综述：Senolytics作为关键信号通路调节剂：对抗脑衰老和神经退行性疾病的一种有前景策略

《Molecular Neurobiology》：Senolytics as Modulators of Critical Signaling Pathways: a Promising Strategy to Combat Brain Aging and Neurodegenerative Disorders

本综述系统阐述了衰老细胞（SnCs）在脑衰老及神经退行性疾病（NDDs）中的核心作用，重点介绍了senolytics（如槲皮素、非瑟汀）通过清除SnCs、抑制衰老相关分泌表型（SASP）来减轻神经炎症、改善认知功能的潜力。文章深入探讨了mTOR、AMPK、SIRT1和Nrf2-Keap1等关键信号通路在调控自噬、氧化应激及细胞衰老中的相互作用，并展望了纳米载体递送senotherapeutics等新型治疗策略面临的挑战与未来方向。

　　

引言

脑衰老是一个复杂的自然过程，是阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）等神经退行性疾病（NDDs）的重要风险因素。衰老细胞的积累是脑衰老的一个显著标志。这些细胞抵抗凋亡性细胞死亡，产生促炎细胞因子，增加氧化应激，并储存加剧神经退行性变的毒性蛋白。衰老细胞通过将衰老表型传递给邻近健康细胞，导致神经炎症和神经元微环境功能障碍。Senolytics（衰老细胞清除剂）因其能特异性靶向并清除衰老细胞，已成为减轻脑衰老影响的一种可行治疗选择。

细胞衰老

细胞衰老是细胞周期不可逆性停滞的状态，是衰老的一个突出标志。它与细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（如CDKN2A/p16^Ink4a和CDKN1A/p21^CIP1/WAF1）的上调密切相关。这些细胞会释放衰老相关分泌表型（SASP），包括趋化因子、细胞因子和某些生长因子到周围环境中。SASP以旁分泌方式扩散，将衰老表型传递给邻近的健康细胞。它们还触发衰老细胞抗凋亡途径（SCAP），保护这些细胞免于凋亡性细胞死亡。

衰老可由多种刺激引发，包括DNA损伤、线粒体功能障碍、氧化应激以及SASP分泌的因子。

DNA损伤

DNA双链断裂虽然不常见，但具有高度致突变性，会导致毒性。成熟的神经元中，非同源末端连接是主要的DNA损伤修复途径。ATM丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶在DNA双链损伤时高度上调。活化的ATM激酶磷酸化并激活检查点激酶2（CHK2）和p53，两者在诱导衰老中都起重要作用。DNA损伤会激活一系列称为DNA损伤反应（DDR）的途径。端粒缩短作为细胞重复复制的一部分，也是激活DDR和启动细胞衰老过程的促成因素。

线粒体功能障碍

功能失调的线粒体可通过每个线粒体的呼吸能力下降、线粒体膜电位（ΔΨ_m）降低以及活性氧（ROS）浓度增加来解释细胞衰老。电子传递链（ETC）复合体I的功能随年龄增长而下降，特别是在脑、骨骼肌和肝脏中。复合体I与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）氧化为NAD⁺有关，呼吸能力下降可能导致衰老和细胞衰老过程中观察到的NAD⁺/NADH平衡紊乱。

氧化应激

衰老细胞以代谢功能失调为特征，包括溶酶体功能恶化和脂褐素（一种不可生物降解的细胞内分解代谢聚集体）的积累。溶酶体功能不当会减少线粒体自噬（mitophagy），导致畸形线粒体聚集，进而增加ROS。这导致溶酶体成为靶点，并加剧大分子损伤，导致衰老表型表达增加。活性氧是细胞衰老的主要调节因子，并触发上述所有相关的衰老表型。

衰老相关分泌表型（SASP）

衰老细胞的分泌组与其正常增殖对应细胞截然不同。SASP可分为细胞因子、趋化因子、生长因子、蛋白酶和不溶性细胞外基质（ECM）因子。在神经元中鉴定的SASP因衰老阶段、细胞类型、模型生物和引发衰老的分子而异。白细胞介素-6（IL-6）是SASP中起主要作用的一种突出细胞因子。另一个值得注意的细胞因子是IL-1（α和β），它在衰老细胞中过度表达。正常脑衰老和年龄相关的神经退行性疾病与由小胶质细胞介导的促炎细胞因子IL-1β和IL-6水平升高有关。

脑衰老与衰老细胞数量增加有关，这些细胞诱发神经炎症和免疫力下降。为了认识衰老与炎症之间的这种关键关系，"炎症衰老"（inflammaging）作为一个新兴概念被提出。炎症衰老是指与炎症相关的标志物（如趋化因子、细胞因子和生长因子）水平升高，最终导致慢性损伤。鉴于炎症在衰老中的突出作用，它现已被接受为一个突出的标志。

即使衰老细胞在组织中的数量与健康细胞相比非常少，衰老细胞仍然能够产生年龄相关的神经退行性疾病。衰老细胞分泌的SASP通过破坏细胞稳态和通过SASP的旁分泌转移将衰老表型传递给邻近健康细胞，有助于加速衰老过程。

脑衰老和神经退行性疾病中的衰老

尽管脑衰老是普遍存在的自然现象，但这一过程的程度在个体间差异很大，强调了脑衰老过程的异质性。脑萎缩（灰质体积减少和皮质层变薄）、白质完整性和体积下降以及跨突触信息传递失调是伴随脑衰老的主要变化。

在脑细胞总数中，胶质细胞约占所有细胞的50%，在健康和疾病背景下调节脑稳态过程中起关键作用。当暴露于氧化应激或蛋白酶体功能抑制剂时，鼠和人类星形胶质细胞显示增殖能力下降以及几种公认的细胞衰老标志物（如SA-β-gal活性和p53、p16^INK4A蛋白水平）表达改变。衰老也可以由淀粉样β斑块沉积在星形胶质细胞中触发。

衰老的胶质细胞显示功能化小胶质细胞效应因子增加。在衰老的小胶质细胞中报道了促炎细胞因子（如IL-1β、TNF-α和IL-6）的表达升高。然而，基于流式细胞术分析的研究显示，来自老年小鼠脑的p16^Ink4a和p21^WAF1/CIP阳性小胶质细胞数量增加。

成熟的神经元有潜力持续我们的一生，并表现出显著的可塑性潜力。尽管神经元功能随年龄增长急剧下降，但针对神经元衰老治疗神经退行性疾病的努力仍然缺乏。由于神经元作为有丝分裂后、非增殖细胞（停滞在细胞周期G0期）存在，在神经元衰老过程中，它们必须遵循除抑制增殖之外的其他机制。最广泛使用的细胞衰老标志物是SA-β-gal活性增加。研究揭示了老年大鼠海马区SA-β-gal水平升高。

阿尔茨海默病（AD）

AD是最突出的神经退行性疾病，是老年人中最常见的痴呆形式，占所有痴呆病例的60-70%。它表现为三个突出标志：Aβ斑块、tau蛋白磷酸化、定向障碍和记忆损伤。AD最突出的风险因素是衰老及相关衰老。在AD患者大脑中，观察到发生衰老的星形胶质细胞和小胶质细胞，同时SA-β-gal活性增加。这些衰老细胞通过诱导NF-κB和p38/MAPK通路，分泌TNF-α和炎性细胞因子如IL-6和IL-8，并通过旁分泌转移将这些特征传递给邻近细胞。

帕金森病（PD）

PD是仅次于AD的最突出神经退行性疾病，其特征是黑质致密部功能性神经元丧失，包括α-突触核蛋白聚集体的沉积。在PD脑组织中，p16^INK4a和各种SASP因子（如MMP-3、IL-6、1α和8）的水平增加。这些发现暗示衰老参与多巴胺能神经元的变性。线粒体功能障碍与PD的病理生理学密切相关。

多发性硬化（MS）

MS被归类为一种自身免疫性疾病，身体的免疫系统攻击覆盖神经元的髓鞘，导致其变性和神经传递失调。衰老和年龄相关衰老是MS的常见驱动因素。衰老小胶质细胞分泌的SASP（如细胞因子）导致如MS等神经退行性疾病。

肌萎缩侧索硬化（ALS）

ALS是一种影响运动神经元的进行性神经退行性疾病。年龄是ALS的一个众所周知的致病因素，与细胞衰老密切相关。在ALS患者和疾病模型中，SnCs及相关标志物的存在反映了这两种状况的重叠。

与脑衰老和疾病相关的信号通路

mTOR信号

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是连接氧化应激和自噬的主要通路。它作为能量传感器分子起关键作用。mTOR由两个相关的蛋白复合体组成，即mTORC1和mTORC2。研究表明mTORC1与自噬相关，其抑制导致寿命延长。在正常情况下，当营养可用时，mTOR被激活，它磷酸化ULK1复合体，从而使其失活并抑制自噬体形成。然而，在营养剥夺期间，mTOR被抑制，导致ULK1自身磷酸化和激活，以及自噬体形成，从而减少细胞内的毒性积累。

雷帕霉素是一种由土壤细菌吸水链霉菌产生的天然分子，可通过与TOR相关的免疫亲和素FKBP12结合，直接阻断底物招募，从而抑制mTORC1。

AMPK信号

另一个传感器分子是AMPK，它感知细胞能量的变化，例如ATP和AMP水平的偏差。当ATP水平通过催化α亚基上的苏氨酸磷酸化而降低时，AMPK被激活。它可以调节细胞生长和增殖以及自噬；因此，其信号传导被认为与衰老和寿命有关。

AMPK直接或间接影响自噬过程。它通过直接结合mTORC1受体，使其无法磷酸化ULK1并抑制它。直接通路能够直接磷酸化ULK1以启动自噬体形成过程。此外，AMPK信号通过磷酸化和激活FOXO其调控位点，参与调节氧化应激的基因转录的激活。

二甲双胍也阻碍磷酸基团转移和α-突触核蛋白聚集，通过激活AMPK信号通路保护 against 线粒体功能障碍、氧化应激和自噬调节，并减少神经变性和神经炎症。

Sirtuin 1信号

另一个与延缓细胞衰老相关的分子是sirtuin，其活性受NAD⁺调节。从Sirtuin 1（SIRT1）到SIRT7有七种亚型，其中SIRT1作为一种去乙酰化酶起关键作用。SIRT1在NAD⁺存在下被激活，并去乙酰化FOXO1，这有助于Rab7介导的自噬激活基因转录增加。Sirtuin 1与自噬相关基因（atg5和atg7）的去乙酰化有关，这些基因对自噬体的形成至关重要。

Nrf2-Keap1信号

核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）是控制氧化应激的关键因子，它与Kelch样ECH关联蛋白1（Keap1）相连。正常情况下，Nrf2在细胞质中与Keap1结合，阻止其激活并介导其降解。然而，在应激情况下，例如当活性氧（ROS）增加时，Nrf2可以从Keap1上解离并移入细胞核。在细胞核内，它与抗氧化基因转录单元启动子区域的自噬反应元件（AREs）相互作用，以辅助转录。

mTOR、AMPK、SIRT1和Nrf2-Keap1信号通路之间的相互作用

mTOR、AMPK、SIRT1和Nrf2-Keap1等信号通路负责调节衰老等复杂的生物现象。它们调节衰老、自噬和神经炎症等过程，这些过程反过来又导致年龄相关的神经退行性疾病。各种研究揭示了这些过程之间存在密切的相互联系，从而在保护 against 神经退行性疾病方面产生协同作用。

mTOR通路的激活负责细胞生长；然而，其慢性激活可导致细胞衰老和自噬下降。在神经元和胶质细胞模型中的研究显示，mTOR激活导致SASP（如IL-1β、IL-6和MMPs）的过度产生，这些是炎症标志物，表明长期mTOR激活会导致神经炎症。

另一项关于在AD的APP/PS1小鼠模型中通过雷帕霉素抑制mTOR的研究显示，雷帕霉素治疗抑制了mTOR，从而 consequently 导致SASP标志物表达下降和自噬标志物表达增加。还发现经雷帕霉素治疗的小鼠认知功能有所改善。

AMPK是另一个与自噬调节和mTOR信号密切相关的通路。一项在体外星形胶质细胞培养物中使用AMPK激活剂5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖苷进行治疗的研究显示，p16和β-半乳糖苷酶水平降低，线粒体功能改善。同样，另一项研究证明，使用二甲双胍会导致老年和AD小鼠模型中AMPK通路激活。他们还揭示，AMPK激活减少了小胶质细胞活化并促进了小鼠的神经发生，突显了AMPK激活与神经炎症和脑衰老密切相关。

SIRT1对认知的影响已被研究，揭示SIRT1表达增加导致小鼠模型认知功能改善和神经炎症相关标志物表达下降。

此外，在Aβ处理的体外模型中，由于星形胶质细胞衰老，SASP标志物（如MMP-2和IL-6）的过度表达也导致神经元功能和突触完整性丧失。这些发现表明，大脑中多种细胞受到衰老影响，并将这些特征传递给邻近的健康细胞。

另外，各种研究报道，在体外和体内模型中，神经元和胶质细胞自噬流下降会导致氧化应激和线粒体损伤，从而促进p53-p21通路，导致神经炎症。研究还表明，p62（一种将货物结合到自噬体上的重要自噬成分）与Nrf2从Keap1上解离有关。p62与Keap1结合，从而促进Nrf2的解离。一旦解离，Nrf2进入细胞核并促进AREs的转录。

因此，这些机制是相互关联的，一个通路的破坏会密切影响其他通路的功能。因此，像senotherapeutics这样影响多个通路的治疗干预措施可能是治疗神经退行性疾病的潜在替代方案。

长链非编码RNA（LncRNAs）

核苷酸长度大于200的非编码RNA被识别为长链非编码RNA（lncRNAs），并已被证明在神经退行性疾病中起重要作用。早期研究强调了lncRNAs参与细胞衰老和生长的各种通路，这两者都与自噬密切相关。此外，这些lncRNAs的负调控可能促成许多神经系统疾病的进展。

先前的一项研究揭示，在Aβ处理的AD模型SH-SY5Y细胞中，当lncRNA17A被敲低时，自噬体形成的重要标志物LC3B的水平比lncRNA17A表达升高的细胞中要高。这与GABA_BR2受体（在跨突触传递抑制中起作用）的上调和下调有关，伴随lncRNA 17A的上调和下调。这项研究揭示，lncRNA 17A水平降低可能通过GABA_BR2的可变剪接帮助调节自噬，从而有助于清除衰老细胞。

另一项在AD的APP/PS1小鼠模型上进行的研究揭示，lncRNA NEAT1的表达随年龄增长而增加。lncRNA NEAT1导致PINK1（PTEN诱导的推定激酶1）的泛素化，该激酶对线粒体功能很重要。因此，其泛素化和线粒体自噬可导致线粒体功能障碍和毒性废物积累。

与AD类似，lncRNA NEAT1也通过调节PINK1和LC3B在PD中起关键作用。另一项研究揭示，lncRNA SNHG1的负调控与mTOR抑制和自噬激活有关，这促进了PD患者多巴胺能神经元的存活。然而，另一个lncRNA HAGLROS已被证明通过调节PI3K/AKT/mTOR通路来调节自噬机制。

另一个重要的lncRNA是NEAT1_2，与健康个体相比，它在ALS患者与运动活动相关的神经元中过度表达。这突出了其作为确定ALS的疾病标志物的潜力。此外，lncRNAs在HD的进展中也起重要作用。各种lncRNAs，如MEG3、NEAT1和XIST，通过与miRNAs结合并降低其与靶mRNAs结合的能力而参与HD的发展。

MicroRNAs及其与衰老的关联

MicroRNAs（miRNAs）是长度约为22 bp的小型非编码分子，最近因其通过调节转录和转录后水平的细胞衰老相关通路来调节细胞死亡的作用而受到关注。最近的研究表明，miRNAs能够通过降解mRNAs或通过翻译下调来调节细胞中的衰老和衰老。这个过程被称为转录后基因沉默，其中miRNAs与靶mRNAs的3'UTR形成部分键，最终阻碍它们翻译成各自的蛋白质，并导致mRNA稳定性下降。

许多miRNAs，如miRNA-9、miR-22、miR-29、miR-34a、miR-210、miR-494、miR-106b、miR-125b、miR-126、miR-146a、miR-21、miR-449a、miR-17-92簇和miR-200家族，在衰老细胞中差异表达。越来越多的证据表明，miRNAs通过关键的p16和p53信号通路以及SASP调节因子参与与细胞周期和衰老串扰的信号级联反应。

在应激条件下，p16通路的激活可诱导衰老， consequently 导致CDK抑制，从而抑制视网膜母细胞瘤磷酸化，使E2F失活，并诱导衰老。许多miRNAs通过与p16 mRNA相互作用并调节其表达水平直接调节细胞衰老过程。例如，miRNA-24（miR-24）通过转录后方法，通过附着于人二倍体成纤维细胞中p16 mRNA的3'UTR来抑制p16表达，从而抑制复制性衰老。此外，各种其他miRNAs通过激活p16信号级联而不直接附着于p16来调节细胞衰老过程。例如，miR-217直接抑制DNA甲基转移酶1（DNMT1）表达导致p16蛋白和mRNA表达上调，最终导致人皮肤成纤维细胞衰老。

与p16信号类似，各种miRNAs，如miR-25、miR-30d和miR-125b，通过直接结合p53并抑制其翻译来抑制衰老。miR-25和miR-30d直接靶向p53，而miR-125b负调控p53表达。

一个多样化的miRNAs组调节SIRT1的水平。值得注意的是，miR-34a通过靶向多种组织中的SIRT1诱导细胞衰老。发现miR-217通过直接靶向SIRT1诱导早衰样表型。miR-34a过表达可诱导衰老，miR-34a被认为是治疗炎症和年龄相关疾病的有前景的靶点。也有报道称，靶向SIRT1以外的抗氧化通路中的基因有助于氧化应激介导的细胞衰老。然而，另一项研究报道，miR-34a表达增加可导致关键SASP IL-6水平升高。

另一个miRNA miR-155的缺失导致促炎细胞因子IL-1β表达下降。已知miR-9调节IL-17A的促炎作用。miR-335表达增加显著减少炎症分子（包括IL-1β、-6和-8）的表达。

miRNAs负责调节重要的细胞周期调节因子p16，这是一种与肿瘤抑制相关的基因。p16通过作为细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs），特别是CDK4和CDK6的抑制剂起作用。这些CDKs对于细胞从细胞周期的G1期过渡到S期很重要。p16的存在抑制了这种过渡并导致细胞周期停滞，促成衰老。miRNAs如miRNA-24、miRNA-300、miRNA-514、miRNA-613和miRNA-141通过抑制或压制p16表达来帮助细胞从G1期过渡到S期。miRNA-24与p16结合导致其翻译下降，而其他miRNAs导致p16表达抑制。

miRNA-335和miRNA-9已知影响基质金属蛋白酶（MMPs）的功能，如MMP-14和MMP-2。MMP-14是一种膜结合蛋白，是存在于胶质细胞和神经元上的proMMP-2的激活剂。这种激活导致ECM成分层粘连蛋白和胶原蛋白的降解，并导致血脑屏障（BBB）渗漏、神经炎症和神经元死亡。这些MMPs水平升高也是各种神经退行性疾病（如AD和MS）进展的原因。因此，miRNAs如miRNA-335和miRNA-9通过NF-κB和SOX4通路抑制这些MMPs，从而导致ECM降解减少和完整的BBB。

靶向大脑中衰老细胞的策略

鉴于SnCs在神经退行性疾病发展中的关键作用以及SASP通过将衰老表型转移到附近健康细胞而参与疾病进展，清除SnCs或阻碍SASP产生的策略已成为关键的治疗干预措施。Senotherapeutics是一类包括合成和天然药物的药物，涵盖两大类：senomorphics（衰老表型调节剂）和senolytics（衰老细胞清除剂）。这类药物的主要目标是减轻细胞衰老的有害后果，从而减轻衰老和年龄相关疾病。

Senomorphics通过靶向SASP分子（如趋化因子和细胞因子）的释放和信号传导起作用。它们参与阻断衰老特征向附近健康细胞的传递，但不引起分泌SASP的SnCs死亡。这些senomorphics主要通过靶向mTOR、p38MAPK、JAK/STAT和PI3k/A