综述：细胞衰老的异质性：亚型特异性机制及质膜损伤的新作用

本综述深入探讨了细胞衰老（Cellular Senescence）的动态异质性，系统总结了不同亚型（如Rep-Sen、DDR-Sen、OIS、MiDAS及新发现的PMD-Sen）的分子机制及其在肿瘤发生中的双重作用，强调了靶向衰老细胞治疗的精准化需求与挑战。

　　

2 细胞衰老的经典范式

细胞衰老是一种稳定的细胞周期停滞状态，伴随免疫活性增强，参与衰老和年龄相关疾病。尽管曾被视为终末静态状态，现在公认其为受复杂分子网络调控的动态过程。其核心机制包括p21^Cip1/Waf1的上调，通过抑制周期蛋白依赖性激酶（CDK）活性实现细胞周期阻滞。p53/p21和p16/Rb通路共同促进衰老相关异染色质灶（SAHF）形成，压制E2F靶基因，强化衰老状态。衰老细胞保持代谢活性，具有独特形态和功能特征，鉴定需结合多种标志物：稳定细胞周期停滞、DNA损伤、p53/p21上调、Lamin B1下调及衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性升高。衰老细胞在体内的主要功能是通过衰老相关分泌表型（SASP）诱导促炎活性，其在组织修复、胚胎发育和免疫监视中有益，但持续积累会导致慢性炎症，破坏组织稳态，促进衰老、肿瘤发生及年龄相关疾病。

3 新兴概念：衰老细胞的动态与异质性本质

细胞衰老表现出深刻异质性，其分子表型随时间动态演变。衰老细胞亚型可根据触发因素分类，包括端粒损耗（Rep-Sen）、DNA损伤（DDR-Sen）、癌基因激活（OIS）、线粒体功能障碍（MiDAS）、质膜损伤（PMD-Sen）等。这些亚型具有独特分子特征和表型，由应激信号通路启动而非复制衰竭。基因表达模式在给定亚型内并非静态，例如SASP因子组成从早期促炎阶段向慢性纤维化或免疫调节谱演变。单细胞研究显示衰老细胞间存在显著转录多样性，SASP因子表达高度可变。这种异质性和动态性凸显了体内鉴定衰老细胞需多参数分析，并需根据特定亚型和时相进行高分辨率表征以开发精准治疗策略。

3.1 复制性衰老

Rep-Sen由Hayflick和Moorhead于1961年描述，与人类细胞端粒渐进缩短相关。端粒随每次细胞分裂而侵蚀，临界短端粒触发DNA损伤反应，导致稳定细胞周期停滞。端粒缺陷加剧功能失调，促进基因组不稳定和细胞衰老。TERT过表达小鼠衰老延迟，TERT缺陷小鼠则加速衰老。Rep-Sen通过p53/p21和p16/Rb通路调控，强化不可逆生长停滞。

3.2 DNA损伤反应依赖性衰老

DDR-Sen由基因毒应激触发，外源因素如电离辐射、紫外光、化疗药物（如顺铂、紫杉醇、多柔比星）及内源因素如活性氧（ROS）积累均可诱导DNA损伤，激活DDR通路，进而通过p53/p21和p16/Rb信号轴导致细胞衰老。DDR协调DNA修复、凋亡或衰老反应，其效率随年龄下降，损害基因组维护，增加持续DNA损伤负担，促进衰老和肿瘤发生风险。

3.3 癌基因诱导的衰老

癌基因（如RAS、BRAF、MYC）过度激活可触发OIS，这是一种主要由复制应激和DNA损伤驱动的肿瘤抑制反应。癌基因激活导致DNA损伤积累和DDR激活，建立稳定衰老状态。MEK癌基因激活还可通过增加胞质Ca²⁺水平诱导衰老。OIS通过SASP因子发挥非细胞自主效应，促进免疫监视并抑制肿瘤进展，但衰老细胞持续存在及SASP或衰老逃逸可能助长慢性炎症和恶性进展。

3.4 线粒体功能障碍相关衰老

MiDAS源于功能失调线粒体积累和线粒体自噬受损，导致ROS水平升高和代谢应激。与经典衰老通路不同，MiDAS基本独立于DDR，而涉及AMPK-p53信号轴激活。在某些背景下，线粒体DNA（mtDNA）释放到胞质可激活cGAS-STING通路，促进炎症状态，维持衰老表型。

3.5 旁分泌衰老

衰老细胞通过分泌SASP因子影响邻近细胞，此过程称为旁分泌衰老。SASP因子包含促炎细胞因子、趋化因子、生长因子和细胞外基质（ECM）成分，可促进邻近细胞衰老。在共培养系统中，正常增殖细胞暴露于衰老细胞会呈现DNA损伤灶并向衰老表型转变。衰老扩散具有重要生物学意义，强化组织环境中衰老，导致组织功能障碍，在衰老组织中尤其相关，其积累导致慢性低度炎症，加速衰老和年龄相关疾病发生。在癌症中，衰老细胞的旁分泌效应可通过促进免疫逃逸助长肿瘤进展。

3.6 质膜损伤依赖性衰老

PMD可发生于所有细胞类型，源于环境损伤（如物理创伤、病原入侵）或细胞自主活动。细胞进化出强大修复系统（如Ca²⁺和内体分选复合体（ESCRT）依赖通路）以保持完整性。近期研究发现PMD是细胞衰老的新触发因素。多种诱导剂（如去污剂十二烷基硫酸钠（SDS）、细菌毒素链球菌溶血素O、二氧化硅和激光）均可诱导正常人成纤维细胞早衰。PMD衰老细胞呈现典型衰老特征：细胞周期停滞、SA-β-gal活性升高、SASP水平上升及p53、p21和p16上调。与DDR-Sen不同，PMD-Sen早期不显著激活传统DNA损伤标志物（如γH2AX和磷酸化ATM），p53激活不依赖ATM/ATR-Chk1/Chk2通路。Ca²⁺内流是PMD后最早反应，对p53上调至关重要。PMD-Sen在组织伤口愈合背景下可能通过促进分泌组织再生因子 transiently增强愈合。PMD作为衰老触发因素 implies质膜完整性在衰老过程和长寿维持中起关键作用，为研究机械应激等新型衰老诱导剂开辟新机会，并可能解释某些疾病（如Scott综合征、阿尔茨海默病、帕金森病和肌营养不良）中衰老与PMD反应的联系。

4 识别衰老亚型的进展

近期识别亚型特异性标志物的努力包括高通量转录组方法、形态学分析、SASP表征和计算框架。例如，衰老相关形态谱（SAMPs）是一种无标记高内涵成像方法，能基于单细胞形态和核特征区分衰老亚型。机器学习成像平台SenSCOUT基于单细胞形态识别人真皮成纤维细胞中功能 distinct衰老亚型。计算框架如SenCID和SenPred经 diverse体外体内转录组特征训练，能识别跨组织和条件的独特分子功能衰老身份。单细胞转录组工具SenePy以细胞类型特异性方式识别跨组织物种衰老细胞。多模式方法如CITE-seq结合转录组和表面蛋白分析，基于独特表面抗原区分衰老群体。SenMayo基因集通过bulk和单细胞RNA测序验证，能跨物种组织一致检测衰老细胞。小鼠衰老蛋白质组图谱（https://aging-proteomics.info）提供研究衰老生物蛋白质组特征平台。NIH SenNet Consortium等大型图谱计划提供跨组织条件衰老细胞多维图谱。这些计算方法和资源能对复杂衰老状态分类，揭示亚型特异性机制关键调控驱动因子。尽管有这些进展，体内区分衰老亚型仍是基本挑战，因标志物表达在各亚型和生理背景间重叠。追溯衰老起始触发因素（如DNA损伤、癌基因激活、线粒体功能障碍或PMD）的策略可提高特异性，因起源常印迹独特可追踪分子特征。

5 衰老与癌症

在癌症中，细胞衰老是肿瘤发展和进展的复杂矛盾屏障。衰老初始作为强大肿瘤抑制机制，通过细胞周期停滞和免疫介导清除 halt癌基因激活或DNA损伤细胞增殖，但特定条件下可促进肿瘤进展。例如，OIS经典 protective，依赖p53/p21和p16/Rb轴激活，伴随释放SASP因子招募免疫细胞清除损伤细胞。但若衰老细胞因免疫清除不全持续存在，其SASP因子可从免疫刺激转向免疫抑制和肿瘤支持。这在 therapy-induced senescence（TIS）中尤明显，癌症治疗（如化疗和放射）推肿瘤细胞进入衰老，虽暂时抑制肿瘤生长，但这些衰老细胞 long-term存在通过SASP驱动慢性炎症促进复发。DDR-Sen轨迹类似，初始强制生长停滞，后期若衰老细胞未有效清除，可能通过IL-6、IL-8等SASP因子 fuel促肿瘤微环境。MiDAS尽管有 attenuated SASP profile，仍可分泌生长和基质修饰因子增强应激组织肿瘤侵袭性。类似地，新描述PMD-Sen有 double-edged sword风险，虽在细胞表面物理损伤后抑制增殖，但相关SASP因子也可促进炎症和基质重塑，对癌细胞侵袭和免疫逃逸有潜在后果。除亚型特异性作用外，SASP组分通过多互连机制对肿瘤进展产生广泛影响， individual因子依细胞背景抑制肿瘤起始或促进恶性进展。衰老细胞分泌促有丝分裂细胞因子和趋化因子（如IL-6、IL-8、CXCL11），刺激邻近恶性或前恶性细胞增殖存活通路。同时，分泌基质金属蛋白酶降解ECM，释放隐匿生长因子，为肿瘤扩张创造空间。衰老相关细胞外囊泡富含EphA2等蛋白，激活 recipient肿瘤细胞增殖信号。其他SASP介质（如IL-6、IL-8、MMP3、MMP9）诱导上皮-间质转化（EMT），抑制上皮标志物，促进侵袭性、化疗抗性表型。SASP还通过释放血管内皮生长因子（VEGF）促进血管生成，刺激内皮细胞迁移，增强血管生长。这些变化被ECM重塑和远处转移生态位 conditioning强化。SASP因子还可增强肿瘤细胞干性，IL-6、IL-8及其他趋化因子（如IP-10、RANTES）诱导癌症干细胞出现，重编程前恶性细胞向更 aggressive状态。此外，SASP因子可通过招募髓源性抑制细胞（MDSC）和肿瘤相关巨噬细胞（TAM），使其向促肿瘤表型 skewing，重塑免疫微环境，促进免疫逃逸。 Notably，SASP涉 therapy resistance，抗癌治疗诱导衰老细胞分泌促生存促炎介质，驱动慢性炎症，保护邻近肿瘤细胞免免疫清除，导致复发和治疗失败。超越这些，近期研究揭示细胞衰老并非所有癌细胞终末状态，某些分子改变使细胞逃逸或 bypass OIS或TIS，保留代谢活性和表观可塑性，促进细胞周期重入且肿瘤发生性增加。衰老逃逸机制包括细胞周期调控改变、染色体结构扰动和表观重塑。例如，p53肿瘤 suppressor缺失通过 enable CDK1异常激活 facilitate TIS逃逸，允许肿瘤细胞亚群 evade稳定生长停滞，重入细胞周期，潜在驱动肿瘤复发和进展。 recurrent染色体倒位（如激活转录因子BHLHE40）可驱动OIS逃逸，促进恶性转化。此外，组蛋白去乙酰化酶抑制诱导表观变化可激活SASP因子，促进肿瘤进展且独立于DDR。这些见解凸显癌症相关衰老结局不仅由起始损伤决定，还受多层调控网络 governing衰老程序、可逆性及对周围组织影响。需进一步研究阐明特定衰老亚型如何跨 diverse背景影响肿瘤发生，并确定其在癌症抑制或促进中精确机制贡献。

6 靶向衰老的治疗

靶向衰老细胞的治疗策略分几类：衰老细胞清除剂（senolytics）、衰老形态剂（senomorphics）、免疫疗法和重编程方法。Senolytics通过靶向抗凋亡机制清除衰老细胞。最临床 advanced senolytics包括达沙替尼和槲皮素，现处年龄相关疾病和神经退行条件I/II期试验，其联合给药 disrupt关键细胞生存网络。Navitoclax（BCL-2/BCL-XL抑制剂）在临床肿瘤试验显示前景，但作为单药应用因副作用受限。新兴 senolytic模式如蛋白降解靶向嵌合体（PROTACs）和靶向衰老相关表面抗原抗体-药物偶联物在临床前模型显示选择性，但仍处早期开发阶段。相反，senomorphics设计调节SASP因子有害效应而不诱导细胞死亡。药剂如二甲双胍、雷帕霉素和ruxolitinib在临床试验显示降低SASP驱动炎症全身功效。免疫疗法方法包括嵌合抗原受体（CAR）T细胞和衰老特异性疫苗，设计识别衰老细胞标志物，在临床前模型显示通过免疫机制增强衰老细胞清除潜力。类似地，表观重编程策略旨在恢复细胞年轻转录谱而不妥协细胞身份，处早期临床前阶段，概念验证研究显示部分 rejuvenation效应。

7 结论

自Hayflick和Moorhead近六十年前首次引入细胞衰老概念，我们对衰老细胞理解大幅扩展。细胞衰老研究主要剩余挑战是体内衰老细胞识别。尽管提出多种标志物，其特异性常随细胞类型、组织背景和发育阶段变化。经典愿景是识别所有衰老细胞单一通用标志物。确实，规范标志物如p16和p21广泛用于体内衰老细胞识别，过去十年作为衰老研究标准工具。但考虑衰老细胞异质性新兴概念，背景特异性标志物 panel tailored to衰老亚型可能为诊断和治疗应用提供更高精度。另一挑战是衰老细胞持续存在，主要由其抗凋亡性驱动。这种抗性在各衰老亚型间变化，削弱当前基于衰老 therapy有效性。尽管已知衰老细胞体内导致多有害后果，它们可在组织再生中 play有益角色。广泛清除衰老细胞可能因此干扰 essential生理过程，包括发育和稳态。总之，衰老细胞治疗靶向 pose众多挑战，尤在实现亚型特异性精度。考虑时相、组织环境和特定衰老亚型的个性化方法为选择性移除有害衰老细胞和缓解年龄相关功能衰退提供有前景替代。创新递送系统如蛋白基载体和纳米粒子可能改进此类干预特异性和功效。同时，提高衰老细胞表征跨时相和背景轴分辨率对推进理解其体内多样角色关键。扩展衰老研究范围至包括新兴触发因素（如PMD）对 unravel衰老细胞多样性复杂性 pivotal。利用此多样性代表具有深远意义变革前沿，对衰老、癌症和再生医学。