編譯：王紫慧

審校：李   瑾

單位：國家衛(wèi)健委北

廣義地講，衰老可被定義為大多數(shù)生物體均可發(fā)生的增齡性功能減退,。在人類歷史進(jìn)程中衰老總是會(huì)激發(fā)人們的好奇和聯(lián)想,。30多年前（1983年），對秀麗隱桿線蟲首個(gè)長壽品系的分離(Klass, 1983),，開啟了衰老研究的新紀(jì)元,。如今，基于對生命和疾病的分子及細(xì)胞基礎(chǔ)的全面認(rèn)識(shí),，衰老現(xiàn)象正經(jīng)受著全面的科學(xué)審視,。當(dāng)前的衰老研究和數(shù)十年以來腫瘤方面的研究有著諸多相似之處。2000年一篇里程碑式的文獻(xiàn)使腫瘤研究領(lǐng)域獲得了強(qiáng)勁的動(dòng)力,，該文獻(xiàn)歸納了腫瘤的六項(xiàng)特征（Hanahan and Weinberg, 2000）,，近期擴(kuò)展為十項(xiàng)（Hanahan and Weinberg, 2011）。通過歸納,，概念化地呈現(xiàn)了腫瘤的本質(zhì)及其深層機(jī)制,。

初看腫瘤和衰老似乎是對立的過程：腫瘤是細(xì)胞適應(yīng)性異常的結(jié)果，而衰老則以細(xì)胞適應(yīng)性喪失為特征,。而深入來看腫瘤和衰老具有某些共同的根源,。細(xì)胞損傷的增齡性蓄積是普遍認(rèn)為的衰老原因（Gems and Partridge, 2013; Kirkwood, 2005; Vijg and Campisi,2008），而細(xì)胞損傷又為特定細(xì)胞的癌變提供有利條件,，并最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生,。因此，腫瘤和衰老可被看作是同一基礎(chǔ)過程,，即細(xì)胞損傷蓄積的兩種不同表現(xiàn),。另外,，諸如動(dòng)脈粥樣硬化、炎癥等衰老相關(guān)病變,，還涉及到細(xì)胞失控性過度生長或功能活躍（Blagosklonny,2008）,。基于上述概念框架,，衰老領(lǐng)域應(yīng)關(guān)注一系列關(guān)于衰老損傷生理性機(jī)制的關(guān)鍵性問題,；如試圖重建體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的代償性反應(yīng)，不同損傷和代償反應(yīng)之間的相互聯(lián)系,，外源性干預(yù)延緩衰老的可能性,。

本文試圖對衰老的細(xì)胞和分子特征予以確認(rèn)和歸類。本文提出的九項(xiàng)特征已被普遍認(rèn)為能夠促進(jìn)衰老的進(jìn)展,，并可共同決定衰老的表型（圖1）,。考慮到衰老特征的復(fù)雜性,，本文重點(diǎn)關(guān)注針對哺乳動(dòng)物衰老的最新認(rèn)識(shí),，同時(shí)也會(huì)對低等模式生物的相關(guān)研究有所提及（Gems and Partridge，2013,；Kenyon,，2010）,。各項(xiàng)衰老特征應(yīng)嚴(yán)格符合以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）其應(yīng)在正常衰老過程中顯現(xiàn),；（2）實(shí)驗(yàn)對其增強(qiáng)后應(yīng)加速衰老；（3）實(shí)驗(yàn)對其削弱后應(yīng)能夠延緩正常衰老進(jìn)程并由此增加健康壽命,。本文提出的九項(xiàng)特征均不同程度的符合這套嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),，具體內(nèi)容將在下文一一討論。這套標(biāo)準(zhǔn)的最后一條是最難實(shí)現(xiàn)的,，即使將其局限于衰老的某一方面亦是如此,。因此，九項(xiàng)特征不是全部滿足“通過干預(yù)成功延緩衰老”這一條件,。上述各項(xiàng)衰老特征之間存在廣泛關(guān)聯(lián),，這意味著通過實(shí)驗(yàn)改變某一特征，可能會(huì)影響到其它特征,。

衰老的一個(gè)共同點(diǎn)是貫穿生命過程中的基因損傷累積（Moskalev et al., 2012）（圖2A）,。多種早老性疾病，如Werner綜合征和Bloom綜合征,，均由DNA損傷增加所致（Burtner and Kennedy,，2010），但是上述疾病及其他早老綜合征與正常衰老之間的相關(guān)性尚未闡明,，部分原因在于這些疾病僅能概括衰老的某些方面,。外源性因素（如物理,、化學(xué)和生物因子）和內(nèi)源性因素，如DNA復(fù)制錯(cuò)誤,、自發(fā)性分解反應(yīng),、活性氧（ROS）（Hoeijmakers，2009）等均可破壞DNA的完整性和穩(wěn)定性,。外源性或內(nèi)源性損害造成的基因損傷類型各異,，包括可由各種病毒或轉(zhuǎn)座子共同作用所導(dǎo)致的點(diǎn)突變、易位,、染色體獲得或缺失,、端粒縮短和基因斷裂等,。為盡可能減少上述損傷,，機(jī)體DNA修復(fù)機(jī)制進(jìn)化形成一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，能夠協(xié)同對抗針對細(xì)胞核DNA的大多數(shù)損害（Lord and Ashworth,，2012）,。基因組穩(wěn)定系統(tǒng)還包括某些特殊機(jī)制,，能夠使端粒保持適當(dāng)長度和功能（端粒與衰老的另一特征有關(guān),，見下文）以及確保線粒體DNA的完整性（Blackburn et al., 2006；Kazak et al., 2012）,。除外DNA的直接損傷,，細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的缺陷，即核纖層蛋白病,，亦可引發(fā)基因組不穩(wěn)定性并導(dǎo)致早老綜合征（Worman,，2012）。

1 . 細(xì)胞核DNA：老年人和老年模式生物的細(xì)胞均會(huì)表現(xiàn)出體細(xì)胞突變的累積（Moskalev et al.,2012）,。而其他類型的DNA損傷,，如染色體非整倍體和拷貝數(shù)變異等現(xiàn)象亦被發(fā)現(xiàn)與衰老相關(guān)（Faggioli et al., 2012；Forsberg et al., 2012）,。還有報(bào)道,，大型染色體異常中的克隆鑲嵌現(xiàn)象亦有所增加（Jacobs et al., 2012；Laurie et al., 2012）,。上述各種類型的DNA改變均可影響到基本基因及其轉(zhuǎn)錄途徑而導(dǎo)致細(xì)胞功能紊亂,，若未通過凋亡或衰老而被清除，則會(huì)危及組織和機(jī)體的穩(wěn)態(tài),。尤其當(dāng)DNA損傷影響到干細(xì)胞的特定功能時(shí),，則會(huì)對組織再生造成影響（Jones and Rando，2011,；Rossi et al., 2008）（見干細(xì)胞耗竭部分）,。小鼠和人的研究發(fā)現(xiàn)生命過程中基因組損傷的增加與衰老呈現(xiàn)因果關(guān)系,，表明DNA修復(fù)機(jī)制的缺陷會(huì)導(dǎo)致小鼠衰老加速，以及人類的多種早老綜合征的發(fā)病,，如Werner綜合征,、Bloom綜合征、著色性干皮病,、毛發(fā)硫營養(yǎng)不良,、Cockayne綜合征、Seckel綜合征等（Gregg et al.,2012,；Hoeijmakers,，2009；Murga et al., 2009）,。另外,，在轉(zhuǎn)基因小鼠中過表達(dá)BubR1（一種確保染色體精確分離的有絲分裂檢查點(diǎn)組分），可增強(qiáng)對抗染色體非整倍性和惡性腫瘤的防御能力,，并延長健康壽命（Baker et al., 2013）,。這些發(fā)現(xiàn)提供了通過人為加強(qiáng)核DNA修復(fù)機(jī)制可以延緩衰老進(jìn)程的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

2. 線粒體DNA：線粒體DNA（mtDNA）的突變和缺失也可促進(jìn)衰老（Park and Larsson,，2011）,，mtDNA被認(rèn)為是衰老相關(guān)體細(xì)胞突變的主要靶點(diǎn)。原因在于線粒體的氧化微環(huán)境,，mtDNA缺乏組蛋白的保護(hù),，而且與核DNA相比，mtDNA修復(fù)效率低下（Linnane et al.,1989）,。由于線粒體基因組具有多重性,，同一細(xì)胞中可并存突變型和野生型基因組,，這一現(xiàn)象稱為“異質(zhì)性”,。關(guān)于衰老mtDNA突變的因果關(guān)系的推測尚存爭議。單細(xì)胞分析顯示,，盡管mtDNA突變的總體水平較低,，但個(gè)體的衰老細(xì)胞突變負(fù)荷較顯著，形成以突變基因組為主并達(dá)到同質(zhì)性狀態(tài)（Khrapko et al., 1999）,。有趣的是與早期的預(yù)測相反,，成年或老年細(xì)胞中多數(shù)mtDNA突變是由生命早期的復(fù)制錯(cuò)誤所致，而非氧化損傷,。這些突變會(huì)發(fā)生多克隆增殖,，導(dǎo)致不同組織出現(xiàn)呼吸鏈功能障礙（Ameur et al., 2011）。HIV感染者經(jīng)抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物（可干擾mtDNA復(fù)制）治療后,，會(huì)出現(xiàn)衰老加速,，這支持了生命早期mtDNA突變的多克隆增殖加速衰老的觀點(diǎn)（Payne et al., 2011）,。

mtDNA損傷與衰老及增齡性疾病相關(guān)的最早證據(jù)來自mtDNA突變所致人類多系統(tǒng)疾病可模擬某些衰老表型（Wallace，2005）,。更深入的因果關(guān)系證據(jù)來自于對mtDNA聚合酶γ缺陷小鼠的研究,。這種突變小鼠有多種早老表現(xiàn)且壽命縮短，這與mtDNA隨機(jī)點(diǎn)突變和缺失的累積有關(guān)（Kujoth et al., 2005,；Trifunovic et al.,2004,；Vermulst et al., 2008）。來源于此小鼠的細(xì)胞表現(xiàn)為線粒體功能受損,，但出乎意料的是,，并沒有伴有ROS生成增加（Edgar et al., 2009；Hiona et al.,2010）,。此外,，這種早老癥小鼠的干細(xì)胞對mtDNA突變的累積異常敏感（Ahlqvist et al., 2012）（見干細(xì)胞耗竭部分）。需要深入研究的是能否通過基因操作降低mtDNA突變而延長壽命,。

3. 細(xì)胞核結(jié)構(gòu)：除了涉及到細(xì)胞核及線粒體DNA的基因損傷外,，核纖層缺陷也會(huì)導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定（Dechat et al., 2008）。核纖層蛋白是核纖層的主要成分,，且可通過充當(dāng)“腳手架”以牽曳染色質(zhì)和蛋白復(fù)合物參與到基因組維護(hù)中（Gonzalez-Suarez et al.,2009,；Liu et al., 2005）。核纖層中編碼蛋白組分的基因突變及影響其成熟和動(dòng)力學(xué)的因子可導(dǎo)致衰老綜合征如Hutchinson-Gilford早老綜合征和Néstor-Guillermo早老綜合征（（HGPS 和NGPS）（Cabanillas et al.,2011,；De Sandre-Giovannoli et al., 2003,；Eriksson et al., 2003）），這一發(fā)現(xiàn)引起了衰老研究人員對核纖層的注意,。在人類正常衰老過程中,，亦可發(fā)現(xiàn)核纖層改變和早老素（突變核纖層蛋白前體A亞型）生成（Ragnauth et al., 2010；Scaffidi and Misteli,，2006）,。正常人成纖維細(xì)胞經(jīng)體外長期培養(yǎng)，其端粒功能障礙亦可促進(jìn)早老素生成,。這提示在正常衰老過程中,，端粒維護(hù)與早老素表達(dá)之間存在著密切關(guān)聯(lián)（Cao et al., 2011）。不僅存在核纖層蛋白A的增齡性改變,，核纖層蛋白B1水平亦隨細(xì)胞衰老而降低,，提示其可作為衰老過程中的生物標(biāo)志物（Freund et al., 2012；Shimi et al., 2011）,。

通過動(dòng)物和細(xì)胞模型,，已明確HGPS（早老癥）特征性的核纖層異常可激活多條應(yīng)激通路,。這些通路包括p53激活（Varela et al., 2005）,、生長軸失調(diào)（Mari?o et al., 2010）以及成體干細(xì)胞損耗（Espada et al., 2008,；Scaffidi and Misteli，2008）,。觀察發(fā)現(xiàn),，降低HGPS模型小鼠核纖層蛋白前體A或早老蛋白水平，可延緩早老癥狀的出現(xiàn)并延長壽命,，這支持了核纖層異常與過早衰老之間的因果關(guān)系,。而通過系統(tǒng)性注射反義寡核苷酸、法尼基轉(zhuǎn)移酶抑制劑,，或合用他汀類與氨基雙膦酸鹽（Osorio et al., 2011,；Varela et al., 2008；Yang et al., 2006）,，也可取得上述效果,。通過激素治療恢復(fù)生長軸功能，或抑制NF-κB信號(hào)通路,，亦可延長早老小鼠的壽命（Mari?o et al., 2010; Osorio et al.,2012）,。此外，對取自HGPS患者的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞,，采用同源重組策略可糾正其核纖層蛋白突變,，這為今后開展細(xì)胞療法開辟了道路（Liu et al., 2011b）。而能否通過強(qiáng)化核結(jié)構(gòu)來延緩正常衰老,，尚有待在今后研究中予以驗(yàn)證,。

4. 小結(jié)：大量證據(jù)顯示衰老過程伴隨著基因組損傷，而人為誘導(dǎo)基因組損傷則會(huì)導(dǎo)致某些衰老加速,。機(jī)體存在確保染色體準(zhǔn)確分離的機(jī)制,，遺傳學(xué)證據(jù)顯示，加強(qiáng)這種機(jī)制能夠延長哺乳動(dòng)物壽命（Baker et al., 2013）,。一些特殊的早老癥與核結(jié)構(gòu)缺陷相關(guān),，而相關(guān)治療可延緩此類早老癥。尋找干預(yù)措施以加強(qiáng)細(xì)胞核和線粒體基因組的穩(wěn)定性（如DNA修復(fù)）以及它們對正常衰老的影響,，也是需要研究的方向（端粒問題較為特殊,，以下單獨(dú)討論）。

DNA損傷的增齡性累積對基因組的影響似乎是隨機(jī)的，但在染色體的某些區(qū)域（如端粒）則特別容易發(fā)生增齡性損害（Blackburn et al., 2006）（圖2A）,。復(fù)制性DNA聚合酶不具備完全復(fù)制線性DNA分子末端的能力,，而一種特異的DNA聚合酶（即端粒酶）則具備這種功能。然而,，多數(shù)哺乳動(dòng)物的體細(xì)胞不表達(dá)端粒酶,，這導(dǎo)致了染色體末端端粒保護(hù)序列進(jìn)行性和累積性的喪失,。端粒縮短解釋了某些類型的離體培養(yǎng)細(xì)胞增殖能力有限的原因,，這種現(xiàn)象稱為復(fù)制性衰老,，或稱為Hayflick極限（Hayflick and Moorhead，1961,；Olovnikov, 1996）,。事實(shí)上，通過異位表達(dá)端粒酶可有效實(shí)現(xiàn)普通細(xì)胞永生化,，且不會(huì)發(fā)生致癌性轉(zhuǎn)化（Bodnar et al., 1998）,。重要的是端粒縮短在人類和小鼠的正常衰老過程中也可發(fā)現(xiàn)（Blasco,，2007a）,。

端粒縮短可以被視為躲避了DNA修復(fù)機(jī)制的DNA斷裂（Palm and de Lange,，2008）,。端粒通過形成具有特異性保護(hù)作用的端粒蛋白復(fù)合體躲避DNA修復(fù)機(jī)制。端粒的這一特殊性使端粒不僅在沒有端粒酶的情況下逐漸縮短,，即使在端粒酶存在的情況下,，由于端粒蛋白復(fù)合體的存在，外源性DNA損傷造成的端粒破壞也會(huì)逃避DNA修復(fù)機(jī)制,。因此,，端粒產(chǎn)生持久的DNA損傷會(huì)導(dǎo)致包括衰老和/或凋亡在內(nèi)的有害的細(xì)胞效應(yīng)（Fumagalli et al., 2012；Hewitt et al.,2012）,。

人類端粒酶缺陷與某些疾病的過早發(fā)生相關(guān),，如肺纖維化、先天性角化不良,、再生障礙性貧血等,，這些疾病均涉及到不同組織再生能力的喪失（Armanios and Blackburn，2012）,。而端粒蛋白復(fù)合體組分的缺陷也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的端粒脫帽現(xiàn)象（Palm and de Lange,，2008）。端粒特異性保護(hù)蛋白復(fù)合物突變在某些再生障礙性貧血和先天性角化不良病例中亦有發(fā)現(xiàn)（Savage et al., 2008,；Walne et al., 2008,；Zhong et al., 2011）。多項(xiàng)模型研究顯示,，若端粒蛋白復(fù)合體各組分功能喪失,，其組織再生能力下降且衰老加速，即使端粒仍處于正常長度這一現(xiàn)象依然存在（Martínez and Blasco，2010）,。

通過基因修飾動(dòng)物模型可在端粒喪失與細(xì)胞衰老,、

機(jī)體衰老之間建立因果聯(lián)系。端?？s短或延長的小鼠分別表現(xiàn)為壽命縮短或延長（Armanios et al., 2009,；Blasco et al., 1997；Herrera et al., 1999,；Rudolph et al., 1999,；Tomás-Loba et al., 2008）。近期證據(jù)亦顯示,，通過激活端粒酶可逆轉(zhuǎn)衰老,，特別是針對端粒酶缺陷的小鼠。在其老年階段采用基因手段重新激活端粒酶,，則該小鼠的早老癥狀能夠逆轉(zhuǎn)（Jaskelioff et al., 2011）,。此外，通過對成年野生型小鼠端粒酶采用藥理激活或系統(tǒng)性病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)可延緩其正常生理性衰老,，且腫瘤發(fā)病率未見增加（Bernardes de Jesus et al., 2012）,。近期薈萃分析結(jié)果亦表明人類端粒縮短與死亡風(fēng)險(xiǎn)有強(qiáng)相關(guān)性,，且在較年輕個(gè)體尤為顯著（Boonekamp et al., 2013）,。

小結(jié)：哺乳動(dòng)物的正常衰老過程伴隨著端粒縮短,。并且,，病理性端粒功能障礙會(huì)加速小鼠和人類的衰老。通過實(shí)驗(yàn)性刺激端粒酶則能延緩小鼠衰老,。因此,，端粒縮短完全符合衰老特征的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn),。

各種表觀遺傳學(xué)改變會(huì)終生影響到所有的細(xì)胞和組織（（Talens et al., 2012）（圖2B）,。表觀遺傳學(xué)改變包括DNA甲基化模式改變、組蛋白翻譯后修飾以及染色質(zhì)重塑,。而H4K16乙?；4K20三甲基化和H3K4三甲基化程度增加,，以及H3K9甲基化,、H3K27三甲基化程度降低，構(gòu)成了表觀遺傳學(xué)的增齡性標(biāo)志（Fraga and Esteller,，2007,；Han and Brunet，2012）,。多種酶類系統(tǒng)能夠確保表觀遺傳模式的形成和維護(hù),，如DNA甲基轉(zhuǎn)移酶、組蛋白乙?；?、去乙酰化酶,、甲基化酶,、去甲基化酶以及染色體重塑相關(guān)蛋白復(fù)合體。

1. 組蛋白修飾：在無脊椎動(dòng)物中,，組蛋白甲基化符合衰老特征的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn),。組蛋白甲基化復(fù)合物組分的缺失可延長線蟲和果蠅的壽命（Greer et al., 2010；Siebold et al., 2010）,。另外,，組蛋白去甲基化酶通過靶向關(guān)鍵長壽通路，如胰島素/胰島素樣生長因子-1信號(hào)通路來調(diào)節(jié)壽命（Jin et al., 2011）,。目前尚不明確的是組蛋白修飾酶調(diào)控影響衰老的表觀遺傳學(xué)機(jī)制是通過影響DNA修復(fù)和基因組穩(wěn)定性,，還是通過影響細(xì)胞核外代謝或信號(hào)通路轉(zhuǎn)錄。

它與NAD依賴型去乙?；负虯DP核糖基轉(zhuǎn)移酶相關(guān)的sirtuin（沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶）家族成員已被廣泛認(rèn)為是潛在的抗衰老因子,。人們對sirtuin蛋白家族與衰老關(guān)系的興趣源自于一系列針對酵母、果蠅和蠕蟲的研究報(bào)告,。報(bào)告顯示,，上述生物體中唯一的sirtuin基因Sir2具有顯著的長壽活性（Guarente，2011）,。最初發(fā)現(xiàn),，釀酒酵母過表達(dá)Sir2，復(fù)制型酵母壽命會(huì)延長（Kaeberlein et al., 1999）,。之后的報(bào)告提示分別過表達(dá)Sir2在蠕蟲（sir-2.1）和果蠅（dSir2）的直系同源基因,，亦可延長這兩種無脊椎模式生物的壽命（Rogina and Helfand，2004,；Tissenbaum and Guarente,，2001）。不過,，近期對上述研究又出現(xiàn)質(zhì)疑,，報(bào)告認(rèn)為蠕蟲和果蠅研究所見壽命延長，很大程度上是由于其復(fù)雜的遺傳背景差異,，而與過表達(dá)sir-2.1或dSir2無關(guān)（Burnett et al., 2011）,。實(shí)際上，經(jīng)過細(xì)致的再次評(píng)估發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)sir-2.1只能中等程度延長線蟲壽命（Viswanathan and Guarente,，2011）,。

多項(xiàng)研究顯示，哺乳動(dòng)物的7種sirtuin同源基因中有數(shù)種亦可延緩小鼠衰老的多項(xiàng)參數(shù)（Houtkooper et al., 2012,；Sebastián et al., 2012）,。具體來看，哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)基因過表達(dá)SIRT1（為最接近無脊椎動(dòng)物Sir2的同源基因）,，可提高衰老過程中各方面的健康水平,，但并不能延長壽命（Herranz et al., 2010）。然而,，SIRT1良性效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制較為復(fù)雜且各機(jī)制間相互關(guān)聯(lián),，包括從提高基因組穩(wěn)定性（Oberdoerffer et al., 2008；Wang et al., 2008）到增強(qiáng)代謝效率的廣泛細(xì)胞作用（Nogueiras et al., 2012）（見營養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)）,。而在哺乳動(dòng)物中,，支持sirtuin介導(dǎo)促長壽效應(yīng)的更有力證據(jù)來自于對SIRT6的研究，其可通過組蛋白H3K9去乙?；瘉碚{(diào)節(jié)基因組穩(wěn)定性,、NF-κB信號(hào)通路和血糖穩(wěn)態(tài)（Kanfi et al., 2010；Kawahara et al., 2009,；Zhong et al., 2010）,。SIRT6缺陷的突變小鼠表現(xiàn)為衰老加速（Mostoslavsky et al., 2006），而過表達(dá)SIRT6的轉(zhuǎn)基因雄性小鼠較對照組而言壽命更長,，這與降低血清IGF-1以及IGF-1信號(hào)通路其他指標(biāo)有關(guān)（Kanfi et al., 2012）,。有趣的是，位于線粒體的sirtuin蛋白SIRT3亦可介導(dǎo)飲食限制延長壽命的某些良性效應(yīng),，不過這些效應(yīng)并非因?yàn)榻M蛋白修飾,，而是因?yàn)榫€粒體蛋白的去乙酰化（Someya et al., 2010）,。最新報(bào)道顯示,，衰老的造血干細(xì)胞過表達(dá)SIRT3可逆轉(zhuǎn)其再生能力（Brown et al.,2013）。因此,，哺乳動(dòng)物sirtuin家族至少有三個(gè)成員,，即SIRT1、SIRT3和SIRT6有利于健康老齡化,。

2. DNA甲基化：DNA甲基化與衰老之間的關(guān)系較為復(fù)雜,。早期研究描述了衰老與總體低甲基化相關(guān)，但隨后的分Shumaker et al., 2006）,。而所有增齡過程中出現(xiàn)的表觀遺傳學(xué)缺陷或突變會(huì)影響到干細(xì)胞的行為和功能（Pollina and Brunet,，2011）（見干細(xì)胞耗竭部分）,。然而，目前尚無直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)顯示通過改變DNA甲基化模式能夠延長生物體壽命,。

3. 染色質(zhì)重塑：與DNA和組蛋白修飾酶相配合,，染色體的關(guān)鍵蛋白（如異染色質(zhì)蛋白1α，HP1α）和染色質(zhì)重塑因子（如多梳析發(fā)現(xiàn),，包括對應(yīng)于多種腫瘤抑制基因和多梳蛋白靶基因的多個(gè)基因座,，實(shí)際上會(huì)隨著增齡而高甲基化（Maegawa et al., 2010）,。早老綜合征患者細(xì)胞及小鼠細(xì)胞所顯示的DNA甲基化和組蛋白修飾模式,，在很大程度上能夠概括正常衰老細(xì)胞的表現(xiàn)（Osorio et al., 2010；蛋白家族或NuRD復(fù)合體）的水平,，在正常衰老和病理性衰老的細(xì)胞中均降低（Pegoraro et al., 2009,；Pollina and Brunet，2011）,。這與前述的表觀遺傳修飾（即組蛋白和DNA甲基化）相伴隨,，表觀遺傳因子的改變可決定染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化（如異染色質(zhì)整體缺失和再分配），這也成為了衰老的特征性表現(xiàn)（Oberdoerffer and Sinclair,，2007,；Tsurumi and Li，2012）,。染色質(zhì)改變與衰老的因果關(guān)系在果蠅研究中已獲支持。該研究發(fā)現(xiàn),，HP1α功能喪失的突變果蠅壽命縮短,，而過表達(dá)這種異染色質(zhì)蛋白則會(huì)延長其壽命，并延緩老年期肌肉功能衰退（Larson et al., 2012）,。

支持染色質(zhì)表觀遺傳學(xué)改變與衰老之間存在功能相關(guān)性的證據(jù)還表現(xiàn)在DNA重復(fù)區(qū)域異染色質(zhì)形成與染色體穩(wěn)定性顯著相關(guān),。特別是，發(fā)生在近著絲粒區(qū)的異染色質(zhì)組裝需要組蛋白H3K9和H4K20三甲基化,，并與HP1α結(jié)合,，這對染色體穩(wěn)定性相當(dāng)重要（Schotta et al.,2004）。對于哺乳動(dòng)物,，經(jīng)修飾的染色質(zhì)還包含豐富的端粒重復(fù)序列,，這提示染色體末端可組裝進(jìn)入異染色質(zhì)區(qū)（Blasco,，2007b,；Gonzalo et al., 2006）,。而在亞端粒區(qū)也會(huì)顯示結(jié)構(gòu)性異染色質(zhì)的某些特征，如H3K9和H4K20三甲基化,、HP1α結(jié)合以及DNA高甲基化。因此,，表觀遺傳學(xué)改變可直接影響到端粒長度的調(diào)節(jié)（衰老的另一特征）,。此外，在DNA損傷時(shí)SIRT1和其他染色質(zhì)修飾蛋白會(huì)重新定位到DNA斷裂位點(diǎn),，從而促進(jìn)修復(fù)和基因組穩(wěn)定性,。SIRT1除了在染色質(zhì)重塑和DNA修復(fù)中的作用外，還調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài),，線粒體功能，營養(yǎng)素感應(yīng)通路和炎癥（見下文）,，這說明了衰老標(biāo)志物之間存在相互聯(lián)系,。

4. 轉(zhuǎn)錄改變：衰老與轉(zhuǎn)錄噪音增加（Bahar et al.,2006）、mRNA異常生成和成熟有關(guān)（Harries et al.,2011,；Nicholas et al., 2010）,。對取自不同物種的青年和老年組織進(jìn)行芯片分析比較，明確了編碼炎癥,、線粒體及溶酶體相關(guān)降解通路的關(guān)鍵組分基因發(fā)生增齡性轉(zhuǎn)錄改變（de Magalh?es et al., 2009）,。這種增齡性轉(zhuǎn)錄特征還會(huì)影響到非編碼RNA，其中一組miRNA（geromiR,，老年miRNA）與衰老進(jìn)程相關(guān),，它可通過長壽網(wǎng)絡(luò)的某些靶向組分及調(diào)節(jié)干細(xì)胞行為影響壽命（Boulias and Horvitz，2012,；Toledano et al., 2012,；Ugalde et al., 2011）。功能獲得和缺失研究證實(shí)黑腹果蠅和秀麗隱桿線蟲體內(nèi)存在多種具有調(diào)節(jié)壽命功能的miRNA（Liu et al., 2012,；Shen et al., 2012,；Smith-Vikos and Slack，2012）,。

5. 表觀遺傳學(xué)改變的逆轉(zhuǎn)：與DNA突變不同,，表觀遺傳學(xué)改變至少在理論上是可以逆轉(zhuǎn)的。這為新型抗衰老藥物的設(shè)計(jì)提供了可能性（Freije and López-Otín,，2012,；Rando and Chang，2012）,。小鼠應(yīng)用組蛋白去乙?；敢种苿┛苫謴?fù)生理性的H4乙?；瑥亩苊庠鳊g性記憶損害的出現(xiàn)（Peleg et al., 2010）,。這提示表觀遺傳學(xué)改變的逆轉(zhuǎn)可能具有神經(jīng)保護(hù)作用,。而組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑亦可減輕早老癥小鼠的早老表型并延長其壽命（Krishnan et al., 2011）。近期研究發(fā)現(xiàn),，秀麗隱桿線蟲存在長壽表觀遺傳學(xué)的跨代遺傳現(xiàn)象,，提示親代的特異性染色質(zhì)修飾能夠誘導(dǎo)其后代產(chǎn)生長壽的表觀遺傳學(xué)記憶（Greer et al., 2011）。與組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑的理念類似,，組蛋白去乙?；讣せ顒┮鄳?yīng)具有延長壽命作用。白藜蘆醇在衰老中多方面的作用機(jī)制已被廣泛的研究探討,，其中包括上調(diào)SIRT1活性以及其他與能量缺陷相關(guān)的效應(yīng)（見線粒體功能障礙）,。

6. 小結(jié)：目前已有多重證據(jù)提示，衰老伴隨著表觀遺傳學(xué)改變,，而表觀遺傳學(xué)紊亂則可引發(fā)模式生物出現(xiàn)早老綜合征。SIRT6作為表觀遺傳學(xué)相關(guān)的典型酶類,，其功能喪失可縮短小鼠壽命,，而功能獲得則可延長小鼠壽命（Kanfi et al., 2012；Mostoslavsky et al.,2006）,?？傊芯勘砻髁私獠⒉倏乇碛^基因組有望改善增齡性病變并延長健康壽命,。

衰老和增齡性疾病與蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失有關(guān)（Powers et al., 2009）（圖3）,。所有細(xì)胞都利用一系列的質(zhì)控機(jī)制以保持其蛋白質(zhì)組的穩(wěn)定和功能。蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)涉及穩(wěn)定正確折疊蛋白質(zhì)（最主要的是熱休克蛋白家族蛋白）的機(jī)制及經(jīng)由蛋白酶體或溶酶體實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)降解的機(jī)制（Hartl et al., 2011,；Koga et al., 2011,；Mizushima et al., 2008）。而增齡性蛋白毒性的調(diào)節(jié)因子可通過不同于分子伴侶和蛋白酶的其他途徑起作用,，如MOAG-4（van Ham et al., 2010）,。所有的機(jī)制以系統(tǒng)功能協(xié)調(diào)工作，以恢復(fù)錯(cuò)誤折疊多肽的結(jié)構(gòu)或完全清除及降解它們,，從而阻止損傷成分的累積并確保胞內(nèi)蛋白的持續(xù)更新,。多項(xiàng)研究顯示衰老過程伴隨著蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的改變（Koga et al., 2011）。未折疊蛋白,、錯(cuò)誤折疊蛋白或蛋白聚合體的緩慢表達(dá)會(huì)發(fā)生某些增齡性病變,，如阿爾茨海默病、帕金森病,、白內(nèi)障等的進(jìn)展（Powers et al,，2009）,。

1. 蛋白伴侶介導(dǎo)的蛋白質(zhì)折疊和穩(wěn)定：在衰老過程中，應(yīng)激誘導(dǎo)的胞質(zhì)和胞器特異性蛋白伴侶的合成受到損害（Calderwood et al., 2009）。多種動(dòng)物模型證實(shí)蛋白伴侶減少與壽命之間存在因果關(guān)系。特別是轉(zhuǎn)基因過表達(dá)蛋白伴侶可延長蠕蟲和果蠅壽命（Morrow et al., 2004,；Walker and Lithgow,，2003）。熱休克蛋白家族某種蛋白輔助伴侶發(fā)生突變的缺陷小鼠會(huì)加速其衰老,，而長壽品系小鼠則表現(xiàn)會(huì)為某些熱休克蛋白的顯著上調(diào)（Min et al., 2008；Swindell et al., 2009）。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),，線蟲熱休克反應(yīng)主要調(diào)節(jié)因子——轉(zhuǎn)錄因子HSF-1的激活可延長其壽命并增強(qiáng)耐熱性（Chiang et al., 2012；Hsu et al., 2003）,，而在其增齡過程中,，淀粉樣蛋白結(jié)合組分能夠維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)并延長壽命（Alavez et al.,2011）。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,，SIRT1可使HSF-1去乙?；瑥亩鰪?qiáng)熱休克基因的反式激活,，如Hsp70,；而下調(diào)SIRT1則可減輕熱休克反應(yīng)（Westerheide et al.,2009）。已有多種方法可激活伴侶介導(dǎo)的蛋白質(zhì)折疊和穩(wěn)定,，以維護(hù)或加強(qiáng)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài),。針對肌萎縮模型小鼠，通過藥物誘導(dǎo)熱休克蛋白Hsp72,，可保持其肌肉功能,，并延緩肌萎縮病變發(fā)展（Gehrig et al.,2012）。在模式生物中,，小分子也可作為藥物性蛋白伴侶,，以確保受損蛋白的再次折疊并改善增齡性表型（Calamini et al., 2012）。

2. 蛋白分解系統(tǒng)：在蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制方面主要存在兩種蛋白分解系統(tǒng),，即自噬-溶酶體系統(tǒng),，和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)。兩大系統(tǒng)的活性隨年齡增長而降低（Rubinsztein et al., 2011,；Tomaru et al., 2012）可支持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失為老年階段共同特征,。

就自噬系統(tǒng)來言，在LAMP2a（蛋白伴侶介導(dǎo)自噬的受體）額外拷貝的轉(zhuǎn)基因小鼠身上未見自噬活性增齡性下降,，且衰老過程中肝功能保持穩(wěn)定（Zhang and Cuervo,，2008）。在發(fā)現(xiàn)持續(xù)或間歇應(yīng)用mTOR抑制劑雷帕霉素可延長中年小鼠壽命后,，通過化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)巨自噬（不同于蛋白伴侶介導(dǎo)自噬的另一類型自噬）激發(fā)起研究者的強(qiáng)烈興趣（Blagosklonny,，2011,；Harrison et al., 2009）。值得注意的是,，雷帕霉素可延緩小鼠多方面的衰老表現(xiàn)（Wilkinson et al., 2012）,。在酵母、線蟲和果蠅中,，雷帕霉素的壽命延長作用嚴(yán)格取決于自噬的誘導(dǎo)（Bjedov et al., 2010,；Rubinsztein et al., 2011）。然而,，雷帕霉素對哺乳動(dòng)物衰老的影響尚無類似證據(jù),。而其它機(jī)制，如抑制核糖體S6蛋白激酶1（S6K1,，與蛋白質(zhì)合成有關(guān)）（Selman et al., 2009）可能有助于解釋雷帕霉素的長壽作用（見營養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)部分）,。與雷帕霉素相反，另一種巨自噬誘導(dǎo)劑——亞精胺并無免疫抑制的副作用,，也可通過誘導(dǎo)自噬延長酵母,、果蠅和蠕蟲的壽命（Eisenberg et al., 2009）。同樣,，小鼠用含亞精胺的多胺營養(yǎng)補(bǔ)充制劑或用產(chǎn)多胺的腸道菌群均能夠延長其壽命（Matsumoto et al.,2011,；Soda et al., 2009）。線蟲喂飼ω-6不飽和脂肪酸也可通過激活自噬而延長壽命（O’Rourke et al.,2013）,。關(guān)于蛋白酶體系，EGF信號(hào)通路的激活可通過增加泛素-蛋白酶體系統(tǒng)多種組分的表達(dá)來延長線蟲壽命（Liu et al., 2011a）,。與此類似,，通過去泛素化酶抑制劑或蛋白酶體激活劑增強(qiáng)蛋白酶體活性可加速人培養(yǎng)細(xì)胞中毒性蛋白的清除（Lee et al., 2010）并延長復(fù)制型酵母壽命（Kruegel et al., 2011）。通過FOXO轉(zhuǎn)錄因子DAF-16增加蛋白酶體亞基RPN-6的表達(dá),，賦予秀麗隱桿線蟲蛋白毒性應(yīng)激抵抗并延長其壽命（Vilchez et al., 2012）,。

3. 小結(jié)：已有證據(jù)顯示衰老與蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失調(diào)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)性蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失調(diào)可促進(jìn)增齡性病變的產(chǎn)生,。還有一些實(shí)驗(yàn)表明基因操控可改善哺乳動(dòng)物蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)并延緩衰老的可能（Zhang and Cuervo,，2008）。

在哺乳動(dòng)物中,，促生長軸由生長素（GH,，由垂體前葉產(chǎn)生）和次級(jí)調(diào)節(jié)因子胰島素樣生長因子-1（IGF-1）組成。后者在多種類型細(xì)胞,，特別是肝細(xì)胞中可對GH產(chǎn)生應(yīng)答,。細(xì)胞內(nèi)IGF-1信號(hào)通路與胰島素誘發(fā)的反應(yīng)類似，均可使細(xì)胞感應(yīng)到葡萄糖水平,。因此,，IGF-1和胰島素信號(hào)通路又合稱為胰島素/IGF-1信號(hào)（IIS）通路,。值得注意的是，IIS通路是進(jìn)化過程中最為保守的衰老調(diào)控通路,，轉(zhuǎn)錄因子FOXO家族和mTOR復(fù)合體在此通路的多個(gè)靶點(diǎn)中,，它們也與衰老相關(guān)且進(jìn)化保守（Barzilai et al., 2012；Fontana et al.,2010,；Kenyon,，2010）。在人類和模式生物中均發(fā)現(xiàn)降低GH,、IGF-1受體,、胰島素受體及其下游效應(yīng)因子功能的基因多態(tài)性或突變與長壽有關(guān)，如AKT,、mTOR,、FOXO；由此可進(jìn)一步凸顯營養(yǎng)和生物能量通路對壽命的重要影響（Barzilai et al., 2012,；Fontana et al.,2010,；Kenyon，2010）（圖4A）,。它與營養(yǎng)物感應(yīng)失調(diào)為衰老特征之一的觀點(diǎn)相一致,，飲食限制（Dietary Restriction，DR）可延長壽命或健康壽命,。已研究過的生物包括幾種不同門的單細(xì)胞和多細(xì)胞生物的所有真核生物物種（包括非人靈長類）（Colman et al., 2009,；Fontana et al., 2010；Mattison et al., 2012）,。

1. 胰島素和IGF-1信號(hào)通路：通過多項(xiàng)基因操作發(fā)現(xiàn),，在不同水平上減弱IIS通路的信號(hào)強(qiáng)度均可延長蠕蟲、果蠅和小鼠的壽命（Fontana et al., 2010）,。遺傳分析提示,，蠕蟲和果蠅IIS通路可部分介導(dǎo)飲食限制（DR）的良性效應(yīng)（Fontana et al., 2010）。與蠕蟲和果蠅壽命最為相關(guān)的IIS下游效應(yīng)因子是轉(zhuǎn)錄因子FOXO（Kenyon et al., 1993,；Slack et al., 2011）,。在小鼠中存在4個(gè)FOXO成員，但其過表達(dá)對壽命的影響及其在介導(dǎo)減弱IIS通路以延長壽命中的作用均未明確,。小鼠中FOXO1為DR腫瘤抑制效應(yīng)的必需因子（Yamaza et al., 2010）,，但尚不清楚該因子是否涉及到DR介導(dǎo)的壽命延長效應(yīng)。小鼠過表達(dá)腫瘤抑制因子PETN基因能夠總體下調(diào)IIS通路并增加能量消耗,，這與線粒體氧化代謝增加和棕色脂肪組織活性增強(qiáng)有關(guān)（Garcia-Cao et al., 2012,；Ortega-Molina et al.,2012）。與其他IIS活性降低的小鼠模型一致，過表達(dá)Pten蛋白的小鼠以及表達(dá)PI3K亞效等位基因的小鼠壽命延長（Foukas et al., 2013,；Ortega-Molina et al., 2012）,。

矛盾的是在正常衰老過程以及小鼠早老模型中GH和IGF-1水平均降低（Schumacher et al., 2008）。由此,，IIS降低成為生理性衰老和加速衰老的共性特征,，然而組成性降低IIS則可延長壽命。以上研究結(jié)果從表面上看相互矛盾,，但可以通過統(tǒng)一的模型加以解釋（Garinis et al., 2008）,。即在遭受系統(tǒng)性損傷的情況下IIS下調(diào)可作為對抗性反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)最低限度的細(xì)胞生長和代謝,。據(jù)此觀點(diǎn),，機(jī)體組成性降低IIS能夠存活更長時(shí)間，因?yàn)槠浼?xì)胞生長和代謝速度降低,，由此細(xì)胞損傷速率也會(huì)更低,。與此類似，生理性衰老或病理性衰老的機(jī)體,，也是試圖通過降低IIS以延長壽命,。然而，針對衰老的防御反應(yīng)最終可能會(huì)產(chǎn)生衰老惡化并加劇的風(fēng)險(xiǎn)（觀點(diǎn)以下章節(jié)會(huì)提及）,。因此,，極低程度的IIS信號(hào)通路無法適應(yīng)生存所需，一個(gè)例子是,，PI3K或AKT激酶無效突變的小鼠,，均具有胚胎致死性（Renner and Carnero，2009）,。同樣許多例子顯示,，給IGF-1低水平的早老癥小鼠補(bǔ)充IGF-1可減輕其早老癥狀（Mari?o et al.,2010）。

2 . 其他營養(yǎng)物感應(yīng)系統(tǒng)：mTOR,、AMPK和sirtuins。除外參與葡萄糖感應(yīng)的IIS通路,，另有三種相互關(guān)聯(lián)的營養(yǎng)物感應(yīng)系統(tǒng)正成為研究的重點(diǎn),，即mTOR感應(yīng)高濃度氨基酸；AMPK通過檢測高水平AMP以感應(yīng)低能量狀態(tài),；sirtuins通過發(fā)現(xiàn)高水平NAD 以感應(yīng)低能量狀態(tài)（Houtkooper et al., 2010）（圖4A）,。

mTOR激酶存在兩種多蛋白復(fù)合體，即mTORC1和mTORC2,，其可基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)合成代謝的各個(gè)方面（Laplante and Sabatini,，2012）。在酵母、蠕蟲和果蠅中下調(diào)mTORC1基因活性,，可延長壽命,，并可進(jìn)一步削弱DR的延長壽命效應(yīng)，提示抑制mTOR可模擬DR的效應(yīng)（Johnson et al., 2013）,。應(yīng)用雷帕霉素亦可延長小鼠壽命,，是延長哺乳動(dòng)物壽命的最強(qiáng)效化學(xué)干預(yù)手段（Harrison et al., 2009）。通過基因修飾降低mTORC1活性,，同時(shí)保持mTORC2正常水平也可延長壽命（Lamming et al., 2012）,；另外，S6K1（mTORC1主要底物）缺陷小鼠亦長壽（Selman et al., 2009）,。因此,，下調(diào)mTORC1/S6K1可能為mTOR相關(guān)長壽效應(yīng)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。另外,，小鼠衰老過程中其下丘腦神經(jīng)元的mTOR活性增加,，從而導(dǎo)致增齡性肥胖；而通過下丘腦內(nèi)直接注射雷帕霉素可逆轉(zhuǎn)該現(xiàn)象（Yang et al., 2012）,。這些觀察結(jié)果以及與IIS途徑有關(guān)的觀察結(jié)果表明,，由IIS和mTORC1通路介導(dǎo)的營養(yǎng)和合成代謝的活性增強(qiáng)是衰老的主要促進(jìn)因素。雖然抑制TOR活性會(huì)對衰老過程產(chǎn)生明確的良性效應(yīng),，但也存在某些不良的副作用,，如在小鼠可見傷口愈合不良、胰島素抵抗,、白內(nèi)障及睪丸退化（Wilkinson et al., 2012）,。因此，重要的是通過機(jī)制研究明確抑制TOR的利弊程度并將兩者區(qū)分開來,。

另外,，還存在兩種營養(yǎng)物感應(yīng)器，即AMPK和sirtuins,。與IIS和mTOR的作用相反,，這兩者針對營養(yǎng)匱乏和分解代謝產(chǎn)生效應(yīng)，而非針對營養(yǎng)過盛和合成代謝,。相應(yīng)地,，兩者上調(diào)有益于健康老齡化。激活A(yù)MPK會(huì)對代謝產(chǎn)生多重效應(yīng),，特別是關(guān)閉mTORC1（Alers et al., 2012）,。有證據(jù)顯示，蠕蟲和小鼠應(yīng)用二甲雙胍后可通過激活A(yù)MPK使其壽命延長（Anisimov et al., 2011,；Mair et al., 2011,；Onken and Driscoll，2010）。關(guān)于sirtuin調(diào)節(jié)壽命的作用,，上文已論述（見表觀遺傳學(xué)改變）,。另外，SIRT1亦可去乙?；⒓せ頟PARγ共激活因子1α（PGC-1α）（Rodgers et al., 2005）,。而PGC-1α可協(xié)調(diào)一系列代謝反應(yīng)，如線粒體生成,、增強(qiáng)抗氧化防御功能,、提高脂肪酸氧化作用（Fernandez-Marcos and Auwerx，2011）,。此外,，SIRT1與AMPK可參與到一個(gè)正反饋環(huán)中，從而將這兩種低能量狀態(tài)感應(yīng)器聯(lián)結(jié)于統(tǒng)一反應(yīng)之中（Price et al.,2012）,。

3. 小結(jié)：總之,，現(xiàn)有的證據(jù)強(qiáng)烈支持合成代謝信號(hào)會(huì)加速衰老，而降低營養(yǎng)物信號(hào)則可延長壽命（Fontana et al., 2010）,。進(jìn)一步通過藥物操作,，如雷帕霉素模擬營養(yǎng)素物獲取不足狀態(tài)可延長小鼠壽命（Harrison et al., 2009）。

伴隨細(xì)胞和機(jī)體衰老,，呼吸鏈效率趨于降低,，由此電子泄漏增加而ATP生成減少（Green et al., 2011）（圖4B）。長期以來,，一直有關(guān)于線粒體功能障礙與衰老之間關(guān)系的猜測,，然而闡明其細(xì)節(jié)仍然是衰老研究中的重大挑戰(zhàn)。

1. 活性氧：衰老的線粒體自由基理論認(rèn)為,，衰老過程中線粒體漸進(jìn)性功能障礙會(huì)增加ROS的生成,，而其又會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致線粒體功能惡化和細(xì)胞全局損害（Harman，1965）,。大量數(shù)據(jù)支持ROS在衰老中的作用,，本文聚焦于近5年來的進(jìn)展，這些研究正促使研究者對衰老的線粒體自由基理論予以重新評(píng)價(jià)（Hekimi et al., 2011）,。一些有特定影響的非預(yù)期發(fā)現(xiàn)表明,，酵母和秀麗隱桿線蟲ROS增加反可延長其壽命（Doonan et al., 2008；Mesquita et al., 2010,；Van Raamsdonk and Hekimi，2009）,；通過基因操作使小鼠線粒體ROS生成和氧化損傷增加并不會(huì)加速衰老（Van Remmen et al.,2003,；Zhang et al., 2009），而抗氧化防御能力增強(qiáng)的小鼠，則未顯示壽命延長（Pérez et al., 2009）,。最后,，通過基因操作僅損傷線粒體功能而不增加ROS生成可加速衰老（Edgar et al., 2009；Hiona et al., 2010,；Kujoth et al., 2005,；Trifunovic et al., 2004；Vermulst et al., 2008）,。上述及相似資料為重新探討ROS在衰老中的作用鋪平了道路（Ristow and Schmeisser,，2011）。實(shí)際上,，平行且獨(dú)立于ROS損傷效應(yīng)的研究,，在胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域已積累的有力證據(jù)證實(shí)，ROS可啟動(dòng)細(xì)胞增殖和生存反應(yīng),，以應(yīng)對生理信號(hào)和應(yīng)激狀態(tài)（Sena and Chandel,，2012）。以上兩方面的證據(jù)可統(tǒng)一描述為ROS作為應(yīng)激誘導(dǎo)的生存信號(hào),，旨在代償衰老相關(guān)的進(jìn)行性衰退,。伴隨生物學(xué)年齡的增長，ROS水平增加以試圖保持細(xì)胞生存,；而一旦超過某一閾值,，將會(huì)加劇而非減輕增齡性損傷（Hekimi et al., 2011）。由此這一概念框架應(yīng)可容納ROS對衰老“正面效應(yīng)”,、“負(fù)面效應(yīng)”或“中性效應(yīng)”等相互矛盾的證據(jù),。

2. 線粒體完整性及其生物合成：正如針對DNA聚合酶γ缺陷小鼠的研究所見，線粒體功能障礙可單獨(dú)促進(jìn)衰老（獨(dú)立于ROS）（Edgar et al., 2009,；Hiona et al., 2010）（見基因組不穩(wěn)定性）,。線粒體功能障礙發(fā)生機(jī)制涉及多個(gè)方面：如線粒體缺陷可致應(yīng)激反應(yīng)時(shí)膜滲漏性增加，從而影響細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)或是啟動(dòng)炎性反應(yīng)（Kroemer et al., 2007）,；后者通過ROS介導(dǎo)和/或炎癥小體促滲透性活化作用（Green et al., 2011）,。另外，通過影響線粒體外膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間的線粒體相關(guān)膜面,，線粒體功能障礙可直接影響細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞器之間相互應(yīng)答（Raffaello and Rizzuto,，2011）。

衰老過程中,，線粒體生物能量的生成效率降低可能是由多重機(jī)制導(dǎo)致的,，其中機(jī)制之一是線粒體的生物合成減少，如端粒酶缺陷小鼠的端粒損耗表現(xiàn)及繼發(fā)的p53介導(dǎo)的PGC-1α和PGC-1β抑制（Sahin and DePinho,，2012）,。在野生型小鼠的生理性衰老過程中,，亦可發(fā)現(xiàn)其線粒體衰減，而通過激活端粒酶則可部分逆轉(zhuǎn)（Bernardes de Jesus et al., 2012）,。而SIRT1通過影響與轉(zhuǎn)錄共激活因子PGC-1α（Rodgers et al., 2005）和自噬去除受損線粒體的過程來調(diào)節(jié)線粒體的生物合成（Lee et al., 2008）,。SIRT3是主要的線粒體去乙酰化酶（Lombard et al., 2007）,，與能量代謝的多種酶發(fā)生作用,，包括呼吸鏈、三羧酸循環(huán),、酮體生成和脂肪酸β-氧化途徑的成分（Giralt and Villarroya,，2012）。SIRT3也可通過去乙?；i超氧化物歧化酶（線粒體主要抗氧化酶）直接控制ROS的生成速率（Qiu et al., 2010,；Tao et al.,2010）。上述結(jié)果可支持以下觀點(diǎn)即sirtuins可作為代謝傳感器控制線粒體功能,，從而發(fā)揮對抗增齡性疾病的作用,。其他導(dǎo)致線粒體生物能量不足的機(jī)制還包括mtDNA突變和缺失的累積、線粒體蛋白氧化,、呼吸鏈（超級(jí)）復(fù)合體大分子組裝失穩(wěn),、線粒體膜脂質(zhì)成分改變、分裂和融合失衡所致線粒體動(dòng)力學(xué)改變,、線粒體自噬（靶向缺陷線粒體,、降解蛋白質(zhì)的細(xì)胞器特異型巨自噬）質(zhì)控缺陷等（Wang and Klionsky，2011）,。線粒體生物合成及清除率減低會(huì)導(dǎo)致其損傷累積而更新降低,，這些都可能共同促進(jìn)衰老進(jìn)程（圖4B）。有趣的是耐力訓(xùn)練和隔日禁食可能通過避免線粒體衰退,，從而改善健康壽命（Castello et al., 2011,；Safdar et al.,2011）。推測上述良性效應(yīng)的原因在于耐力訓(xùn)練和禁食可作為強(qiáng)有力的觸發(fā)因素誘導(dǎo)自噬的發(fā)生,，至少在部分程度上（Rubinsztein et al.,2011）,。當(dāng)然，自噬誘導(dǎo)可能并非健康生活方式延緩衰老的唯一機(jī)制,，因?yàn)橥ㄟ^精細(xì)的DR方案,，其他長壽通路亦可能被激活（Kenyon，2010）,。

3. 線粒體微應(yīng)激效應(yīng)：衰老過程中發(fā)生的線粒體功能障礙也與線粒體微應(yīng)激效應(yīng)有關(guān),，近期已有多項(xiàng)衰老研究聚焦于這一概念（Calabrese et al., 2011）。根據(jù)這一觀點(diǎn),，經(jīng)少量毒物處理后會(huì)促發(fā)良性代償反應(yīng),，并強(qiáng)于其誘發(fā)損傷后的修復(fù)反應(yīng),，這樣與損傷開始前狀態(tài)相比，最終的細(xì)胞適應(yīng)性反而更優(yōu),。因此，雖然嚴(yán)重的線粒體功能障礙是致病性的,，但輕微的線粒體呼吸缺陷則可延長壽命,，這可能是因?yàn)槲?yīng)激效應(yīng)（Haigis and Yankner，2010）,。微應(yīng)激效應(yīng)可能啟動(dòng)線粒體應(yīng)激反應(yīng),，在秀麗隱桿線蟲中，該反應(yīng)既可見于有線粒體缺陷的同一組織,，也可見于較遠(yuǎn)組織（Durieux et al., 2011）,。有力的證據(jù)顯示某些復(fù)合物（如二甲雙胍、白藜蘆醇）具有輕微的線粒體毒性,，能夠通過增加AMP水平和激活A(yù)PMK而誘導(dǎo)低能量狀態(tài)（Hawley et al., 2010）,。重要的是二甲雙胍通過誘導(dǎo)代償性應(yīng)激反應(yīng)而延長秀麗隱桿線蟲壽命，是經(jīng)由AMPK和抗氧化主要調(diào)節(jié)因子NRF2介導(dǎo)的（Onken and Driscoll,，2010）,。近期研究還顯示，二甲雙胍延緩可通過破壞腸道微生物組葉酸和甲硫氨酸的代謝來延緩蠕蟲衰老（Cabreiro et al., 2013）,。而就哺乳動(dòng)物來講,，自生命早期開始用二甲雙胍干預(yù)，亦可延長小鼠壽命（Anisimov et al., 2011）,。而對于白藜蘆醇以及sirtuin激活劑SRT1720,，有確切證據(jù)顯示二者可通過依賴于PGC-1α的方式保護(hù)免受代謝損傷并改善線粒體呼吸（Baur et al., 2006；Feige et al., 2008,；Lagouge et al., 2006,；Minor et al., 2011），不過白藜蘆醇在正常飲食情況下并不能延長小鼠壽命（Pearson et al., 2008,；Strong et al., 2013）,。有報(bào)道指出PGC-1α過表達(dá)延長果蠅壽命與提高線粒體活性有關(guān)，該研究進(jìn)一步支持了PGC-1α在衰老中的作用（Rera et al.,2011）,。最后,，無論是基因過表達(dá)線粒體解偶聯(lián)蛋白UCP1，還是應(yīng)用化學(xué)解偶聯(lián)劑2,，4-二硝基苯酚所導(dǎo)致的線粒體解偶聯(lián)均可延長果蠅和小鼠壽命（Caldeira da Silva et al., 2008,；Fridell et al., 2009；Gates et al.,2007,；Mookerjee et al., 2010）,。

4. 小結(jié)：線粒體功能對衰老進(jìn)程有著復(fù)雜的影響,。線粒體功能障礙可加速哺乳動(dòng)物衰老（Kujoth et al., 2005；Trifunovic et al., 2004,；Vermulst et al.,2008）,，盡管已有建設(shè)性證據(jù)存在，但尚不明確是否可通過改善線粒體功能（如通過線粒體微應(yīng)激效應(yīng)）來延長哺乳動(dòng)物壽命,。

細(xì)胞衰老可定義為穩(wěn)定的細(xì)胞周期停滯,，并伴隨表型的固化（Campisi and d’Adda di Fagagna，2007,；Collado et al., 2007,；Kuilman et al., 2010）（圖5A）。該現(xiàn)象最早由海弗利克（Hayflick）對人成纖維細(xì)胞進(jìn)行連續(xù)傳代培養(yǎng)時(shí)加以描述（Hayflick and Moorhead,，1961）?，F(xiàn)在已知海弗利克所觀察到的細(xì)胞衰老現(xiàn)象是由端粒縮短所致（Bodnar et al., 1998）,，但是還有其他衰老相關(guān)刺激可誘發(fā)衰老,，且獨(dú)立于上述端粒過程。最值得注意的是,，非端粒性DNA損傷和INK4/ARF位點(diǎn)脫抑制（兩者均隨年齡增長而漸進(jìn)性發(fā)生）也都能夠誘發(fā)衰老（Collado et al., 2007）,。衰老組織中衰老細(xì)胞的累積程度通常可通過替代性指標(biāo),，如DNA損傷來推斷,。某些研究直接采用衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶（SABG）來判定組織衰老（Dimri et al., 1995）。值得注意的是,，通過對小鼠肝臟SABG和DNA損傷進(jìn)行精細(xì)的量化平行分析,，所獲取的比較數(shù)據(jù)顯示，青年小鼠肝臟中衰老細(xì)胞所占比例約為8%,，而在老年小鼠約為17% （Wang et al., 2009）,。在小鼠的皮膚、肺臟和脾臟亦有類似結(jié)果,，但在其心臟,、骨骼肌和腎臟（Wang et al., 2009）中則未見類似改變?；谶@些數(shù)據(jù)可知,，對于老年生物體而言，細(xì)胞衰老并非所有組織的普遍特征,。有證據(jù)表明,，衰老的腫瘤細(xì)胞受到嚴(yán)格的免疫監(jiān)視，并可通過細(xì)胞吞噬作用而被有效清除（Hoenicke and Zender，2012,；Kang et al., 2011,；Xue et al.,2007）?？梢源_定的是衰老過程中衰老細(xì)胞的累積能夠反映出衰老細(xì)胞生成速率增加和/或其清除速度降低,，例如免疫應(yīng)答減弱。

正是由于衰老細(xì)胞隨機(jī)體衰老而增加,，因此普遍認(rèn)為細(xì)胞衰老促進(jìn)機(jī)體衰老,。但此觀點(diǎn)低估了細(xì)胞衰老的初始意圖，即通過免疫系統(tǒng)阻止受損細(xì)胞增殖并觸發(fā)其死亡,。因此，細(xì)胞衰老可能是一種良性代償反應(yīng),，有助于將受損和潛在致癌細(xì)胞從組織中清除,。然而，這一細(xì)胞檢查點(diǎn)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)需要高效的細(xì)胞更新系統(tǒng)以恢復(fù)細(xì)胞數(shù)量,，該系統(tǒng)涉及到衰老細(xì)胞的清除和前體細(xì)胞的動(dòng)員,。在老年生物體中，上述細(xì)胞更新系統(tǒng)可能會(huì)變得效率低下,，也可能是前體細(xì)胞再生能力耗竭,，最終會(huì)導(dǎo)致衰老細(xì)胞的累積，進(jìn)而加劇損傷并促進(jìn)衰老（圖5A）,。近年來,，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到衰老細(xì)胞分泌蛋白質(zhì)組發(fā)生了顯著改變，尤其是富含促炎性細(xì)胞因子和基質(zhì)金屬蛋白酶,，被稱為“細(xì)胞衰老相關(guān)分泌表型”（Kuilman et al., 2010,；Rodier and Campisi，2011）,。而這種促炎性分泌蛋白質(zhì)組也有可能會(huì)促進(jìn)衰老（見胞間通訊部分）,。

1. INK4a/ARF位點(diǎn)和p53：除DNA損傷外，過量的促有絲分裂信號(hào)是其它形式應(yīng)激中與細(xì)胞衰老相關(guān)最為強(qiáng)烈的一種（Gorgoulis and Halazonetis,，2010）,。近期數(shù)據(jù)總結(jié)顯示有超過50種的致癌性或促有絲分裂改變能夠誘導(dǎo)細(xì)胞衰老。雖然有越來越多的發(fā)現(xiàn)通過細(xì)胞衰老以響應(yīng)致癌性侵襲的機(jī)制,，但其中最為重要的仍是最早報(bào)道的p16INK4a/Rb和p19ARF/p53通路（Serrano et al., 1997）,。對小鼠和人類的各類組織進(jìn)行分析均發(fā)現(xiàn)，p16INK4a水平（以及較低程度的p19ARF）與生物學(xué)年齡相關(guān),，這一發(fā)現(xiàn)使衰老通路之間的相關(guān)性變得更加顯著（Krishnamurthy et al.,2004,；Ressler et al., 2006）。目前在不同組織,、不同物種中尚未發(fā)現(xiàn)有其他蛋白或基因的表達(dá)與生物學(xué)年齡有如此強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián),，其平均變化幅度在青年組織和老年組織中存在一個(gè)數(shù)量級(jí)的差異,。p16INK4a和p19ARF由同一基因位點(diǎn)編碼，即INK4a/ARF 位點(diǎn),。近期一項(xiàng)對300多項(xiàng)全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）的薈萃分析發(fā)現(xiàn),，在所有基因組位點(diǎn)中，增齡性病變,，如多種類型的心血管疾病,、糖尿病、青光眼,、阿爾茨海默?。↗eck et al., 2012）等與INK4a/ARF位點(diǎn)存在遺傳相關(guān)性的數(shù)量最多。

p16INK4a和p53的關(guān)鍵作用是誘導(dǎo)細(xì)胞衰老,，這支持了兩者通過誘導(dǎo)細(xì)胞衰老以促進(jìn)病理性衰老的假說,。據(jù)此，考慮到p16INK4a和p53抑制腫瘤的益處,，二者促衰老的作用或許是可以承受的代價(jià),。支持上述觀點(diǎn)的是因廣泛且持續(xù)損傷而早老的突變小鼠其細(xì)胞衰老程度十分顯著，而若清除其p16INK4a或p53,，其早老表型則有所減輕,。這種情況可見于BRCA1缺陷小鼠（Cao et al., 2003）、HGPS模型小鼠（Varela et al., 2005）以及BubR1突變所致染色體穩(wěn)定性缺陷的小鼠（Baker et al., 2011）,。然而,，其他證據(jù)提示這其中的情形更為復(fù)雜。與其預(yù)期的促衰老作用相反,，系統(tǒng)性輕微增加p16INK4a,、p19ARF或p53等腫瘤抑制因子表達(dá)的小鼠壽命延長，且這不能由其較低的腫瘤發(fā)病率來解釋（Matheu et al., 2007,，2009）,。另外，清除p53反而會(huì)加劇某些早老突變小鼠的衰老表型（Begus-Nahrmann et al., 2009,；Murga et al.,2009,；Ruzankina et al., 2009）。正如前述的細(xì)胞衰老具有兩面性,，p53和INK4a/ARF 活化可看作是良性代償反應(yīng),，從而避免損傷細(xì)胞增殖及其造成的衰老和腫瘤的后果。然而,，一旦出現(xiàn)廣泛的細(xì)胞損傷,，組織再生能力會(huì)被耗盡或飽和。在這種極端情況下，p53和INK4a/ARF 的反應(yīng)將具有危害性并加速衰老,。

2. 小結(jié)：細(xì)胞衰老是應(yīng)答損傷的良性代償反應(yīng),，但當(dāng)組織再生能力耗竭，此時(shí)細(xì)胞衰老具有危害性并加速衰老,。正是由于其復(fù)雜性,，對細(xì)胞衰老是否符合衰老特征標(biāo)準(zhǔn)的第三條尚無法給出一個(gè)簡單的回答。適當(dāng)增強(qiáng)誘導(dǎo)細(xì)胞衰老的腫瘤抑制通路,，則可延長壽命（Matheu et al., 2007,，2009），同樣,，清除實(shí)驗(yàn)性早老模型的衰老細(xì)胞,，亦可延緩增齡性病變的發(fā)生（Baker et al., 2011）。因此,，盡管上述兩種干預(yù)手段的理念相反,，但均可延長健康壽命。

組織再生潛力下降是衰老最明顯的特征之一（圖5B）,。例如，衰老過程中造血干細(xì)胞的減少導(dǎo)致適應(yīng)性免疫細(xì)胞生成減少（此過程稱為免疫衰老）,，以及貧血和骨髓異常增生的發(fā)病率增加（Shaw et al., 2010）,。相似的干細(xì)胞功能損耗可見于全部重要的成年干細(xì)胞區(qū)室，如小鼠前腦（Molofsky et al., 2006）,、骨骼（Gruber et al., 2006）和肌纖維（Conboy and Rando,，2012）,。老年小鼠研究發(fā)現(xiàn),，其造血干細(xì)胞（HSCs）的細(xì)胞周期活性呈現(xiàn)整體性降低，且老年期HSCs的細(xì)胞分裂能力弱于青年期HSCs（Rossi et al., 2007）,。而上述變化與DNA損傷累積（Rossi et al., 2007）和細(xì)胞周期抑制蛋白,，如p16INK4a的過表達(dá)有關(guān)（Janzen et al., 2006）。實(shí)際上,，相比于老年期野生型HSCs,，老年期INK4a-/-HSCs則表現(xiàn)出更強(qiáng)的植入能力和更高的細(xì)胞周期活性（Janzen et al., 2006）。在多種組織中均發(fā)現(xiàn),，端?？s短也為衰老過程中干細(xì)胞減少的重要原因（Flores et al., 2005；Sharpless andDePinho,，2007）,。作為衰老領(lǐng)域的一項(xiàng)例證，這提示干細(xì)胞減少是多重?fù)p害的綜合結(jié)果,。

雖然干細(xì)胞和前體細(xì)胞增殖能力不足對機(jī)體的長期穩(wěn)態(tài)明顯不利,，但二者過度增殖會(huì)加速干細(xì)胞微環(huán)境的耗竭，同樣是有害的,。干細(xì)胞休眠對其長期保持功能也具有重要作用， 這已被果蠅小腸干細(xì)胞過度增殖會(huì)導(dǎo)致干細(xì)胞耗竭及過早衰老而證實(shí)（Rera et al., 2011）,。同樣情形亦見于p21缺失小鼠,，其表現(xiàn)為HSCs和神經(jīng)干細(xì)胞的過早耗竭（Cheng et al., 2000；Kippin etal., 2005）,。如此看來,，衰老過程中INK4a誘導(dǎo)（見細(xì)胞衰老部分）和血清IGF-1降低（見營養(yǎng)物感應(yīng)失調(diào)部分）均可能反映出機(jī)體試圖保持干細(xì)胞休眠狀態(tài)。近期研究亦發(fā)現(xiàn),，老年期的肌肉干細(xì)胞微環(huán)境中成纖維細(xì)胞生長因子2（FGF2）信號(hào)通路增強(qiáng)可導(dǎo)致干細(xì)胞休眠減少,，最終出現(xiàn)干細(xì)胞消耗及再生能力喪失。而抑制該通路則可挽救上述損害（Chakkalakal et al., 2012）,。上述發(fā)現(xiàn)可望啟發(fā)如下的設(shè)計(jì)思路,，即通過抑制FGF2通路以減少衰老過程中的干細(xì)胞耗竭,。這為通過抑制FGF2信號(hào)傳導(dǎo)進(jìn)而減少衰老過程中干細(xì)胞耗竭提供了可能性（Cerletti et al., 2012,；Yilmaz et al., 2012）。

關(guān)于干細(xì)胞的一個(gè)重要議題是,，其功能下降是與細(xì)胞-內(nèi)源性通路還是細(xì)胞-外源性通路相關(guān)（Conboy and Rando,，2012）。近期研究則強(qiáng)烈支持后者,。特別是,，DR可通過細(xì)胞-外源性通路增強(qiáng)小腸和肌肉干細(xì)胞功能。將青年小鼠的肌源性干細(xì)胞移植入早老小鼠后,，后者壽命會(huì)延長且其退行性病變得到改善,，即便是在未檢測到供體細(xì)胞的組織中亦是如此，這提示上述有效治療可能源于干細(xì)胞分泌因子的全身效應(yīng)（Lavasani et al., 2012）,。更有異種共生實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，來自青年期小鼠的系統(tǒng)性因子可逆轉(zhuǎn)老年小鼠的神經(jīng)和肌肉干細(xì)胞功能（Conboy et al.,2005；Villeda et al., 2011）,。

而亦有研究探索采用藥物干預(yù)來改善干細(xì)胞功能,。特別是,，雷帕霉素對mTORC1抑制，可通過提高蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)（見蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失部分）和影響能量感應(yīng)（見營養(yǎng)物感應(yīng)失調(diào)部分）來延緩衰老,，其還可改善上皮,、造血系統(tǒng)和小腸的干細(xì)胞功能（Castilho et al., 2009；Chen et al., 2009,；Yilmaz et al.,2012）,。這些發(fā)現(xiàn)也表明，要闡明雷帕霉素的抗衰老機(jī)制還存在相當(dāng)大的難度,，也更凸顯本文所討論的衰老各項(xiàng)特征之間存在相互關(guān)聯(lián),。另值得關(guān)注的是，老化造血干細(xì)胞中GTP酶CDC42活性增加,，因此通過藥物抑制CDC42,，可使人體衰老細(xì)胞重新恢復(fù)活性（Florian et al., 2012）。

小結(jié)：干細(xì)胞耗竭是多種衰老相關(guān)損害的整體結(jié)果,，也可能是組織和機(jī)體衰老的最終元兇之一,。近期研究表明，干細(xì)胞再生可逆轉(zhuǎn)機(jī)體水平的衰老表型（Rando and Chang,，2012）,。

除細(xì)胞自主性改變之外，衰老還涉及細(xì)胞間信息通訊改變,，即內(nèi)分泌,、神經(jīng)內(nèi)分泌或神經(jīng)方面的改變（Laplante and Sabatini，2012,；Rando and Chang，2012,；Russell and Kahn,，2007；Zhang et al., 2013）（圖5C）,。因此,，在衰老過程中隨著炎癥反應(yīng)增強(qiáng)、對抗病原體和癌前細(xì)胞的免疫監(jiān)視功能降低,，以及細(xì)胞周圍,、細(xì)胞外環(huán)境組分的改變，易出現(xiàn)神經(jīng)激素信號(hào)通路（如腎素-血管緊張素,、腎上腺素,、胰島素-IGF-1信號(hào)通路）的失調(diào)，這影響了所有組織機(jī)械的和功能的特性,。

1. 炎癥：衰老相關(guān)的細(xì)胞間信息通訊的顯著改變可被稱為“炎性衰老”,，即伴隨哺乳動(dòng)物衰老,，表現(xiàn)為促炎表型的累積（Salminen et al., 2012）。炎性衰老的發(fā)生可能存在多重原因,，如促炎組織損傷的累積,、免疫系統(tǒng)功能失調(diào)導(dǎo)致無法有效清除病原體和功能障礙的宿主細(xì)胞；衰老細(xì)胞分泌促炎性因子增加（見細(xì)胞衰老部分）,；NF-κB轉(zhuǎn)錄因子活性增強(qiáng)及缺陷性自噬反應(yīng)發(fā)生（Salminen et al.,2012）,。上述改變可增強(qiáng)NLRP3炎性小體及其他促炎通路的激活，最終導(dǎo)致IL-1β,、腫瘤壞死因子和干擾素的生成增加（Green et al., 2011,；Salminen et al., 2012）。炎癥還參與到人群中肥胖和2型糖尿病的發(fā)生,，這兩種情況可促進(jìn)或與衰老相關(guān)（Barzilai et al., 2012）,。與此類似，炎性反應(yīng)缺陷在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生中亦發(fā)揮重要作用（Tabas,，2010）,。近期研究發(fā)現(xiàn)，增齡性炎癥可抑制上皮干細(xì)胞功能（Doles et al., 2012）,，這進(jìn)一步表明,，這些不同但均可促進(jìn)衰老進(jìn)程的特征之間存在錯(cuò)綜復(fù)雜的聯(lián)系。而適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的功能降低,，亦與炎性衰老平行發(fā)生（Deeks,，2011）。免疫衰老可在系統(tǒng)水平上加重衰老表型,，這是因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)障礙導(dǎo)致其無法清除感染因子,、感染細(xì)胞及癌前細(xì)胞。衰老細(xì)胞（見干細(xì)胞耗竭部分）和多倍體細(xì)胞可在衰老組織和癌前病變中累積,，免疫系統(tǒng)的另一項(xiàng)功能就是識(shí)別和清除這兩類細(xì)胞（Davoli and de Lange,，2011；Senovilla et al.,2012）,。

對衰老組織轉(zhuǎn)錄狀態(tài)進(jìn)行的整體研究進(jìn)一步凸顯了炎癥通路與衰老的相關(guān)性（de Magalh?es et al.,2009,；Lee et al., 2012）。衰老轉(zhuǎn)錄特征之一表現(xiàn)為NF-κB通路的過度激活,，而在轉(zhuǎn)基因老年小鼠皮膚中條件性表達(dá)NF-κB抑制因子,，會(huì)導(dǎo)致其皮膚組織表型及轉(zhuǎn)錄狀態(tài)恢復(fù)至與青年期相對應(yīng)的特征（Adler et al., 2007）。與之類似,，在不同的衰老加速小鼠模型中,，通過基因和藥物抑制NF-κB信號(hào)通路可阻止其增齡性特征的出現(xiàn)（Osorio et al., 2012；Tilstra et al., 2012）,。關(guān)于炎癥與衰老關(guān)聯(lián)的最新研究發(fā)現(xiàn),，炎癥和應(yīng)激反應(yīng)可激活下丘腦NF-κB并誘導(dǎo)相關(guān)信號(hào)通路,，導(dǎo)致神經(jīng)元促性腺激素釋放激素（GnRH）生成減少（Zhang et al., 2013）。而GnRH降低可導(dǎo)致多種增齡性改變,，如骨骼脆性增加,、肌無力、皮膚萎縮以及神經(jīng)生成減少,。相應(yīng)地,，小鼠采用GnRH治療后，可阻止增齡性神經(jīng)損傷及減慢衰老進(jìn)展（Zhang et al., 2013）,。以上結(jié)果提示,，下丘腦可通過整合NF-κB驅(qū)動(dòng)的炎癥反應(yīng)和GnRH介導(dǎo)的神經(jīng)內(nèi)分泌效應(yīng)調(diào)節(jié)生物體整體衰老。進(jìn)一步的體內(nèi)研究證實(shí),，炎癥與衰老的關(guān)聯(lián)來自mRNA降解因子AUF1的作用,，其通過介導(dǎo)細(xì)胞因子mRNA降解，參與到終止炎癥反應(yīng)中（Pont et al., 2012）,。AUF1缺陷小鼠表現(xiàn)為明顯的細(xì)胞衰老以及早老表型,，而通過重新表達(dá)這種RNA結(jié)合因子而得以緩解。有趣的是,，AUF1不僅可指導(dǎo)炎性細(xì)胞因子mRNA的降解,，還可激活端粒酶催化亞基TERT（Pont et al., 2012），從而有助于端粒長度的保持,，這再次說明單一因子可對多項(xiàng)衰老特征產(chǎn)生強(qiáng)烈影響,。

類似的情形亦見于sirtuins，其也可影響衰老過程中的炎癥反應(yīng),。多項(xiàng)研究顯示,，SIRT1可通過去組蛋白去乙酰化及NF-κB等炎癥信號(hào)通路的組分下調(diào)炎癥相關(guān)基因表達(dá)（Xie et al., 2013）,。與此發(fā)現(xiàn)相一致的是小鼠體內(nèi)SIRT1水平降低與多種炎癥性疾病的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān),，而通過藥物激活SIRT1則可預(yù)防炎癥反應(yīng)（Gillum et al., 2011；Yao et al., 2012,；Zhang et al.,2010）。且SIRT2和SIRT6亦可通過NF-κB亞基去乙?；捌浒谢虻霓D(zhuǎn)錄抑制下調(diào)炎癥反應(yīng)（Kawahara et al.,2009,；Rothgiesser et al., 2010）。

2. 其他類型的細(xì)胞間信息通訊：除炎癥外,，還有越來越多的證據(jù)顯示,，某一組織的衰老相關(guān)性改變可導(dǎo)致其他組織的衰老特異性衰退，這解釋了衰老表型在不同器官之間存在協(xié)同性,。還有其他例證表明,，發(fā)生這種“傳染性衰老”或旁觀者效應(yīng)的原因除炎癥細(xì)胞因子外,，衰老細(xì)胞通過間隙連接介導(dǎo)的細(xì)胞聯(lián)系以及ROS相關(guān)過程亦可誘導(dǎo)鄰近細(xì)胞衰老（Nelson et al.,2012）。在小鼠體內(nèi)應(yīng)用過繼轉(zhuǎn)移模型評(píng)估發(fā)現(xiàn),，其微環(huán)境可促進(jìn)CD4 T細(xì)胞年齡相關(guān)性功能缺陷（Lefebvre et al., 2012）,。同樣，腎功能受損會(huì)增加人類患心臟病的風(fēng)險(xiǎn),。反過來,，僅針對某一組織進(jìn)行的延長壽命操作，亦可延緩其他組織的衰老進(jìn)程（Durieux et al.,2011,；Lavasani et al., 2012,；Tomás-Loba et al.,2008）。

3. 恢復(fù)有缺陷的細(xì)胞間信息通訊：恢復(fù)衰老過程中有缺陷的細(xì)胞間信息通訊存在多種可能的手段,，如遺傳,、營養(yǎng)或藥物干預(yù)等可改善衰老過程中喪失的細(xì)胞間信息通訊特性（Freije and López-Otín，2012,；Rando and Chang,，2012）。這其中尤其令人感興趣的是,，通過DR方法（Piper et al., 2011,；Sanchez-Roman et al.,2012）或再生策略（Conboy et al., 2005；Loffredo et al., 2013,；Villeda et al., 2011）（應(yīng)用異種共生研究中確定的血源性系統(tǒng)因子）可延長健康壽命,。長期應(yīng)用抗炎藥物（如阿司匹林等）亦可延長小鼠壽命和人類健康壽命（Rothwell et al., 2011；Strong et al.,2008）,。另外,，鑒于腸道微生物組可塑造宿主免疫系統(tǒng)功能并產(chǎn)生系統(tǒng)性代謝效應(yīng)，因此可通過操控復(fù)雜且動(dòng)態(tài)的人體腸道細(xì)菌生態(tài)系統(tǒng)的組分和功能延長壽命（Claesson et al., 2012,；Ottaviani et al., 2011）,。

4. 小結(jié)：有令人信服的證據(jù)表明衰老并不僅僅屬于細(xì)胞生物學(xué)現(xiàn)象，衰老與細(xì)胞間信息通訊的整體改變相關(guān)聯(lián),，為在這一水平上調(diào)節(jié)衰老提供了可能性,。令人興奮的是，研究表明通過血液傳播的因子來返老還童是可實(shí)現(xiàn)的（Conboy et al., 2005,；Loffredo et al.,2013,；Villeda et al., 2011）。

對本篇綜述列舉的衰老的九項(xiàng)特征性標(biāo)志進(jìn)行整體分析,，可將其分為三種類型,，即原發(fā)性特征、拮抗性特征和整合性特征（圖6）,。原發(fā)性特征的共同點(diǎn)為：它們均產(chǎn)生負(fù)面作用,。其包括DNA損傷（包括染色體非整倍體）,、線粒體DNA突變以及端粒缺失、表觀遺傳學(xué)改變和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失,。它與原發(fā)性特征相比,，拮抗性特征則的效應(yīng)根據(jù)其強(qiáng)度不同具有兩面性。在較低水平可介導(dǎo)良性效應(yīng),，而在較高水平則產(chǎn)生惡性效應(yīng),。以細(xì)胞衰老為例，其可防御機(jī)體癌變,，但一旦細(xì)胞衰老過度,，則會(huì)促進(jìn)衰老。它與此類似,，ROS可介導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與存活,，但慢性高水平的ROS則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷；同樣適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)物感應(yīng)和合成代謝顯然對細(xì)胞存活相當(dāng)重要,，但若過度則亦可導(dǎo)致病變,。這三項(xiàng)特征可看做是機(jī)體為防御損傷或營養(yǎng)匱乏而設(shè)計(jì)的。而一旦這些特征加劇或慢性化,，則其功效發(fā)生逆轉(zhuǎn),，反而會(huì)造成更嚴(yán)重的損害。衰老特征的第三種類型為整合性特征,，即干細(xì)胞耗竭和細(xì)胞間信息通訊改變,，其可直接影響組織的穩(wěn)態(tài)和功能。盡管上述特征相互關(guān)聯(lián),，本文仍認(rèn)為其存在一定程度的層次關(guān)系（圖6）,。原發(fā)性特征可作為啟動(dòng)性觸發(fā)，隨著時(shí)間延長,，其損傷效應(yīng)會(huì)進(jìn)行性累積,。原則上講，拮抗性特征是有益的,，但在部分因原發(fā)性特征而促進(jìn)或加速的過程中則逐漸變?yōu)橛泻Φ?。最后，?dāng)原發(fā)性特征和拮抗性特征無法通過組織穩(wěn)態(tài)機(jī)制實(shí)現(xiàn)代償時(shí),，整合性特征便會(huì)出現(xiàn),。由于衰老過程中這些特征同時(shí)發(fā)生又相互關(guān)聯(lián)，因此,，揭示這一精確的因果網(wǎng)絡(luò),，將會(huì)是未來一項(xiàng)激動(dòng)人心的挑戰(zhàn),。

闡明衰老的特征,，既有助于為未來研究衰老的分子機(jī)制建立框架,，又有助于提高人類健康壽命干預(yù)手段的設(shè)計(jì)（圖7）。然而,，理解衰老這一復(fù)雜的生物學(xué)過程,，仍面臨著大量的挑戰(zhàn)biological process（Martin，2011,；Miller,，2012）。隨著下一代測序技術(shù)的快速發(fā)展,，可望對衰老研究產(chǎn)生特殊影響：針對衰老機(jī)體的個(gè)體細(xì)胞采用該技術(shù),，將更容易評(píng)價(jià)其遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)改變的特異性累積情況（de Magalh?es et al.,2010；Gundry and Vijg,，2012）,。這項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于測定極度長壽個(gè)體的全基因組序列，比較長壽和短壽動(dòng)物種系和品系之間的基因組差異,，以及在最高分辨率下分析增齡性表觀遺傳學(xué)改變（Heyn et al., 2012,；Kim et al., 2011；Sebastiani et al., 2011）,。平行開展功能獲得或缺失動(dòng)物模型研究是必不可少的,，這將跨越關(guān)聯(lián)分析的層次并提供因果證據(jù)，以支持衰老過程中上述特征的含義,。未來還需要采用系統(tǒng)生物學(xué)方法,，其不僅可描述衰老的各項(xiàng)特征進(jìn)行，還可解釋導(dǎo)致衰老與伴隨衰老的過程之間的機(jī)制性關(guān)聯(lián)（Gems and Partridge,，2013,；Kirkwood，2008）,。另外,，在分子水平分析基因組與環(huán)境之間的交互調(diào)節(jié)衰老的作用，將有助于確定延長壽命的藥物靶點(diǎn)（de Magalh?es et al., 2012）,?？深A(yù)計(jì)的是，未來將有更為復(fù)雜的手段來最終解決正常,、加速和延緩衰老的復(fù)雜性問題,。相信這些手段的聯(lián)合應(yīng)用，將會(huì)更細(xì)致地理解衰老特征的潛在機(jī)制,，從而促進(jìn)未來研發(fā)出提高人類健康壽命及長壽的干預(yù)手段,。

參考文獻(xiàn)略