综述：解读细胞衰老与细胞外囊泡之间新兴的相互关系：对治疗和诊断的意义

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Deciphering the Emerging Interrelationship Between Cellular Senescence and Extracellular Vesicles: Implications for Therapy and Diagnosis

本综述系统阐述了细胞衰老（Cellular Senescence）与细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）在衰老及年龄相关疾病中的双向调控作用。文章重点探讨了衰老细胞来源的EVs通过传播衰老相关分泌表型（SASP）促进旁观者衰老的机制，同时揭示了健康细胞（如干细胞）来源的EVs的抗衰老潜力。此外，还前瞻性地分析了肠道微生物和膳食植物等非哺乳动物来源EVs的衰老调节功能，及其在生物标志物开发和免疫调节中的应用前景与挑战。

　　

Abstract

细胞衰老正成为衰老的主要潜在机制之一。随着年龄增长，在大多数组织和器官中均可观察到衰老细胞，这会加剧组织功能障碍和炎症性疾病。细胞外囊泡（EVs）是由几乎所有细胞释放的纳米级囊泡，其携带的细胞类型依赖性分子货物可在受体细胞中产生药理效应。鉴于衰老是机体中的一种全局现象，且EVs由多种细胞类型释放，本综述试图阐述它们在调节细胞衰老和年龄相关疾病的各个方面的复杂相互作用，以及潜在的诊断途径、研究空白和挑战。衰老细胞释放的EVs在生物物理学上有所不同，不仅可促进更健康细胞中的旁观者衰老，还能通过促肿瘤生成和促炎环境加速年龄依赖性慢性疾病的发展。相反，从健康细胞（通常是干细胞）中分离的EVs可以抑制衰老，促进炎症稳态，并延长体内寿命。新型的非哺乳动物来源EVs，包括肠道微生物群和膳食植物，也正被认识到具有潜在的衰老调节作用。EVs在衰老过程中调节免疫细胞反应的一个先前未知的作用也在发展中，基于EVs的生物标志物被识别出来，旨在早期预测和诊断衰老。然而，在EVs的技术和转化层面仍存在若干挑战，未来的研究应侧重于识别衰老细胞亚型和免疫细胞中的EVs，理解非哺乳动物来源EVs在调节衰老中的作用，并确立EVs的安全性，以全面理解其在调节细胞衰老中的病理、治疗和诊断潜力。

Introduction

衰老是一种多因素、有害且看似不可避免的现象，支配着机体的寿命。更重要的是，衰老也与健康和发病率密切相关，并且随着年龄增长，慢性疾病的风险增加[1], [2]。已有多种理论被提出以解释衰老的机制，并将其后果与年龄相关的发病率和死亡率联系起来[3]。从进化角度看，所有物种都有一个必需的、用于繁殖和物种延续的寿命，这受到一系列因素的影响，包括代谢率和环境生态位。体细胞失活理论假设，特定物种的寿命是由体细胞维持（由于环境压力因素）和生殖义务之间的进化权衡所决定的[4]。另一方面，在细胞水平上，已设想了程序化和非程序化的衰老理论，它们常常错综复杂地相互作用[5]。无论如何，理解衰老的细胞和分子基础可能有助于将物种的寿命提高到其全部潜力。有趣的是，一项全球人口统计分析显示，人类寿命可能固定在115年左右[6]，尽管维持人类复原力预计可赋予120-150年的寿命[7]。

衰老的确切根本原因和机制尚未完全明了，并且在衰老的基本方面缺乏共识，包括其起源、进化意义和缓解策略[8], [9]。尽管如此，已识别出十二个现代衰老标志，即基因组不稳定性、端粒磨损、表观遗传改变、蛋白质稳态丧失、营养感应失调、线粒体功能障碍、细胞衰老、干细胞耗竭、细胞间通讯改变、巨自噬功能障碍、炎症衰老和肠道菌群失调，这为研究衰老提供了一个综合框架[10]。细胞衰老已成为衰老和年龄相关疾病的主要标志和驱动因素之一[11], [12], [13]。已知衰老细胞负荷在小鼠[14]、人类[15]和非人灵长类动物[16]的多个组织中随年龄增长而增加。近期的突破性研究表明，选择性清除衰老细胞可以显著改善实验动物和人类的发病率和寿命[17], [18], [19], [20]。另一方面，将衰老细胞移植到健康动物体内会诱导过早的年龄相关疾病表型[21], [22]，而抑制衰老则降低了炎症性疾病的发生率并改善了寿命[23], [24], [25]。因此，评估细胞衰老的程度和深度似乎可以预测小鼠和人类的寿命及死亡风险[26], [27]，这并不令人惊讶。

有趣的是，最初只有有丝分裂能力的细胞被认为易发生衰老；然而，越来越多的证据现在表明，即使是终末分化的细胞，如神经元、心肌细胞和免疫细胞，也可以发展出衰老的特征[28], [29], [30], [31]。此外，据报道，复杂异质性组织中的不同类型的细胞都会经历衰老。例如，肝组织中的细胞，如肝细胞、窦状内皮细胞、星状细胞和库普弗细胞，表现出年龄依赖性的体内衰老[32], [33], [34], [35]。值得注意的是，即使在年轻小鼠全身仅存在少量（0.01-0.03%）的衰老细胞，也足以诱导年龄相关表型，从而表明衰老在塑造生理衰老中的重要性[36]。新兴的理论现在认为，细胞衰老可能是其他衰老标志的核心特征，如表观遗传变化[37]、慢性炎症[38], [39]、肠道微生物群失调[40], [41]、端粒磨损[42]、基因组不稳定性[43], [44]、蛋白质稳态丧失[45]和线粒体功能障碍[46], [47]。因此，理解细胞衰老并在组织中治疗性靶向衰老细胞负荷是目前有前景且令人兴奋的健康衰老干预措施之一[48]。然而，衰老细胞的进化意义、它们在预防肿瘤发生中的作用以及它们在伤口愈合和胚胎发生等过程中的有益方面也是已知的，这为倡导全面的以细胞衰老为中心的衰老观点设置了主要障碍[49], [50]。此外，衰老细胞也高度异质化，已提出具有不同功能相关性的衰老细胞亚型[51], [52]。尽管如此，人们普遍认为，并非衰老细胞本身的存在，而是它们随年龄在组织中的积累才是有害和促衰老的。无论如何，鉴于细胞衰老在衰老中日益凸显的核心作用，理解细胞衰老在衰老和疾病中的病理贡献变得越来越重要（图1）。

细胞外囊泡（EVs）指的是从细胞释放的、由脂质双层界定且不能自我复制的颗粒[53]。根据最新的MISEV2023指南，EVs主要可根据其生物发生途径和大小进行分类。例如，外泌体（Exosomes）是在多泡体（MVBs）内形成作为腔内囊泡，然后通过MVBs与质膜融合而分泌的EVs，而微囊泡（Microvesicles）是直接从质膜出芽形成的[53]。然而，除非特别证明了其机制性生物发生，现在不鼓励使用此类特定命名法，因此建议使用总称EVs[53]。在操作上，EVs按大小分类：小EVs（<200 nm）和中/大EVs（>200 nm），这为跨研究报道和比较提供了一个实用框架[53]。EVs由原核生物和真核生物释放，含有多种分子，包括蛋白质、脂质和不同类型的RNAs，这些分子可以直接影响受体细胞中的细胞过程，如细胞信号传导和转录，从而导致细胞生理反应的调节。因此，人们越来越关注EVs如何在健康和疾病中调节生理反应，尽管也认识到了一些技术挑战和生理局限性[54], [55]。

衰老是机体中的一种全局现象，并且观察到所有类型的细胞，包括有丝分裂细胞、有丝分裂后细胞和成体干细胞，在大多数组织和器官中都会随着年龄增长而发生衰老。尽管细胞衰老的进展和衰老细胞负荷在个体组织中可能存在异质性，但这些组织通过血管系统不断相互作用，而EVs可能介导了这一过程，因此可能是“传播”细胞衰老的核心。人们越来越关注理解EVs在衰老和年龄相关疾病中的作用[56], [57], [58], [59]，但整合当前关于细胞衰老和EVs文献的专门综述却很少。先前一篇简短的综述报道了EVs在细胞衰老中作为细胞间通讯关键介质的作用日益增强[60]。本手稿旨在通过关注EVs在衰老和疾病中的促衰老和抗衰老作用，以及对非哺乳动物来源EVs（如肠道微生物群和药用膳食植物）在调节衰老中日益增长的影响进行讨论，从而提供一篇更全面、深入和有针对性的关于EVs介导的细胞衰老调节的综述。为此，在PubMed和Google Scholar等索引搜索引擎中进行了全面搜索，关键词包括“细胞衰老与细胞外囊泡”、“细胞衰老与外泌体”、“衰老中的细胞外囊泡”、“年龄相关疾病中的细胞外囊泡”、“肠道微生物来源的EVs与衰老”和“药用植物来源的EVs与衰老”。总体而言，本综述旨在使读者了解细胞衰老与EVs的新兴范式，并探索已知挑战和研究空白下的合理机制、治疗和诊断策略。

Section snippets

Cellular senescence in ageing and disease

衰老的细胞基础断言，机体衰老始于细胞衰老。长期以来，体细胞与时序衰老之间的直接联系仅是推测性的。然而，体细胞在体外失去复制能力并随后发生衰老的这一开创性发现被誉为缺失的一环[61]。在这一发现数十年后，新的研究结果提供了强有力的证据，表明确实是衰老细胞在组织中的积累构成了衰老过程的细胞基础。

EVs and their physiological relevance

EVs被视为理解细胞功能、疾病发病机制、诊断和治疗的下一个重大革命。EVs传统上根据其大小和生物发生进行分类：外泌体（30–150 nm）、微囊泡（100–1000 nm）和凋亡小体（> 1000 nm）[83]。EVs的生物发生也不同，其中外泌体通过内体途径产生，微囊泡通过质膜出芽和起泡产生，凋亡小体则在程序性细胞死亡过程中释放。

EVs and cellular senescence in ageing and disease

组织衰老细胞负荷随年龄增长而增加，尽管程度不同。然而，鉴于几乎所有细胞类型和组织都会发生衰老和SASP发展，有理由认为EVs可能介导器官间的衰老信号传导。由于大多数细胞都分泌EVs，因此，根据亲本来源的不同，EVs可以增强或抑制衰老，从而发挥调节作用。尽管血液中EVs的循环水平很低，但衰老细胞的EVs具有独特的特征，并可能通过循环系统传播衰老信号。

Current known limitations in EVs research

尽管证据不断涌现，但当前基于EVs的诊断和治疗方法仍存在若干概念性、技术性和转化性障碍。EVs在大小、内容和来源上高度异质。通过大小或生物标志物区分EVs亚型（如外泌体、凋亡小体和微囊泡）并非排他性的，并且没有针对各种EVs亚型的特异性区分标志物[236]。因此，对于给定的表型效应，并不总是能确定是哪种特定的EVs亚群负责。

Future directions relating to EVs and senescence

正如本文所讨论的，EVs似乎以多种方式影响细胞衰老的系统性进展。然而，如图4所述并如下文讨论，要清晰全面地理解EVs与细胞衰老之间的相互关系，仍有几个问题需要解决。

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  重要的是要注意，大多数建立EVs与细胞衰老之间任何相关性或因果关系的研究仍处于初步阶段。
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  需要更好地理解EVs货物在介导其促衰老或抗衰老作用中的具体作用。
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  非哺乳动物来源EVs（如来自微生物群或植物）在衰老调节中的作用是一个新兴领域，需要更多探索。
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  EVs作为衰老生物标志物的可靠性和特异性需要在前瞻性临床研究中得到验证。
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  确保EVs基于治疗的安全性，特别是长期影响，是临床转化的关键挑战。

Conclusions

总之，有足够的临床前证据表明，EVs可以通过多种方式调节衰老。衰老细胞的EVs谱与增殖细胞显著不同，这不仅可加速受体健康细胞中的衰老进程，还能促进年龄相关疾病。EVs有可能被用作衰老和衰弱生物标志物和治疗靶点。然而，在我们的研究方法、技术能力和理论基础方面仍存在若干注意事项和空白。