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抵抗衰老是人類永恒的話題。早在兩千年前，秦始皇就組建了自己的科研團隊，除了外派到蓬萊仙島找已經(jīng)批準的長生不老藥之外，還組建自己的實驗室進行藥物研制。所以秦老作為衰老研究領(lǐng)域的先驅(qū)應(yīng)該是不過分的?；氐秸}，今天想跟大家分享的就是這個持續(xù)兩千多年的研究熱點：衰老。在2022年最新提出的第三版cancer hallmarks中，新增了四位成員，其中一條hallmark就是衰老細胞（senescent cells，圖1）。細胞衰老（cellular senescence）就是我們今天的主角。
在介紹細胞衰老之前，我們需要明確一些定義。首先是衰老（aging），我們廣義地定義為影響大多數(shù)生物的依賴時間的功能衰退（這個最簡單的檢測方法就是看身份證了）。其次就是細胞衰老（cellular senescence），定義為永久性的細胞周期終止?fàn)顟B(tài)。細胞衰老是衰老的hallmarks之一，衰老器官的主要特征就是衰老細胞的累積。當(dāng)然了，細胞衰老并不一定就代表衰老，因為在發(fā)育階段和成年階段細胞衰老都存在。說了這么多，估計腦子已經(jīng)開始嗡嗡的了。不過暈就對了，因為衰老如何區(qū)分和受細胞衰老的影響仍然是一個未解決的問題（圖2）。這一點在去年為大家分享腫瘤衰老微環(huán)境的時候就有提到過，感興趣的同學(xué)可以回顧一下。
今天主要通過細胞衰老hallmarks為大家講解什么是細胞衰老，以及細胞衰老在包括腫瘤在內(nèi)的復(fù)雜疾病研究中的潛力。
一、細胞衰老的復(fù)雜表型
如前文所提到的定義，細胞衰老是一種永久性的細胞周期終止?fàn)顟B(tài)，用以響應(yīng)不同的損傷刺激。針對細胞衰老，目前一共有8種，分別是：
1.復(fù)制性細胞衰老（Replicative senescence），也就是多次分裂之后增殖能力的減少，最終導(dǎo)致完全停止。
2.DNA損傷誘導(dǎo)細胞衰老（DNA damage-induced senescence:），由不可修復(fù)的DNA損傷誘導(dǎo)的細胞衰老。
3.致癌基因誘導(dǎo)細胞衰老（Oncogene-induced senescence(OIS)），Ras等致癌基因的激活，或者PTEN等抑癌基因的失活能夠?qū)е录毎ダ稀?/p>
4.氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細胞衰老（Oxidative stress-induced senescence），細胞代謝的氧化產(chǎn)物或者已知的氧化劑導(dǎo)致的細胞衰老。
5.化療誘導(dǎo)細胞衰老（Chemotherapy-induced senescence），多個抗腫瘤藥物能夠誘導(dǎo)細胞衰老。
6.線粒體功能失調(diào)相關(guān)細胞衰老（Mitochondrial dysfunction-associated senescence(MiDAS)），線粒體功能失調(diào)導(dǎo)致細胞衰老。
7.表觀遺傳誘導(dǎo)細胞衰老（Epigenetically induced senescence），DNA甲基化抑制子或者組蛋白脫乙酰酶誘導(dǎo)細胞衰老。
8.旁分泌細胞衰老（Paracrine senescence），由原代衰老細胞產(chǎn)生的衰老相關(guān)分泌表型（SASP）誘導(dǎo)。
雖然目前一共有8種細胞衰老表型，但細胞衰老表型通常都是由DNA損傷反應(yīng)、周期相關(guān)激酶抑制劑的參與、促炎因子和組織修復(fù)因子分泌增強、抗凋亡基因的誘導(dǎo)、代謝改變和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激所表征。當(dāng)然，作為這些信號通路的結(jié)局，衰老細胞在結(jié)構(gòu)上同樣具有改變。
二、信號通路作為細胞衰老hallmarks
從遺傳/表觀遺傳、mRNA水平和蛋白水平三個層面，細胞衰老目前一共匯總了6條關(guān)鍵的信號通路（圖3）。
1.DNA damage response
在DNA損傷出現(xiàn)的時候，細胞能夠激活一個穩(wěn)健的反應(yīng)：DNA損傷修復(fù)。對于DNA損傷修復(fù)，雙鏈的DNA損傷是一個強有力的激活因素，在修復(fù)失效的時候能夠?qū)е录毎ダ?。γH2AX nuclear foci或者p53的磷酸化通常作為細胞衰老的markers。不過需要注意的一點是，DNA損傷修復(fù)可以由多個并不誘導(dǎo)細胞衰老的DNA損傷刺激所激活。此外，并非所有的細胞衰老都是由DNA損傷修復(fù)誘導(dǎo)。
2.細胞周期蛋白相關(guān)激酶抑制劑和細胞周期終止
細胞周期蛋白相關(guān)激酶抑制劑（CDKs）能夠磷酸化和調(diào)控細胞周期過程中的多個蛋白。其中主要驅(qū)動細胞周期終止的有兩個分子CDKN2A和CDKN1A。
3.分泌表型
衰老細胞分泌細胞因子、趨化因子和蛋白酶，能夠正向或者負向影響多個生物學(xué)過程，例如傷口愈合或者腫瘤進展。不過，SASP具有高度的異質(zhì)性同時受到多個調(diào)控，這對于識別細胞衰老的調(diào)控機制是一個巨大的挑戰(zhàn)。
4.抵抗凋亡
細胞的終點是死亡，但是比較有意思的一點是，作為三大細胞死亡方式之一的細胞凋亡竟然會被細胞衰老所抵抗。因此，誘導(dǎo)BCL2家族的表達是檢測細胞衰老有前途的一種方式。不過需要注意的一點是，特別是血液細胞雖然并不屬于衰老細胞類型，但是同樣會表現(xiàn)出這些抗凋亡調(diào)控因子的高表達。
5.代謝
另外一個有意思的點就是，衰老細胞竟然是代謝活躍的。在細胞衰老過程中，AMP/ATP和ADP/ATP的比例會持續(xù)升高。不過，目前使用代謝改變來作為細胞衰老的markers還是很困難的。
6.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激
許多因素會使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致蛋白的積累和聚集。為了解決這種壓力，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)會啟動不折疊蛋白反應(yīng)（unfold protein response, UPR）。衰老細胞的UPR會顯著升高，可能是為了響應(yīng)SASP產(chǎn)生的蛋白復(fù)合物的增多。
三、細胞形態(tài)改變作為細胞衰老hallmarks
衰老的細胞在形態(tài)學(xué)上會出現(xiàn)顯著的改變。細胞衰老目前主要匯總了5種形態(tài)學(xué)的改變（圖4）。
1.細胞大小和形態(tài)
衰老的細胞會呈現(xiàn)出更大和更不規(guī)則的形態(tài)，不過，在體外能夠非常容易地檢測和觀察，但是在體內(nèi)卻非常難以檢測。
2.細胞膜組分
細胞膜是臨近細胞和細胞外空間通訊的中心物質(zhì)，衰老細胞的細胞膜最一致的改變是caveolin-1的上調(diào)。表面蛋白DPP4是衰老細胞被NK細胞消除最敏感的分子。
3.溶酶體增加
細胞衰老狀態(tài)由多種溶酶體蛋白的上調(diào)和溶酶體增加來表征，然而需要注意的一點是，高溶酶體活性并不是一種特異的細胞衰老marker。
4.線粒體累積
衰老細胞表現(xiàn)出線粒體的增加，不過在細胞衰老過程中，線粒體并不具有成為顯著marker的潛能。
5.細胞核改變
衰老細胞在核改變的層面最常見的marker是核層結(jié)構(gòu)蛋白LaminB1的缺失。
四、對衰老干預(yù)的意義
細胞衰老涉及多個生物學(xué)功能，在腫瘤和衰老（aging）中是一個非常具有吸引力的靶點。目前主要有兩種方式正在被考慮開發(fā)，一是衰老細胞的特異性消除；二是SASP的抑制（圖5）。
總結(jié)
自從1961年提出細胞衰老這個概念以來，科研界一直致力于識別通用和明確的marker來表征細胞衰老狀態(tài)。目前唯一可能的策略就是在同一樣本中采用多個hallmarks來評估細胞衰老，最簡單的方式就是qPCR。不過qPCR是基于細胞群體來的，單細胞技術(shù)會更合適。Marker的非特異性以及細胞衰老的異質(zhì)性是該領(lǐng)域的兩大待解決的問題。不過隨著單細胞研究的發(fā)展和相應(yīng)數(shù)據(jù)的積累，利用單細胞數(shù)據(jù)研究細胞衰老目前可能是最好的機會。此外，細胞衰老涉及的通路，隨便一條拿出來都是國自然熱點。衰老不愧是跨越兩千年的研究熱點，僅僅只是其中的細胞衰老便處處對標(biāo)國自然，相信只要人類還沒永生，衰老將會是永恒的研究熱點。
