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Nature重磅:“Senolytics之父”帶你一文讀懂衰老細胞清除機制與治療

 長沙7喜 2021-12-17
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編者按

俗話說得好:千里之堤,,潰于蟻穴,。細胞衰老和個體衰老也有類似的關系,細胞衰老如同這蟻穴,,個體衰老就好比千里之堤,,我們對蟻穴導致千里大堤崩潰的過程了如指掌,但我們卻不清楚細胞衰老是怎樣導致個體衰老的,?清理蟻穴可以阻止大堤的崩潰,,那么清理衰老的細胞能否延緩衰老呢?

Senolytic之父James L. Kirkland于2021年10月07日發(fā)表的文章 “Strategies for targeting senescent cells in human disease”為我們解開了疑惑,,他在文章中詳細地描述了細胞衰老的標識,、細胞衰老導致個體衰老的機制、清除衰老細胞的Senolytic療法以及最新的臨床進展,。 

該篇文章發(fā)表在Nature旗下的抗衰老專題的子刊Nature Aging上,。小編在這里為大家揭秘細胞衰老與個人衰老之間那“糾纏不清”的關系,帶大家了解Senolytic療法的前沿進展以及可能存在的問題,。

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原文鏈接:

https://www./articles/s43587-021-00121-8#Sec10

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細胞衰老是什么,?

細胞衰老最早由海夫利克于1961年提出,指的是一種細胞命運,,最典型的特征是在應激條件下細胞的DNA停止復制[1],,應激條件包括壓力、輻射,、端??s短(復制次數(shù)過多)等[2]。

此外,,細胞還會分泌出衰老相關分泌表型(SASP),,而SASP會誘導炎癥,引發(fā)局部或全身的組織損傷[3],。

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衰老細胞的存在并非沒有意義,,它們會產(chǎn)生促進組織修復的細胞因子,防止傷口和器官在愈合過程中過度纖維化[4],,此外,衰老細胞分泌的炎癥細胞因子還能激活其鄰近的細胞的OSKM基因(一種誘導體細胞變成干細胞的基因)表達,,使得鄰近細胞變成干細胞[5],。

雖然衰老細胞具有一定的益處,但其有害影響遠遠超過益處,,它存在于各種器官和系統(tǒng),,是引起各種疾病甚至導致死亡的“幕后推手”,。

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細胞衰老的標識

如何來判斷一個細胞是衰老細胞呢?空口無憑是不行的,,必須要用某種手段來衡量它,,這就要涉及到細胞衰老的標識。目前最主要的特征是DNA復制的停滯,、線粒體和溶酶體代謝異常以及細胞核的變化,。

No.1

DNA復制的停滯

衰老細胞的p21和p16信號通路異常活躍,,使得復制中必不可少的Rb蛋白失去活性,,細胞無法開始進行DNA復制[6]。

No.2

線粒體和溶酶體的代謝異常

溶酶體中有一種水解酶叫β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal),,它只在衰老細胞中表達催化β-半乳糖苷的水解[7],。脂褐素是溶酶體消化不了所剩下的“垃圾”,隨著細胞的衰老,,脂褐素慢慢地沉積,,我們常見的老年斑就是脂褐素造成的[8]。衰老細胞中能量代謝容易發(fā)生紊亂,,而線粒體是細胞的“能量工廠”,,代謝紊亂后耗氧增加,產(chǎn)生了更多的自由基來破壞細胞[9],。通過檢測β-半乳糖苷酶活性,、脂褐素濃度、線粒體功能等指標就可以鑒別衰老細胞,。

No.3

細胞核的變化

細胞核中最典型的特征就是端粒了,,端粒是用來穩(wěn)定染色體末端結構的,當DNA每復制一次,,端粒就會縮短一點,。衰老細胞由于復制次數(shù)多,其端粒普遍較短[10],。

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細胞衰老的關鍵物質(zhì)——SASP

SASP主要由數(shù)百個具有生物活性的小分子蛋白質(zhì)(細胞因子)構成,,由衰老細胞直接分泌或外泌體(一種囊泡)包裹分泌[2]。SASP不但是衰老細胞的分泌物,,反過來它還會加速衰老,。

年齡較大的人免疫力比較差,許多衰老細胞無法被免疫系統(tǒng)清除,,就會分泌出SASP,,而SASP會幫助衰老細胞對抗免疫系統(tǒng)的清除,這也進一步地導致了衰老細胞的積累[11],。積累的衰老細胞會分泌更多的SASP,,造成慢性炎癥,,促進免疫力持續(xù)下降。如此循環(huán),,衰老細胞會越來越多,,加速了人體的衰老。

下圖簡單地描述了SASP加速衰老的機制,。

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圖注:SASP導致衰老細胞積累的正反饋通路

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清除衰老細胞的療法——

Senolytic療法

既然是衰老細胞引起了衰老,,那么從理論上來講清除衰老細胞就可以延緩衰老,科學家們根據(jù)這個思路開發(fā)出了Senolytic療法,,“seno”是衰老的意思,,“l(fā)ytic”是摧毀意思,直譯是摧毀衰老,,準確地來說就是摧毀衰老細胞,。

Senolytic療法的藥物種類較少,包括達沙替尼和槲皮素(D+Q),、漆黃素等[12],。由于Senolytic藥物是一次性清除衰老細胞,因此不需要連續(xù)用藥,,一般是每隔一段時間,,等衰老細胞積累起來再給藥,這樣效果更好[13],。

下表顯示的是正在進行的Senolytic藥物的臨床試驗,,大部分正在II期臨床試驗中,而D+Q針對糖尿病引起的腎臟病變的中期結果已經(jīng)出爐,,顯示D+Q可以有效減少衰老細胞的數(shù)量和改善衰老指標[14],。

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圖注:正在進行的Senolytic藥物臨床試驗進展

早期的Senolytic藥物是通過破壞衰老細胞對抗細胞凋亡的一系列信號通路(SCAPs),使衰老細胞發(fā)生凋亡,,從而清除衰老細胞?,F(xiàn)在的Senolytic藥物除了抑制SCAPs外,還利用衰老細胞的特征來增強免疫系統(tǒng)清除衰老細胞的能力[12],。

例如把CAR-T應用到Senolytic上來,,把腫瘤細胞的抗原換成衰老細胞的抗原,T細胞就會選擇性地清除衰老細胞,。小鼠的臨床試驗上已經(jīng)證明了這種方法的可行性,,經(jīng)過治療后肝纖維化小鼠的壽命得到了延長 [15]。Senolytic藥物不僅效果顯著,,由于是間歇給藥,,副作用得到有效控制,安全性有保障,。

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治療細胞衰老的路在何方,?

在過去的十年中,有關細胞衰老的研究呈指數(shù)增長,,但有很多關鍵的問題仍然沒有得到解決,。例如不同細胞類型的衰老細胞的特征(如端粒長度和縮短速率)并不相同。即使是同一類型的細胞,,由于其衰老誘導方式不同,,表現(xiàn)也不完全一樣。此外,,在臨床試驗中,,動物和人類的衰老細胞差異又會使得這一問題更加復雜化。衰老細胞之間的差異性使得為衰老細胞“量身定做”Senolytics療法變得比較困難,,多數(shù)學者認為仍需持續(xù)關注,。

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雖然這些問題解決起來比較棘手,但隨著人類對衰老細胞的理解進一步深入,,我們相信總有一天會被蓬勃發(fā)展的細胞衰老領域逐個攻破和解決,。抗衰老的道路是曲折的,,但前途是光明的,!

—— TIMEPIE ——

參考文獻

[1] Hayflick, L., & Moorhead, P. S.. (1961). The serial cultivation of human diploid cell strains. Experimental Cell Research, 25(3), 585-621. https:///10.1016/0014-4827(61)90192-6

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[7] Debacq-Chainiaux, F., Erusalimsky, J. D., Campisi, J., & Toussaint, O. (2009). Protocols to detect senescence-associated beta-galactosidase (SA-βgal) activity, a biomarker of senescent cells in culture and in vivo. Nature protocols, 4(12), 1798-1806. https:///10.1038/nprot.2009.191

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[14] Hickson, L. J., Prata, L. G. L., Bobart, S. A., Evans, T. K., Giorgadze, N., Hashmi, S. K., & Kirkland, J. L. (2019). Senolytics decrease senescent cells in humans: Preliminary report from a clinical trial of Dasatinib plus Quercetin in individuals with diabetic kidney disease. EBioMedicine, 47, 446-456. https:///10.1016/j.ebiom.2019.08.069

[15] Amor, C., Feucht, J., Leibold, J., Ho, Y. J., Zhu, C., Alonso-Curbelo, D., & Lowe, S. W. (2020). Senolytic CAR T cells reverse senescence-associated pathologies. Nature, 583(7814), 127-132. https:///10.1038/s41586-020-2403-9

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