综述: 衰老及相关疾病细胞分子机制研究进展

人类及其他生物随时间推移逐渐发生细胞功能丧失,即细胞衰老.这个过程如突显在某个组织器官,则可引起这个组织和器官的衰老性疾病.然而,最近的研究表明,哺乳动物在出生之前胚胎发育的生理条件下,即已经出现细胞和组织的复制性衰老现象.机制研究显示多种分子从细胞(核)内外引起生理性和应激性细胞复制性衰老.而自然界中某些生物随时间推移生命力增强、并不发生衰老.这些现象的分子机制,还有如发生在脑及代谢性疾病中的非复制性细胞衰老等,都还是个谜.本文就近期衰老的机制、细胞衰老的类型以及某些衰老相关疾病的分子基础的最新研究进展做一个扼要综述.论文包含以下几个部分:a.细胞衰老的定义、分类和机制;b.生理性衰老:发育中程序化衰老;c.内环境稳态与组织器官衰老;d.一型细胞复制性衰老及相关疾病:端粒长度与预测衰老及肿瘤预后、特发性肺纤维化、高血压;e.二型非复制性细胞衰老及相关疾病:帕金森病、糖尿病;f.衰老与长寿的物种多样性.     

细胞衰老与老龄化疾病

随着人口老龄化加剧,细胞衰老的生物学基础及其相关分子机制的研究已成为一个重要的研究方向。细胞衰老是多种因素引起的细胞周期永久性阻滞,与老化疾病如糖尿病、骨质疏松、动脉粥样硬化、神经退行性疾病等有关。现介绍细胞衰老及细胞衰老与年龄相关疾病的分子生物学机制,重点介绍衰老领域的最新研究进展:清除衰老细胞能改善或延缓老龄化疾病,延长机体寿命。     

清除衰老细胞在衰老与老龄化相关疾病中的研究进展

衰老是一个新兴的重要研究领域,随着该领域相关知识的积累和技术的进步,人们逐渐意识到衰老本身可以被针对性地干预,实现延长寿命并且延缓衰老相关疾病的发生发展,具有重要的科学和现实意义.引起个体衰老的众多因素中,衰老细胞的积累被认为是导致器官衰老发生退行性变,最终引起衰老相关疾病的重要原因.近年来,多项研究表明,清除体内衰老细胞可以延缓多种衰老相关疾病的发生,直接证明了衰老细胞是导致衰老相关疾病的重要原因之一,为治疗衰老相关疾病提供了新靶点.细胞衰老是由于损伤积累诱发了细胞周期抑制通路的激活,细胞永久地退出细胞增殖周期.衰老细胞会发生细胞形态、转录谱、蛋白质稳态、表观遗传以及代谢等系列特征的改变,同时衰老细胞对凋亡发生抵抗从而在体内多器官组织积累.衰老细胞会激活炎症因子分泌通路,导致组织局部非感染性炎症微环境,进而导致器官退行性变及多种衰老相关疾病的发生发展.因此针对衰老细胞对凋亡抵抗的特性,多个研究小组通过筛选小分子化合物库,发现某些化合物能够选择性清除衰老细胞,这些小分子化合物被称为"senolytics",意为"衰老细胞杀伤性化合物".衰老细胞杀伤性化合物在多种衰老相关疾病动物模型中能够延缓疾病的发展并延长哺乳动物寿命.因此,靶向杀伤衰老细胞对多种衰老相关疾病的治疗从而提高健康寿命具有重要的临床应用前景.除靶向杀伤衰老细胞策略以外,干细胞移植、基因编辑、异体共生等策略在抗衰老研究发展中也具有重要意义,具有启发性.本文通过汇总近期衰老细胞清除领域的重要进展和多种抗衰老策略,将细胞衰老研究发展史做简要梳理,就细胞衰老与衰老相关疾病的关系作一综述,重点讨论衰老细胞在多种衰老相关疾病中作为治疗靶点的应用潜力,并就其局限性和进一步的研究方向进行探讨.     

氧化应激诱导的细胞衰老过程中细胞生长相关基因的表达

应激诱导的细胞早衰与复制性细胞衰老有相似的细胞表型,但其机制不尽相同.分析二者的衰老相关基因表达特点对了解应激因素诱导细胞衰老的机制有重要意义. 本文对过氧化氢诱导的HeLa细胞早衰过程中的关键衰老相关基因及其转录后调控因子的表达做了分析.结果发现,在复制性衰老过程中明显降低的cyclin A、cyclin B1、c-fos及HuR,在温和过氧化氢诱导的细胞早衰过程中并无明显改变;在氧化应激诱导的细胞早衰过程中,p21与p16表达升高,AUF1则降低,与复制性衰老过程一致;p21 mRNA半衰期在复制性衰老过程中无明显变化,但在氧化应激诱导的细胞早衰过程中则显著延长.上述结果提示,尽管氧化应激诱导的细胞早衰与复制性衰老存在相似基因表达变化,调控机制则不尽相同.     

前景可观的senolytics延缓衰老的研究进展

细胞衰老呈现不可逆的永久性细胞周期停滞的状态,它可以促进组织在发育过程中和损伤后的重塑,但也会导致老年生物体组织再生潜力和功能的下降,以及炎症和肿瘤的发生。研究发现,清除衰老细胞可以延缓衰老相关疾病的发生。因此,探究衰老细胞的分子特征与探索清除衰老细胞的新药成为衰老研究领域的热点。近年来,人们发现一类称为senolytics的小分子化合物能特异性靶向衰老细胞并帮助清除衰老细胞,从而延长哺乳动物的寿命及健康寿命。该文对衰老细胞的分子特征、作为衰老相关疾病的治疗靶点及具有senolytics活性的化合物作用机制和潜在应用进行了综述。     

miR-223促进小鼠胚胎成纤维细胞复制性衰老北大核心CSCD

微小RNA(miRNAs)作为强大的基因表达调控子,广泛参与多种生命过程,在细胞衰老进程中的作用也日益受到关注。miR-223是一个典型的抑癌基因,可显著抑制细胞增殖能力。miR-223与阿尔茨海默症、心血管疾病以及类风湿性关节炎等衰老相关疾病的发生发展密切相关。尽管如此,miR-223在细胞衰老进程中的作用及其分子机制尚未见报道。本研究通过连续传代建立了小鼠胚胎成纤维细胞(MEF细胞)的复制性衰老模型,并利用荧光定量qRT-PCR检测发现,miR-223在衰老MEF细胞中的表达水平显著上调。随后,通过转染miR-223模拟物Agomir-223在MEF细胞中过表达miR-223。结果显示,过表达miR-223可显著促进MEF细胞的衰老表型并抑制其增殖能力,而抑制miR-223的表达可延缓MEF细胞的复制性衰老进程。进一步利用生物信息学方法预测,获得多个miR-223的候选衰老相关靶基因,包括Rasa1、Ddit4和Smad1等。然而,双萤光素酶报告系统结果显示,miR-223并不显著影响其萤光强度,表明它们很可能并不是miR-223的下游靶基因。综上所述,miR-223可显著促进MEF细胞复制性衰老,然而其调节细胞衰老进程的分子机制依然有待深入研究。     

miR-223促进小鼠胚胎成纤维细胞复制性衰老

微小RNA（MicroRNAs（或miRNAs）是作为强大的基因表达调控子,广泛参与多种生命过程,在细胞衰老进程中的作用也日益受到关注。miR-223是一个典型的抑癌基因,可显著抑制细胞增殖能力。此外,miR-223与阿尔茨海默症、心血管疾病以及类风湿性关节炎等衰老相关疾病的发生发展密切相关。尽管如此,miR-223在细胞衰老进程中的作用及其分子机制尚未见报道。本研究通过连续传代建立了小鼠胚胎成纤维细胞（MEF细胞）的复制性衰老模型,并利用荧光定量qRT-PCR检测发现,miR-223在衰老MEF细胞中的表达水平显著上调。随后,通过转染miR-223模拟物Agomir-223在MEF细胞中过表达miR-223,结果显示过表达miR-223可显著促进MEF细胞的衰老表型并抑制其增殖能力,而抑制miR-223的表达可延缓MEF细胞的复制性衰老进程。进一步利用生物信息学方法预测获得多个miR-223的候选衰老相关靶基因,包括Rasa1、Ddit4和Smad1等。然而双萤光素酶报告系统结果显示,miR-223并不显著影响其萤光强度,表明它们很可能并不是miR-223的下游靶基因。综上所述,miR-223可显著促进MEF细胞复制性衰老,然而其调节细胞衰老进程的分子机制依然有待深入研究。     

端粒生物学与胸主动脉瘤的研究进展

摘要：随着细胞生理性衰老,端粒（telomere）即染色体末端的重复性 DNA 序列会出现累积性损伤,而血管内皮细胞、平滑肌细胞衰老相关的端粒损伤和修复则被认为是退行性血管疾病发病的分子机制之一。胸主动脉瘤为老年人群中的重要致死性疾病之一,与衰老相关的退行性变在其中发挥着重要的作用。因此本文主要对端粒/端粒酶在胸主动脉瘤发病和进展中的作用做了概述,总结了血管病理学中端粒/端粒酶的调控机制。     

miRNAs与衰老相关信号通路的研究进展

miRNAs是一类负调控基因表达的内源性非编码小分子RNA,在细胞衰老过程中发挥重要作用. 细胞衰老是指可增殖细胞在各种应激下出现细胞周期阻滞,并且丧失增殖能力,进入一种不可逆的、相对稳定的状态. p53、p21、p16、SIRT1、胰岛素/IGF-1及mTOR等蛋白是衰老相关信号通路中的重要分子,参与细胞衰老过程. 研究表明,miRNAs可以通过调控这些衰老相关蛋白所在的信号通路,促进或延缓细胞衰老. 本文综述细胞衰老相关的miRNAs,以及它们对衰老相关信号通路的影响,为深化认识衰老和衰老相关疾病的分子机制奠定基础.     

肺衰老在慢性呼吸系统疾病中的研究进展

细胞衰老是一个极其复杂的过程,其特征表现为线粒体结构功能障碍、端粒缩短、炎症微环境、蛋白稳态失衡、表观遗传改变、DNA损伤修复异常等,进而导致组织和器官的结构、功能损伤并诱发衰老相关疾病的发生和发展。衰老既包括增龄引起的生理性衰老,还包括多种因素所诱发的病理性衰老。值得注意的是,肺作为与外界空气直接接触的靶器官更易于遭受多种刺激而出现病理性早衰,即肺衰老。研究发现在大多数慢性呼吸系统疾病的肺内都存在一定比例的衰老细胞,但是这些衰老细胞诱导肺衰老及其在慢性呼吸系统疾病中作用的内在机制仍很不清楚。本文重点描述了肺衰老的诱因和分类、肺衰老参与慢性呼吸系统疾病的内在机制及抗衰老治疗在慢性呼吸系统疾病中的应用,有望为临床上慢性呼吸系统疾病的防治提供新的研究思路和理论依据。     

干细胞衰老的表观遗传调控

干细胞衰老理论认为,组织器官特异的成体干细胞随着衰老出现功能性衰退,从而导致组织器官生理功能的衰退甚至衰老相关疾病的发生.表观遗传机制通过精密调控基因表达,在成体干细胞的衰老过程中发挥着重要作用.近年来,机体衰老过程中成体干细胞的表观遗传调控已经成为衰老研究的热点.本综述主要总结了衰老过程中成体干细胞命运的表观遗传调控,并详细介绍了DNA甲基化与组蛋白共价修饰在成体干细胞衰老中的作用,以期为深入认识衰老本质、实现健康长寿提供启示.     

综述: 干细胞衰老的表观遗传调控

干细胞衰老理论认为,组织器官特异的成体干细胞随着衰老出现功能性衰退,从而导致组织器官生理功能的衰退甚至衰老相关疾病的发生.表观遗传机制通过精密调控基因表达,在成体干细胞的衰老过程中发挥着重要作用.近年来,机体衰老过程中成体干细胞的表观遗传调控已经成为衰老研究的热点.本综述主要总结了衰老过程中成体干细胞命运的表观遗传调控,并详细介绍了DNA甲基化与组蛋白共价修饰在成体干细胞衰老中的作用,以期为深入认识衰老本质、实现健康长寿提供启示.     

小窝蛋白-1在细胞衰老及衰老相关疾病中的作用

胞膜小窝(caveolae)是细胞质膜内陷所形成的囊状结构.小窝蛋白(caveolin)是胞膜小窝区别于其它脂筏结构的特征性蛋白分子,维持胞膜小窝的结构和功能,包括3个家族成员小窝蛋白-1、小窝蛋白-2和小窝蛋白-3.其中,小窝蛋白-1是参与胆固醇平衡、分子运输和跨膜信号发放事件的主要结构成分,从而调节细胞的生长、发育和增殖．小窝蛋白-1在细胞衰老中起着重要调控作用,主要通过p53-p21及p16-Rb信号通路抑制细胞增殖、酪氨酸激酶的级联反应,调控粘连信号级联、胰岛素信号及雌激素信号系统等途径调控衰老进程．衰老过程中不同器官小窝蛋白-1变化趋势不尽一致．近年研究还发现,小窝蛋白-1与神经系统退行性疾病、糖尿病、动脉粥样硬化等衰老相关疾病密切相关,通过调节多条信号通路参与这些疾病的发生发展．本文结合最新研究进展,对小窝蛋白-1在细胞衰老进程的作用及参与衰老相关疾病进行综述．     

细胞衰老研究现状

细胞衰老作为生物学界研究的一大热点,其与正常胚胎发育、机体老化、衰老相关疾病等都有着密切的联系。近些年来,对细胞衰老的研究越来越深入,其发挥的生物学作用也越来越受到重视。为进一步加深对细胞衰老的认识,该文主要对细胞衰老的概念、分子机制、检测标志物及与疾病的关系作一简单综述。     

细胞衰老与2型糖尿病的相关性研究进展

2型糖尿病是目前公认的与衰老相关的重大疾病之一,发病年龄多在50岁以上。细胞衰老是指细胞应激致细胞产生不可逆的永久性细胞周期停滞的状态,是机体衰老的基础。细胞衰老与2型糖尿病的关系相当复杂,衰老的胰岛β细胞在组织内累积引起β细胞功能障碍、脂肪细胞衰老导致脂质代谢障碍等等,衰老的细胞还可间接通过衰老相关分泌表型使个体处于慢性低水平炎症状态,引起2型糖尿病及其并发症;反过来,糖尿病的高血糖、炎症微环境及脂毒性等能够促使细胞衰老并进一步累积。细胞衰老可能既是2型糖尿病发生的原因,又是其发展的结果。靶向细胞衰老的疗法可能为2型糖尿病提供新的治疗策略,现就细胞衰老在2型糖尿病的发生发展中的作用研究进展做一简要综述。     

NF-κB和存活蛋白抑制药物诱导的倍体化与衰老巨核细胞的死亡

目的:筛选诱导巨核细胞倍体化药物,研究倍体化细胞的抗死亡机制,探索促进倍体化细胞死亡的用药方法。方法:采用不同药物处理巨核细胞白血病细胞系Dami细胞,检测细胞倍性、衰老、死亡及相关分子的变化。结果:Nocodazole、SP600125与SU6668可阻断Dami细胞增殖,诱导倍体化,促进细胞衰老,短期诱导不影响细胞活力。分子水平表明,抗凋亡分子存活蛋白表达上调,衰老相关分泌表型调控因子NF-κB(p65)活性降低。持续的药物诱导可致细胞死亡。结论:诱导巨核细胞倍体化抑制恶性增殖,促进细胞衰老发生,存活蛋白与NF-κB(p65)共同抑制倍体化和衰老细胞的死亡,而持续的药物诱导可促进细胞死亡,可作为急性巨核细胞白血病的治疗策略。     

DNA 与衰老

衰老是生物体各种功能的普遍衰弱,以及抵抗环境伤害和恢复生理稳态的降低过程。衰老、衰老的原因、衰老的机理及衰老与疾病、衰老与死亡的关系,一直是生物及医学领域的科学家们积极探讨的问题。衰老这一极其复杂的生物学过程,涉及物理、化学、生物、医学诸领域。现已发展的近300种衰老学说分别从整体、器官、细胞、分子水平对生物衰老的机制进行了阐述。本文将从分子的角度阐述生物信息分子－DNA及其相关物质与生物衰老的关系。     

血液衰老:定义与范畴

一般认为,血液老化是人体衰老的根源.血液系统随年龄增长而发生生理性或病理性变化,导致造血干/祖细胞(HSC/HPC)衰老、免疫衰老、炎性衰老等,驱动或参与机体和几乎所有系统/器官的衰老,并引起多种老年性血液系统疾病(特别是恶性肿瘤).虽然“血液衰老(blood aging)”这一名词已在许多论文和日常生活中提及,但尚无确切的定义,其涵盖的领域也不清楚.实际上,随着衰老(包括整体、系统/器官、细胞乃至分子的衰老)研究的迅速拓展和深入,血液衰老的多个方面(如HSC/HPC衰老、免疫衰老、炎性衰老等)已广泛渗透到几乎所有的衰老研究领域,但其本身却迄今未形成一个领域,与迅速发展的临床老年血液学形成了鲜明的反差.因此,本文尝试对血液衰老进行定义(包括生理性和病理性血液衰老),并概要综述了其可能涵盖的范畴(生理性衰老包括HSC/HPC衰老、不同类型血细胞衰老及血液的衰老生物标志物;病理性衰老包括红系、髓系、淋系、巨核细胞/血小板的老年性良性疾病或恶性肿瘤,以及老年患者的衰弱及其评估),供学者们讨论.     

血管衰老及心血管疾病

血管衰老是高血压、冠心病、主动脉夹层等心血管疾病的独立危险因素,而血管内皮细胞和平滑肌细胞的衰老则是血管衰老的细胞学基础.本文主要讨论了内皮细胞和平滑肌细胞衰老的形态学特征、分子标志物以及衰老的机制;阐述了单细胞测序、细胞衰老清理(senolytics)技术和遗传在血管细胞衰老及老年血管疾病诊断和治疗中的研究进展;最后...     

长寿人群肠道微生态与细胞衰老的关系简析

肠道微生物与人体共生共存,是人体重要的"器官",与人体健康和疾病密切相关。越来越多的研究开始关注肠道微生物在不同疾病中的作用,并发现在某些疾病的发生发展中,人体肠道微生物及其代谢产物是非常关键的一环。肠道微生物与衰老也息息相关。衰老是每个人都必须经历的过程,整体来看是健康的器官功能逐步退化的过程,在细胞层面上是细胞的衰老。本文主要分析了长寿人群肠道微生物的分布特征,并分析了与长寿密切相关的部分肠道微生物及其影响细胞衰老的机制。