人类九大衰老生理的特征(二)。 The Hallmarks of Aging

续篇 （二）

这九项特征为：基因组失稳（genomic instability）、端粒损耗（telomere attrition）、表观遗传学改变（epigenetic alterations）、蛋白质稳态丧失（loss of proteostasis）、营养素感应失调（deregulated nutrient sensing）、线粒体功能障碍（mitochondrial dysfunction）、细胞衰老（cellular senescence）、干细胞耗竭（stem cell exhaustion）和胞间通讯改变（altered intercellular communication）。目前面临的重要问题是，揭示上述特征之间的关联性以及各自对衰老的相对贡献度，最终目标是确定药物干预的靶点，以改善人类衰老进程中的健康水平并最大程度地避免副作用。

六，线粒体功能障碍（mitochondrial dysfunction）

伴随细胞和机体衰老，呼吸链效率趋于降低，由此电子漏增加，而致ATP生成减少（Green et al., 2011）（图4B）。长期以来，一直有关于线粒体功能障碍与衰老之间关系的猜测，然而阐明其细节仍然是衰老研究中的重大挑战。

活性氧

衰老的线粒体自由基理论认为，衰老过程中发生进行性线粒体功能障碍，会增加ROS生成，后者反而会进一步导致线粒体功能恶化和细胞整体损害（Harman, 1965）。大量资料支持ROS在衰老中的作用，本文聚焦于近5年来的进展，这些研究正促使研究者对衰老的线粒体自由基理论予以重新评价（Hekimi et al., 2011）。意外发现，酵母和线虫ROS增加反可延长其寿命（Doonan et al., 2008; Mesquita et al.,2010; Van Raamsdonk and Hekimi, 2009）。上述发现产生了特别的影响，而与此类似，通过基因操作使小鼠增加线粒体ROS生成和氧化损伤，并不会加速衰老（Van Remmen et al., 2003; Zhang et al., 2009）。抗氧化防御能力增强的小鼠，则未显示寿命延长（Pérez et al., 2009）。最后，通过基因操作仅损伤线粒体功能而不增加ROS生成，即可加速衰老（Edgar et al., 2009; Hiona et al., 2010;Kujoth et al., 2005;Trifunovic et al., 2004; Vermulst et al., 2008）.）。上述资料及其他研究为重新探讨ROS在衰老中的作用铺平了道路（Ristow and Schmeisser, 2011）。实际上，平行且独立于针对ROS损伤效应的研究，在胞内信号转导领域已积累的坚实证据证实，ROS可细胞的启动增殖和存活反应，以应对生理信号和应激状态（Sena and Chandel, 2012）。与AMP或NAD⁺的概念相类似（见“营养素感应失调”），以上两方面的证据可统一描述为，ROS可作为应激诱导的存活信号。从这个意义上来讲，ROS的初始效应或为激活代偿性稳态反应。伴随时序年龄的进展，细胞应激和损伤程度加剧，而ROS水平亦平行增加，以试图保持细胞存活。一旦超过某一阈值，此水平的ROS则不再具有保持稳态的作用，最终加剧（而非减轻）增龄性损伤（Hekimi et al., 2011）。由此，这一概念框架即可协调ROS对衰老有“正面效应”、“负面效应”或“中性效应”等表面矛盾的证据。

线粒体完整性及其生物合成

线粒体功能障碍可单独促进衰老（独立于ROS），正如针对DNA聚合酶γ缺陷小鼠的研究所见（Edgar et al., 2009; Hiona et al., 2010）（见“基因组失稳”）。该研究的发生机制涉及多个方面：如线粒体缺陷导致其为应对应激反应而发生渗漏的可能性增加，从而影响细胞凋亡的信号转导（Kroemer et al., 2007）；或是线粒体缺陷促进ROS介导和/或通透性易化的（permeabilization-facilitated）炎性体（Inflammasome）激活（Green et al., 2011）并且，线粒体功能障碍可通过影响线粒体外膜与内质网之间的界面，从而直接影响细胞信号转导和细胞器之间相互应答（cross-talk）（Raffaello and Rizzuto, 2011）。

另有多重机制亦会共同导致线粒体生物能量的生成效率降低，其中机制之一即是线粒体的生物合成减少，如端粒酶缺陷小鼠在端粒损耗表现之外，还可继发p53介导的PGC-1α和PGC-1β抑制（Sahin and DePinho, 2012）。在野生型小鼠的生理性衰老过程中，亦可发现其线粒体功能减退，而通过激活端粒酶则可部分逆转之（Bernardes de Jesus et al., 2012）。SIRT1亦能够调节线粒体的生物合成，原因即在于其可影响到与转录共激活因子PGC-1α相关的过程，或通过自噬清除损伤的线粒体。作为线粒体中主要的去乙酰化酶（Lombard et al., 2007），SIRT3可靶向与能量代谢（包括呼吸链、三羧酸循环、酮体生成和脂肪酸β-氧化）相关的多种酶类（Giralt and Villarroya, 2012）。而通过去乙酰化锰超氧化物歧化酶（线粒体主要抗氧化酶），SIRT3亦可直接控制ROS的生成速度（Qiu et al., 2010; Tao et al., 2010）。总之，上述结果可支持以下观点：即端粒和sirtuins可控制线粒体功能，从而发挥对抗增龄性疾病的作用。

其他导致线粒体生物能量不足的机制还包括，mtDNA突变和缺失的累积、线粒体蛋白氧化、呼吸链（超级）复合体大分子组装失稳、线粒体膜脂质成分改变、分裂和融合失衡所致线粒体动力学改变、线粒体自噬（靶向缺陷线粒体、降解蛋白质的细胞器特异型巨自噬）质控缺陷等（Wang and Klionsky, 2011）。而线粒体生物合成减少及缺陷线粒体清除不足，会导致其损伤累积和更新减少，共同促进衰老的进展（图4B）。

有趣的是，耐力训练和隔日禁食可避免线粒体变性，从而改善健康寿命（Castello et al., 2011; Safdar et al., 2011）。有推测上述良性效应的原因在于，耐力训练和禁食可作为强有力的触发因素，至少在部分程度上诱导自噬的发生（Rubinsztein et al., 2011）。当然，自噬诱导可能并非健康生活方式延缓衰老的唯一机制，因为通过精细的DR食谱，其他长寿通路亦可能被激活（Kenyon, 2010）。

线粒体毒物兴奋效应

衰老过程中发生的线粒体功能障碍亦与毒物兴奋效应（hormesis）有关，近期已有多项的衰老研究聚焦于这一概念（Calabrese et al., 2011）。按照这一观点，经少量毒物处理后会促发良性代偿反应，并强于其诱发损伤后的修复反应；这样与损伤开始前状态相比，最终的细胞适应性反而更优。因此，虽然严重的线粒体功能障碍是致病性的，但轻微的线粒体呼吸缺陷则可延长寿命，这可能是源于毒物兴奋效应（Haigis and Yankner, 2010）。毒物兴奋效应可能启动线粒体的对抗反应。在线虫，该反应既可见于有线粒体缺陷的组织，还可能见于较远组织（Haigis and Yankner, 2010）。强烈证据显示，某些复合物（如二甲双胍、白藜芦醇）具有轻微的线粒体毒性，能够通过增加AMP水平和激活APMK而诱导低能量状态（Hawley et al., 2010）。重要的是，二甲双胍通过诱导代偿性应激反应而延长线虫寿命，是经由AMPK和抗氧化主要调节因子NRF2介导的（Onken and Driscoll, 2010）。近期研究还显示，二甲双胍延缓线虫衰老，亦源于其破坏肠道微生物组的叶酸和甲硫氨酸代谢（Cabreiro et al., 2013）。而就哺乳动物来讲，自生命早期即开始应用二甲双胍，亦可延长小鼠寿命（nisimov et al., 2011）。而对于白藜芦醇以及sirtuin激活剂SRT1720，有确切证据显示，二者可通过依赖于PGC-1α的方式对抗代谢损伤，并改善线粒体呼吸（Baur et al., 2006; Feige et al., 2008;Lagouge et al., 2006; Minor et al., 2011），不过白藜芦醇在正常饮食情况下并不能延长小鼠寿命（Pearson et al., 2008;Strong et al., 2013）。有报道指出，PGC-1α过表达延长果蝇寿命与改善线粒体活性有关，该研究进一步支持了PGC-1α在衰老中的作用（Rera et al., 2011）。最后，通过基因过表达线粒体解偶联蛋白UCP1，或应用化学解偶联剂2，4-二硝基苯酚（2-4-dinitrophenol），所导致的线粒体解偶联均可延长果蝇和小鼠寿命（Caldeira da Silva et al., 2008; Fridell etal., 2009; Gates et al., 2007; Mookerjee et al., 2010）。

总结

线粒体功能对衰老进程有着复杂的影响。线粒体功能障碍可加速哺乳动物衰老（Kujoth et al., 2005; Trifunovic et al.,2004; Vermulst et al., 2008），但尚不明确是否可通过改善线粒体功能（如通过线粒体毒物兴奋效应）延长哺乳动物寿命，不过在这方面已有证据提示存在这种可能性。

七，细胞衰老（cellular senescence）

细胞衰老可定义为细胞周期的稳定性中止，并伴随表型的固定化（Campisi and d’Adda di Fagagna, 2007; Colladoet al., 2007; Kuilman et al., 2010）（图5A）。该现象最早由海弗利克（Hayflick）对人成纤维细胞进行连续传代培养时加以描述（Hayflick and Moorhead, 1961）。而今，已知海弗利克所见到的细胞衰老现象由端粒缩短所致（Bodnar et al., 1998），尚有其他衰老相关刺激可诱发细胞衰老，且独立于上述端粒过程。最值得注意的是，非端粒性DNA损伤和INK4/ARF位点脱抑制（derepression）（两者随时序年龄而渐进性发生），亦能够诱导细胞衰老（Collado et al., 2007）。衰老组织中衰老细胞的累积程度，一般可通过替代性指标（如DNA损伤）来推断。某些研究直接采用细胞衰老相关β-半乳糖苷酶（SABG）来测定组织中的细胞衰老程度（Dimri et al., 1995）。值得注意的是，通过对小鼠肝脏SABG和DNA损伤进行精细的量化平行分析，所获取的比较数据显示，青年小鼠肝脏中衰老细胞所占比例约为8%，而在老年小鼠约为17%（Wang et al., 2009）。在小鼠的皮肤、肺脏和脾脏亦有类似结果，但在其心脏、骨骼肌和肾脏中则未见类似改变（Wang et al., 2009）。基于这些数据，显然可知老年生物体出现细胞衰老并非所有组织的普遍特征。就衰老的肿瘤细胞而言，其受到严格的免疫监视，并可通过细胞吞噬作用而被有效清除（Hoenicke and Zender, 2012; Kang et al.,2011; Xue et al., 2007）。确定无疑的是，衰老过程中衰老细胞的累积程度，能够反映衰老细胞产生速度和/或其清除速度（如免疫反应减弱所致）。

图5 细胞衰老、干细胞耗竭以及胞间通讯改变

（A）细胞衰老。在青年生物体，细胞衰老可阻止损伤细胞的增殖，从而防止肿瘤发生和促进组织稳态。而在老年生物体，衰老的细胞会造成广泛损伤，且其清除不足，由此导致衰老细胞累积，从而对组织稳态产生毒性效应，进而促进衰老。

（B）干细胞耗竭。图中所示为造血干细胞（HSCs）、间充质干细胞（MSCs）、卫星细胞和肠上皮干细胞（IESCs）耗竭所致的后果。

（C）胞间通讯改变。举例说明胞间通讯改变与衰老相关。

正是由于衰老细胞随机体衰老而增加，所以普遍认为细胞衰老促进机体衰老。但此观点低估了细胞衰老的初始效应，即其可通过免疫系统阻止受损细胞增殖，并促发其死亡。因此，细胞衰老可能是一种良性代偿反应，有助于将受损细胞和潜在致癌细胞清除出组织。然而，这一细胞检查点机制的实现，需要高效的细胞更新系统，涉及到衰老细胞的清除和祖细胞的动员，以恢复细胞数量。在老年生物体，上述细胞更新系统会变得效率低下，或者会耗竭祖细胞的再生能力，最终导致衰老细胞的累积，进而加剧损伤并促进衰老（图5A）。

近年来，开始重视衰老细胞分泌蛋白质组（secretome）的显著改变，其分泌蛋白质组中促炎性细胞因子和基质金属蛋白酶相当丰富，可称之为“细胞衰老相关分泌表型”（senescence-associated secretory phenotype）（Kuilman et al., 2010; Rodier and Campisi,2011）。而这种促炎性分泌蛋白质组亦可促进衰老（见“胞间通讯改变”）。

INK4a/ARF位点和p53

除DNA损伤外，其他形式的应激，如过量的促有丝分裂信号与细胞衰老之间存在更强烈的相关性。近期汇总数据显示，有50种以上的致癌性改变或促有丝分裂改变能够诱导细胞衰老（Gorgoulis and Halazonetis, 2010）。通过细胞衰老以对抗上述致癌性侵袭的机制，虽然有越来越多的发现，但其中最为重要的仍是最早报道的p16^INK4a/Rb和p19^ARF/p53通路。对小鼠和人类的各类组织进行分析均发现，p16^INK4a水平（以及p19^ARF在较小范围内）与时序年龄相关联（Krishnamurthy et al., 2004; Ressler et al.,2006）。考虑到这一发现，更可强烈支持这些通路与衰老之间的相关性。目前尚未发现有其他蛋白或基因的表达与时序年龄有如此强烈的关联，而上述蛋白在不同组织、不同物种之间都是如此，且其平均变化幅度在青年组织和老年组织中存在一个数量级的差异。p16^INK4a和p19^ARF均定位于同一遗传位点，即INK4a/ARF位点。近期对300多项全基因组关联研究（GWAS）进行荟萃分析发现，在所有基因组位点中，INK4a/ARF位点与最多数量的增龄性病变存在遗传相关性，如严重的心血管疾病、糖尿病、青光眼、阿尔茨海默病等（Jeck et al., 2012）。在调控人类衰老和增龄性疾病方面，以上研究均将INK4a/ARF位点列为最值得关注的基因。尚待解决的问题是确定疾病相关的INK4a/ARF等位基因是否存在功能的获得或缺失。

p16^INK4a和p53的关键作用是诱导细胞衰老，这更可以支持两者通过诱导细胞衰老以促进病理性衰老的假说。因此，考虑到p16^INK4a和p53抑制肿瘤的益处，二者的促进衰老作用或许是可以承受的代价。支持上述观点的是，遭受强烈而持续损伤的早老突变小鼠，其细胞衰老程度十分显著，而若清除其p16^INK4a或p53，其早老表型则有所减轻。这种早老模型可见于BRCA1缺陷小鼠（Cao et al., 2003）、HGPS模型小鼠（Varela et al., 2005），以及BubR1亚效突变所致染色体稳定性缺陷小鼠（Baker et al., 2011）。然而，还有其他的证据提示这其中的情形更为复杂。与其促进衰老作用相比，系统性轻微增加p16^INK4a、p19^ARF或p53等肿瘤抑制因子表达的小鼠，显示其寿命延长，且并不能归因于其肿瘤发病率降低（Matheu et al., 2007, Matheu et al., 2009）。并且，清除p53反而会加重某些早老突变小鼠的衰老表型（Begus-Nahrmann et al., 2009; Murga et al.,2009;Ruzankina et al., 2009）。正如前述的细胞衰老两面性，激活p53和INK4a/ARF可看作是良性代偿反应，可避免损伤细胞的增殖及其导致衰老和癌症的后果。然而，一旦细胞损伤广泛发展，则组织再生能力近乎耗竭或饱和，在这种极端情况下，p53和INK4a/ARF的反应即具有危害性，从而加速衰老。

总结

细胞衰老最初是对抗损伤的良性代偿反应，若组织再生能力因此而耗竭，则细胞衰老可具有危害性，从而加速衰老。正是由于其复杂性，细胞衰老是否符合衰老特征理想标准的第三条，尚无法给出简单地回答。针对致细胞衰老的肿瘤抑制因子通路，若适度增强之，则可延长寿命（Matheu et al., 2007, Matheu et al., 2009）；同样，针对实验性早老模型，若清除其衰老细胞，亦可延缓增龄性病变的发生（Baker et al., 2011）。因此，尽管上述两种干预手段的理念相反，但均可延长健康寿命。

八，干细胞耗竭（stem cell exhaustion）

组织再生潜力降低是衰老最明显的特征之一（图5B）。例如，衰老过程中造血干细胞减少，导致适应性免疫细胞的生成减少［此过程称为免疫衰老（immunosenescence）］，以及贫血和骨髓异常增生的发病率增加（Shaw et al., 2010）。干细胞功能损耗可见于所有重要的干细胞区室（compartments），如小鼠前脑（Molofsky et al., 2006）、骨骼（Gruber et al., 2006）和肌纤维（Conboy and Rando, 2012）。老年小鼠研究发现，其造血干细胞（HSCs）的细胞周期活动呈现整体性降低，且老年期HSCs的细胞分裂能力弱于青年期HSCs（Rossi et al., 2007）。而上述变化与DNA损伤累积（Rossi et al., 2007）和细胞周期抑制蛋白（如p16^INK4a）过表达（Janzen et al., 2006）有关。实际上，较之老年期野生型HSCs，老年期INK4a^?/?HSCs则显示较强的植入能力和细胞周期活动增加（Janzen et al., 2006）。在多种组织中均发现，端粒缩短亦为衰老过程中干细胞减少的重要原因（Flores et al., 2005; Sharpless and DePinho,2007）。该发现作为衰老领域的一项例证，提示干细胞减少是多重损害整合的结果。

虽然干细胞和祖细胞增殖能力不足，对机体的长期维护明显不利，但二者过度增殖会加速干细胞巢（niches）的耗竭，因而同样是有害的。干细胞休眠对其长期保持功能也具有重要作用，这方面的强烈证据显示，果蝇小肠干细胞过度增殖会导致干细胞耗竭，并出现过早衰老（Rera et al., 2011）。同样情形亦见于p21缺失小鼠，其表现为HSCs和神经干细胞的过早耗竭（Cheng et al., 2000; Kippin et al., 2005）。如此看来，衰老过程中INK4a诱导（见“细胞衰老”）和血清IGF-1降低（见“营养素感应失调”），均可能反映出机体试图保持干细胞休眠状态。近期研究亦发现，老年期的肌肉干细胞巢中FGF2信号通路增强，可导致干细胞休眠减少，最终出现干细胞缺失并丧失再生能力，而抑制该通路则可挽救上述损害（Chakkalakal et al., 2012）。上述发现可望启发如下的设计思路，即通过抑制FGF2通路以减少衰老过程中的干细胞耗竭。与上述方向相一致，亦有报道通过DR可增强小肠和肌肉干细胞的功能（Cerletti et al., 2012; Yilmaz et al., 2012）。

还有一个重要议题是，干细胞功能降低是源于细胞-内源性通路还是源于细胞-外源性通路（Conboy and Rando, 2012）。近期研究则强烈支持后者。特别是，将青年小鼠的肌源性干细胞移植入早老小鼠后，可延长后者寿命，并改善其退行性改变，即便在未检测到供体细胞的组织中亦是如此，提示上述治疗获益或源于干细胞分泌因子的系统性效应（Lavasani et al., 2012）。更有异种共生（parabiosis）实验发现，来自青年小鼠的系统性因子，可逆转老年小鼠神经干细胞和肌肉干细胞的功能降低（Conboy et al., 2005; Villeda et al., 2011）。

而亦有研究探索采用药物干预来改善干细胞功能。特别是，通过雷帕霉素抑制mTORC1，不仅可改善蛋白质稳态（见“蛋白质稳态丧失”）和影响能量感应（见“营养素感应失调”）以延缓衰老，其还可改善上皮、造血系统和小肠干细胞的功能（Castilho et al., 2009; Chen et al., 2009;Yilmaz et al., 2012）。这些发现也表明，要阐明雷帕霉素的抗衰老机制还存在相当大的难度，也更凸显本文所讨论的衰老各项特征之间亦存在相互关联性。另值得注意的是，GTP酶CDC42可致衰老HSCs增加，而通过药物抑制CDC42，则可使人体衰老细胞重新恢复年轻（rejuvenation）（Florian et al., 2012）。

总结

干细胞耗竭是多种衰老相关损害相互整合的结果，也可能是组织和机体衰老的终极元凶。近期研究提示，干细胞恢复年轻可逆转机体水平的衰老表型（Rando and Chang, 2012）。

九，胞间通讯改变（altered intercellular communication）

胞间通讯改变

除外细胞自主性改变，衰老还涉及到胞间通讯水平的改变，即内分泌、神经内分泌或神经方面的改变（Laplante and Sabatini, 2012; Rando andChang, 2012; Russell and Kahn, 2007; Zhang et al., 2013）（图5C）。因此，在衰老过程中，易出现神经激素信号通路（如肾素-血管紧张素、肾上腺素、胰岛素-IGF-1信号通路）的失调，表现为炎症反应增强、对抗病原体和癌前细胞的免疫监视功能降低，以及胞周、胞外环境组分的改变。

炎症

衰老相关胞间通讯的显著改变，可称为“炎性衰老”（inflammaging），即伴随哺乳动物衰老，表现为促炎症表型的累积（Salminen et al., 2012）。炎性衰老的发生有多重原因，如促炎性组织损伤的累积、免疫系统功能（可有效清除病原体和不良宿主细胞）紊乱和失常、衰老细胞分泌促炎性因子增加（见“细胞衰老”）、转录因子NF-κB的激活增强、缺陷性自噬反应发生（Salminen et al., 2012）。上述改变可增强NLRP3炎性体及其他促炎性通路的激活，最终导致IL-1β、肿瘤坏死因子和干扰素的生成增加（Green et al., 2011; Salminen et al., 2012）。在人群中，炎症还与肥胖和2型糖尿病的发生相关，这两种情况则可促进或关联衰老（Barzilai et al., 2012）。与此类似，炎症反应缺陷在动脉粥样硬化的发生中亦发挥重要作用（Tabas, 2010）。近期研究发现，增龄性炎症可抑制上皮干细胞功能（Doles et al., 2012），这进一步表明，不同衰老特征之间存在复杂联系，从而强化衰老的进程。而适应性免疫系统的功能降低，亦与炎性衰老平行发生（Deeks, 2011）。免疫衰老（immunosenescence）可在系统水平上加重衰老表型，这源于免疫系统障碍导致其无法清除感染因子、感染细胞及癌前细胞。免疫细胞另一项功能是，识别和清除衰老细胞（见“干细胞耗竭”）和超倍体细胞，而这两种细胞则累积于在衰老组织和癌前病变（Davoli and de Lange, 2011; Senovilla et al.,2012）。

对衰老组织的转录状态进行的整体研究，进一步凸显了炎症通路与衰老的相关性（（de Magalh?es et al., 2009; Lee et al., 2012）。衰老转录特征之一表现为NF-κB通路的过激活，而在转基因老年小鼠皮肤中条件性表达NF-κB抑制因子，可见其皮肤组织表型恢复年轻，且其转录特征较之青年期有所恢复（Adler et al., 2007）。与之类似，在不同的衰老加速小鼠模型中发现，通过基因和药物抑制NF-κB信号通路可阻止其增龄性特征的出现（Osorio et al., 2012; Tilstra et al., 2012）。关于炎症与衰老之间联系的最新研究发现，炎症和应激反应可激活下丘脑NF-κB，诱导相关信号通路，导致神经元生成促性腺激素释放激素（GnRH）减少（Zhang et al., 2013）。而GnRH降低可促进多种增龄性改变，如骨骼变脆、肌肉虚弱、皮肤萎缩，以及神经生成减少。相应地，小鼠采用GnRH治疗后，可阻止增龄性神经生成减少和衰老进展加速（Zhang et al., 2013）。以上结果提示，下丘脑可通过整合NF-κB驱动的炎症反应和GnRH介导的神经内分泌效应，以调节系统性衰老。

进一步的体内研究证实，炎症与衰老的关联源于mRNA降解因子AUF1的功能，其可介导细胞因子mRNA降解，从而终止炎症反应（Pont et al., 2012）。AUF1缺陷小鼠表现为明显的细胞衰老以及早老表型，且可通过重新表达这种RNA结合因子而得以缓解。有趣的是，AUF1不仅可指导炎性细胞因子mRNA的降解，还可激活端粒酶的催化亚基TERT，从而有助于保持端粒长度（Pont et al., 2012），这也更说明单一因子可对多项衰老特征均产生强烈影响。

类似的情形亦见于sirtuins，其还可影响衰老过程中的炎症反应。多项研究显示，SIRT1可去乙酰化组蛋白及NF-κB等炎症信号通路的组分，从而下调炎症相关基因（Xie et al., 2013）。与此发现相一致， SIRT1水平降低与多种炎症性疾病的发生和进展相关，而通过药物激活SIRT1则可预防小鼠的炎症反应（Gillum et al., 2011;Yao et al., 2012; Zhanget al., 2010）。且SIRT2和SIRT6亦可通过去乙酰化NF-κB亚基，以及转录抑制其靶基因，从而下调炎症反应（Kawahara et al., 2009;Rothgiesser et al.,2010）。

其他类型的胞间通讯

除炎症外，还有越来越多的证据显示，某一组织的衰老相关改变，可导致其他组织的衰老特异性衰退，这可以解释衰老表型在不同器官之间存在协同性。发生这种“传染性衰老”（contagious aging）或旁观者效应（bystander effects）的原因除炎症细胞因子外，还有其他例证表明，衰老细胞通过间隙连接介导的细胞联系，以及ROS相关过程，亦可导致邻近细胞衰老（Nelson et al., 2012）。应用过继转移（adoptive transfer）模型小鼠进行评估发现，其微环境可促进增龄性CD4T细胞缺陷（Lefebvre et al., 2012）。相反，仅针对某一组织进行的延长寿命操作，亦可延缓其他组织的衰老进程（Durieux et al., 2011;Lavasani et al., 2012;Tomás-Loba et al., 2008）。

恢复胞间通讯缺陷

关于恢复衰老过程中的胞间通讯缺陷，存在多种可能的手段，如可通过遗传、营养或药物干预来实现（Freije and López-Otín, 2012; Rando andChang, 2012）。这其中尤其令人感兴趣的是，通过DR方法（Piper et al., 2011; Sanchez-Roman et al.,2012）或恢复青春策略（应用异种共生研究中确定的血源性系统因子）（Conboy et al., 2005; Loffredo et al., 2013;Villeda et al., 2011）可延长寿命。并且，长期应用抗炎药物（如阿司匹林等）亦可延长小鼠寿命和人类健康寿命（Rothwell et al., 2011; Strong et al., 2008）。另外，鉴于肠道微生物组可塑造宿主免疫系统并发挥系统性代谢效应，可通过操控复杂且动态的肠道细菌生态系统的成分和功能，实现人体寿命延长（Claesson et al., 2012; Ottaviani et al.,2011）。

总结

强烈证据显示，衰老并非专属于细胞的生物学现象，其亦与胞间通讯的整体改变相关联，由此为在这一水平上调控衰老提供了机遇。可喜的是，通过血源性系统因子实现恢复青春的策略，已获得了概念验证（Conboy et al., 2005; Loffredo et al., 2013;Villeda et al., 2011）。

结论与展望

对本篇综述列举的衰老的九项特征进行整体分析，可将其分为三种类型，即原发性特征、拮抗性特征和整合性特征（图6）。原发性特征的共同点为，四者均产生负面作用。具体表现为DNA损伤（包括染色体异倍性）、线粒体DNA突变，以及端粒缺失、表观遗传学漂移（epigenetic drift）和蛋白质稳态缺陷。与原发性特征相比，拮抗性特征则具有两面性，且取决于其强度。在较低水平可介导良性效应，而在较高水平则产生恶性效应。

图6 衰老九项特征之间的功能相关性

上述衰老九项特征可划分为三种类型：（上）这四项特征是导致细胞损伤的原发性因素。（中）这三项特征部分是针对损伤的代偿性反应或拮抗性反应。这种反应最初会缓解损伤，但若慢性化或加剧发展，则最终转变为毒性反应。（下）这两项整合性特征是前两类特征造成的结局，最终导致增龄性功能下降。

以细胞衰老为例，其可防御机体癌变，但一旦细胞衰老过度，则会促进衰老。与此类似，ROS可介导细胞信号转导与存活，但慢性高水平的ROS则会导致细胞损伤；同样营养素感应和合成代谢的理想状态，显然对细胞存活是相当重要的，但其功能若过度和长期受损，则亦可导致病变。这三项特征可看做是机体为防御损伤或营养匮乏而设计的。而一旦这些特征加剧或慢性化，则其功效发生逆转，反而进一步加剧损伤。衰老特征的第三种类型（即干细胞耗竭和胞间通讯改变）称为整合性特征，其可直接影响组织稳态和功能。尽管上述特征相互关联，本文仍认为其存在某种程度的层次关系（图6）。原发性特征可作为启动性触发因素，随着时间延长，其损伤效应会逐渐累积。拮抗性特征在原则上是良性的，在某一过程中（部分因原发性特征而促进或加速）则具有负面性。最后，当原发性特征和拮抗性特征无法通过组织稳态机制实现代偿时，便呈现整合性特征。正是由于衰老过程中这些特征同时发生且相互关联，揭示这一精密的因果网络，将会是未来一项激动人心的挑战。

图7 可延长人类健康寿命的干预手段

图中展示了衰老的九项特征及相应治疗策略，并已针对小鼠进行过原理验证

阐明衰老的特征，既有助于建立未来研究衰老分子机制的框架，也有助于设计改善人类健康寿命的干预手段（图7）。然而，就衰老这一复杂的生物学过程来讲，仍面临着大量的棘手问题（Martin, 2011; Miller, 2012）。而下一代测序技术的快速发展，可望对衰老研究产生特殊影响：针对衰老机体的个体细胞采用该技术，将更容易评价其遗传学和表观遗传学改变的特异性累积情况。这项技术已应用于测定极度长寿（exceptional longevity）个体的全基因组序列，比较长寿和短寿动物种系和品系之间的基因组差异，以及在最高解析度下分析增龄性表观遗传学改变（Heyn et al., 2012; Kim et al., 2011;Sebastiani et al., 2011）。平行开展功能获得或功能缺失动物模型研究，同样是必不可少的；这将跨越比较分析的层次，为理解衰老过程中上述特征提供因果证据。未来还需要采用系统生物学方法，其不仅可对衰老各项特征进行典型化描述，还可解释导致衰老的过程与伴随衰老的过程之间的机械性联系（Gems and Partridge, 2013; Kirkwood, 2008）。另外，在分子水平分析基因组与环境之间的交互对衰老的调节作用，将有助于确定延长寿命的药物靶点（de Magalh?es et al., 2012）。可预计的是，未来将有更为复杂的手段来最终解决众多难题。相信这些手段的联合应用，将会更详细地理解衰老特征的潜在机制，从而有利于在未来研发出改善人类健康寿命和延年益寿的干预手段。

The Hallmarks of Aging

CarlosLópez-Otín¹, Maria A. Blasco², Linda Partridge^{3, 4},Manuel Serrano^{5, ,} and Guido Kroemer^{6, 7, 8, 9, 10}

¹ Departamento de Bioquímica y Biología Molecular,Instituto Universitario de Oncología (IUOPA), Universidad de Oviedo, Oviedo,Spain

² Telomeres and Telomerase Group, Molecular OncologyProgram, Spanish National Cancer Research Centre (CNIO), Madrid, Spain

³ Max Planck Institute for Biology of Ageing,Cologne, Germany

⁴ Institute of Healthy Ageing, Department ofGenetics, Evolution and Environment, University College London, London, UK

⁵ Tumor Suppression Group, Molecular OncologyProgram, Spanish National Cancer Research Centre (CNIO), Madrid, Spain

⁶ INSERM, U848, Villejuif, France

⁷ Metabolomics and Cell Biology Platforms, InstitutGustave Roussy, Villejuif, France

⁸ Centre de Recherche des Cordeliers, Paris, France

⁹ P?le de Biologie, H?pital Européen GeorgesPompidou, AP-HP, Paris, France

¹⁰ Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité,Paris, France