促进细胞之间的交流。环状RNA(circular RNA,circRNA)是一类新兴的基因表达调控子,可作为微小RNA(microRNA,miRNA)“海绵”调控基因表达,广泛存在于多种生物细胞中,在转录前及转录后通过不同的调节网络影响细胞的生命进程。外泌体环状RNA在生理与病理的生物学过程中扮演的重要角色也日益受到关注。利用外泌体的靶向运输特性,外泌体环状RNA能够通过外泌体运送到全身组织器官中,对于疾病的诊断和治疗具有潜在的应用价值。衰老是由多因素引起的不可逆的生物学过程,它表现为随年龄的增长,细胞、组织、器官出现退化和病变,最终引起疾病和寿命终结。近来的研究显示,外泌体环状RNA类似于衰老细胞的“衰老相关分泌表型”(senescence-associated secretory phenotype, SASP) ,从而在衰老进程及衰老相关疾病的发生中发挥重要作用。本综述将详细介绍外泌体环状RNA的发生,并总结外泌体环状RNA与衰老及衰老相关疾病的最新研究进展,希望为外泌体环状RNA的进一步研究和临床应用提供参考。

p21活化激酶5（p21-activated kinase 5，PAK5）是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，调节多种细胞进程，包括细胞骨架重构、细胞增殖、迁移和侵袭。研究表明，PAK5是调控乳腺癌进程的关键因子，但与衰老关系的研究尚未见报道。本研究利用CRISPR/Cas9慢病毒感染方法，构建敲低PAK5的人乳腺癌MDA-MB-231和BT474稳转细胞系。通过CCK-8和克隆形成实验检测敲低PAK5对乳腺癌细胞增殖的影响；通过流式细胞术检测敲低PAK5对细胞周期的影响；通过β-半乳糖苷酶染色观察敲低PAK5对细胞衰老的影响； Western印迹检测敲低PAK5的MDA-MB-231和BT474细胞衰老相关蛋白质p53、p21和p16的表达；使用CHX与MG132处理细胞，探究PAK5对p53蛋白质表达可能的调控机制。结果显示，敲低PAK5抑制细胞增殖（P＜0.05），使细胞停滞在G₀/G₁期；而且，敲低PAK5通过上调细胞衰老相关蛋白质p53、p21及p16的表达（P＜0.05）促进细胞衰老。进一步研究证明，PAK5可能泛素化降解p53。这些发现表明，敲低PAK5能够抑制乳腺癌细胞增殖，同时促进细胞衰老，为乳腺癌治疗提供新思路。

剪接因子异质核糖核蛋白A2/B1（HNRNPA2B1）与人类及小鼠的寿命相关，并在多个癌症的病程进展中发挥重要的作用。然而，HNRNPA2B1能否在细胞衰老这一与个体衰老和抑制癌症密切相关的生物学过程中发挥作用尚不清楚。本研究发现，HNRNPA2B1在多个癌症体系中呈显著上调表达趋势，而在多个细胞衰老体系中则呈显著下调表达趋势，暗示HNRNPA2B1对细胞衰老和癌症具有潜在调控作用。研究结果显示，在多种癌细胞中稳定敲低HNRNPA2B1均可诱导系列细胞衰老相关表型。分子水平的研究表明，HNRNPA2B1的低表达可导致超过1 000个基因发生显著的可变剪接变化，其中包含与细胞衰老有因果关系的基因。进一步研究发现，转录因子E2F1可调节HNRNPA2B1的表达变化。综上，E2F1HNRNPA2B1是在癌症发展和细胞衰老中均发挥重要作用的一个通路，通过对该通路的调控，可望从诱导癌细胞衰老的角度为相关癌症的研究及治疗提供新的视角。

随着老龄化社会的到来，衰老对机体各方面的影响正在引起越来越多的关注。其中，老年群体中慢性伤口发生率的升高不仅极大地影响了老年群体的生活质量，而且给社会带来了沉重的医疗负担。伤口愈合不良及慢性化，增高了老年病人群体感染难以控制的可能性。欲找到感染和伤口慢性化的解决方案，则必须理清伤口愈合的具体机制和可能的干预靶点。伤口愈合是人体内发生的复杂生理过程，涉及多种细胞类型和信号通路的协同激活。衰老细胞在伤口愈合中所发挥作用是一个近年来引起关注的新兴领域。以往认为，衰老导致伤口愈合时间延长。近年来多项研究发现，衰老细胞在伤口愈合中发挥促进作用。迄今为止，衰老细胞对伤口愈合效率和质量的影响及其具体机制尚未完全清晰。可以肯定的是：不同衰老细胞，乃至同种衰老细胞的不同亚型，在伤口快、慢速愈合中均发挥不同的作用。决定衰老细胞对伤口愈合的作用机制及影响方向的，不仅是衰老细胞本身的异质性，还有其周围微环境的不同。对其背后具体机制的探讨有利于寻找促进伤口愈合的新方向。值得注意的是，衰老细胞本身也可能成为伤口慢性化、局部炎症和抗感染能力下降等伤口不良愈后的诱因。所以，理想的治疗策略将是：让细胞衰老最大限度地提高伤口愈合的效率和质量的同时，将细胞衰老本身成为伤口慢性化诱因的风险降到最低的综合方案。

细胞衰老是生物界普遍存在的现象。肿瘤细胞是一类摆脱细胞周期束缚，突破Hayflick界限，能够无限增殖而不衰老的细胞。癌症是一种与细胞衰老密切相关的疾病。从进化的角度来看，衰老对于生物体是有益的，可以导致细胞不可逆的周期阻滞，被认为是一种自主的肿瘤抑制机制。在恶性增殖的癌细胞中，在胞外及胞内多种刺激下，如端粒缩短、DNA损伤、氧化应激以及化疗药物的处理等，都会出现细胞周期阻滞，生长迟缓等细胞衰老现象。诱导肿瘤细胞衰老也被认为是一种治疗癌症的有效手段。衰老细胞可以向胞外分泌数十种因子，维持细胞自身衰老表型，并影响周围细胞的生长，这种特性被称为衰老相关的分泌表型(SASP)。本文详细综述细胞衰老的形态学特征与分子标记物及检测方法，细胞衰老的信号调控通路（p53-p21，p16-pRB和PTEN-p27），以及细胞衰老与恶性肿瘤发生发展的关系等。尤其是应激压力诱导下的细胞衰老在癌症治疗中的潜在作用，并进一步讨论当下流行的促衰老癌症治疗的靶点与药物以及存在的问题，以期为今后的研究提供新思路和新方向。