综述：骨骼作为衰老和细胞衰老的生物标志物：通过饮食、营养和运动连接肌肉骨骼健康与长寿

《Biology》：Bone as a Biomarker of Ageing and Senescence: Connecting Musculoskeletal Health to Longevity via Diet, Nutrition and Exercise

　　

随着年龄增长，肌肉骨骼（MSK）健康与完整性逐渐下降，使骨骼不仅是一个结构框架，更是生物衰老的动态指标。骨组织通过骨细胞（osteocytes）、成骨细胞（osteoblasts）、破骨细胞（osteoclasts）、祖细胞或间充质干细胞/基质细胞（MSCs）以及生长因子（growth factors）之间紧密调控的相互作用进行持续重塑。随着年龄增长，这种平衡向骨吸收增加、脂肪组织形成增加、骨形成减少和骨微结构（microarchitecture）恶化转变。这最终可能导致衰弱、骨折风险增加以及其他年龄相关疾病（ARDs），这些疾病源于衰老、细胞衰老（cellular senescence）和炎症衰老（inflammaging）。有趣的是，骨源性变化通常先于这些ARDs的临床表现，表明其作为生物衰老和长寿风险的早期生物标志物具有潜在用途。在该综述中，研究人员探讨了将骨骼用作衰老生物标志物的可能性，随后介绍了促进骨骼长寿的抗衰老策略。研究人员首先讨论了当前对骨骼、骨髓（BM）、BM随衰老的变化以及当前追踪骨骼衰老的方法（包括临床和实验方法）的认识。随后，研究人员探讨了研究抗衰老策略的文献，特别关注饮食、运动和生活方式，以促进骨骼健康和长寿。最后，研究人员讨论了实现这一目标的局限性、该领域的未来前景以及可能用于将骨骼作为衰老生物标志物的理念从实验室转化为临床的方法。

论文主体部分总结如下：

**1. 引言**
衰老及年龄相关变化是复杂的自然过程，常伴随多种共病和年龄相关疾病（ARDs）。全球老龄化趋势下，肌肉骨骼（MSK）疾病如骨关节炎（OA）、骨质疏松症（OP）和类风湿关节炎（RA）严重影响生活质量。这些疾病共享慢性炎症（由肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素1β（IL-1β）和白细胞介素6（IL-6）介导）、RANK/RANKL/OPG轴失调的骨重塑、细胞衰老以及免疫-骨骼相互作用等机制。骨骼作为核心动态器官，其骨髓（BM）包含造血干细胞（HSCs）和间充质干细胞/基质细胞（MSCs），后者分化为骨、软骨和脂肪。随着年龄增长，MSCs数量下降、成骨分化向成脂分化偏移，导致BM“脂肪化”；同时，HSCs出现“髓系偏移”，即向髓系细胞分化增强。这些变化可由细胞衰老和衰老相关分泌表型（SASP）解释，进而引发慢性低度炎症（炎症衰老）。追踪这些细胞水平变化可为健康衰老和MSK长寿提供策略。目前追踪骨骼衰老的方法包括影像学（如双能X线吸收测定法（DXA）测量骨密度（BMD）、高分辨率外周定量CT（HR-pQCT）测量骨小梁微结构）、组织学骨活检以及衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）检测。饮食、营养和运动对骨骼健康的影响至关重要，该文章旨在阐明这些因素与骨骼衰老的关键联系。

**2. 方法与搜索策略**
采用叙述性综述方法，以“骨骼衰老”、“生物标志物”、“细胞衰老”、“饮食”、“运动”和“抗衰老策略”为关键词，在PubMed和Google Scholar数据库中检索近二十年文献，重点关注MSK系统。纳入全文文献，排除无全文者。文献质量由作者审核。使用FigureLabs.AI生成图表。尽管进行了全面检索，但存在偏倚风险，可能遗漏部分研究。

**3. 健康与衰老中的骨骼和骨髓（BM）**
**3.1 骨骼与骨疾病的年龄相关变化**
BM在骨骼结构中起核心作用，负责骨重塑（破骨细胞骨吸收与成骨细胞骨形成）。该过程由核因子κB受体活化因子（RANK）/RANK配体（RANKL）/骨保护素（OPG）系统调控。骨细胞作为主要机械感受细胞，通过骨陷窝-小管网络（LCN）协调信号传导。衰老导致骨细胞丢失、细胞衰老、树突连接减少和LCN退化，削弱机械感觉和成骨反应。骨细胞分泌硬化蛋白（SOST）和促炎SASP因子，抑制Wnt/β-catenin信号并促进骨吸收。RANKL由MSCs、成骨细胞和骨细胞产生，激活破骨细胞；OPG作为诱饵受体阻止RANKL结合。年龄增长导致骨吸收超过骨形成，引发骨丢失。

**3.1.1 骨髓脂肪化**
衰老过程中，骨髓脂肪组织（BMAT）增加，这源于BM-MSCs向成脂分化偏移。BM-MSCs具有三系分化能力，但年龄增长使成脂分化增强，破坏骨-脂肪平衡。脂肪前体细胞分泌的RANKL促进破骨细胞生成，而脂肪细胞分泌的脂联素和瘦素进一步扰乱骨稳态。转录因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ）是成脂分化的关键驱动因子，其缺失可保护小鼠免于年龄相关骨丢失；而成骨转录因子RUNX2和osterix随衰老下降，促进骨髓脂肪化。

**3.1.2 干细胞数量与功能的变化**
BM中MSCs和HSCs数量随年龄变化不同。体外和离体研究表明，BM-MSCs数量随衰老下降，尤其在40-60岁之间降幅显著，60岁后趋于稳定。MSCs功能（增殖、集落形成、分化、迁移、支持造血和免疫调节）均下降，其机制尚待明确。HSCs数量反而增加，这被认为是代偿反应，但其增殖、分化和再生能力受损。HSC衰老的标记物已知，但机制仍在探索中。

**3.2 追踪骨骼年龄相关变化的当前方法**
**3.2.1 诊断工具与临床方法**
影像学技术提供非侵入性纵向评估。DXA测量BMD，用于骨折风险预测，但分辨率有限。HR-pQCT可三维评估骨小梁和皮质结构（包括孔隙率和厚度）。骨折风险评估工具（FRAX）结合临床风险与DXA预测十年骨折概率。骨小梁评分（TBS）间接反映骨微结构。骨转换标志物（BTMs）如P1NP（骨形成）和CTX（骨吸收）提供短期快照。新兴分子成像如衰老标记探针可用于可视化衰老细胞。人工智能（AI）工具进一步提取骨衰老信息。

**3.2.2 实验方法**
BM-MSCs形态学上呈拉长、核大、颗粒增多等衰老特征。技术上通过SA-β-gal染色、活性氧（ROS）检测和蛋白阵列鉴定衰老。功能性实验包括增殖（EdU/Ki67）、端粒缩短和分化潜能检测。流式细胞术和自发荧光可定量分析衰老细胞。HSC衰老通过分子谱（如簇蛋白）、SA-β-gal、p16^INK4a/p21表达及DNA损伤标记评估；体内金标准为移植实验和谱系追踪。多组学方法（如单细胞RNA测序）可揭示BM衰老的细胞异质性和衰老轨迹。

**3.3 骨骼衰老与细胞衰老的遗传学**
遗传、表观遗传和细胞因素共同调控骨骼衰老。骨形成与吸收的平衡、干细胞功能及衰老细胞积累受遗传影响。细胞衰老的特征为不可逆细胞周期停滞和促炎SASP，破坏骨稳态。基因层面涉及端粒功能障碍、p16^INK4a/p21^CIP1通路激活、Wnt信号失调等。MEN1-mTORC1信号与成骨细胞衰老相关。遗传改变降低骨基质合成，衰老骨细胞中LCN通信受损。Wnt/β-catenin信号（如低密度脂蛋白受体相关蛋白5（LRP5）、SOST）和mTORC1活性失调导致骨丢失和骨髓脂肪化。这些发现提示靶向CDKN2A的衰老细胞清除疗法、Wnt和mTORC1调节等治疗方向。

**3.4 当前使用的生物标志物及关键通路**
骨骼衰老的临床生物标志物包括BMD（DXA）、TBS和BTMs。细胞和分子水平上，SA-β-gal阳性细胞增多、成骨细胞减少、骨细胞功能障碍、破骨细胞活性增强及MSC成骨潜能下降。关键分子包括SOST、RANKL、OPG、FGF23及Wnt/β-catenin通路组分。炎症衰老和衰老通过TNF-α、IL-1、IL-6等促进骨吸收。骨-血管轴涉及RANKL/OPG、Wnt/β-catenin、FGF23等。骨-肌肉轴由肌因子和机械传导介导。肠-骨轴中，年龄相关肠道菌群失调（dysbiosis）通过减少短链脂肪酸（SCFAs）、促进炎症衰老影响骨重塑。

**4. 骨骼长寿策略**
**4.1 抗衰老策略概述：三管齐下**
抗衰老策略分为三类：药物策略（如抗骨吸收药双膦酸盐、地舒单抗，促骨形成药特立帕肽、罗莫索单抗，以及衰老细胞清除剂达沙替尼+槲皮素和衰老相关分泌表型调节剂）、生物制剂（如富血小板血浆（PRP）、干细胞疗法、生物材料支架）和生活方式干预（钙、维生素D、蛋白质摄入，ω-3脂肪酸、抗氧化剂，负重和抗阻运动，戒烟限酒）。年轻供体微环境（血清或细胞外基质）可增强年老BM-MSCs的增殖和再生能力。

**4.2 饮食与营养对骨骼衰老、细胞衰老和炎症衰老的影响**
饮食干预方面，西梅（Prunus domestica L.）在绝经后骨骼健康中证据充分：每日50-100克可防止髋部BMD丢失，降低促炎细胞因子。白藜芦醇（RESHAW试验）每日75毫克（每日两次）改善腰椎和股骨颈BMD，降低CTX。维生素D和ω-3（VITAL试验）未显示降低骨折风险。维生素K2（MK-7）效果不一：一项试验显示减缓BMD下降，另一项则无益。益生菌效果因菌株和人群而异：鼠李糖乳杆菌6475减少老年低BMD女性骨丢失，但早期绝经后女性中无效。总体而言，地中海饮食模式和多靶点营养干预更有前景。

**4.3 运动与活动对骨骼衰老、细胞衰老和炎症衰老的影响**
运动通过影响BM微环境对抗骨骼衰老。预临床证据表明，运动减少骨髓脂肪组织（BMAT）积累，促进成骨，改善淋巴细胞生成，抑制髓系偏移。运动可抑制巨噬细胞来源的PCNA钳夹相关因子（PCLAF），减少BM脂肪细胞衰老。自愿跑步降低炎症性白细胞生成，12周运动干预降低老年人p16、p21、cGAS和TNF-α水平。高强度负重和抗阻运动维持绝经后女性脊柱和股骨骨密度，但超重成人中效果有限。机械拉伸降低衰老MSCs的衰老标志物并恢复成骨潜能。衰老破坏骨细胞LCN，削弱机械感觉和成骨反应，但运动可通过骨细胞Sirt3和连接蛋白43（Cx43）通路部分恢复。总体而言，运动更倾向于维持骨骼稳态，而非完全逆转已形成的结构退化。

**4.4 其他现有与新兴策略**
除饮食和运动外，衰弱和肌少症项目（肌肉强化、平衡训练）、跌倒预防计划（家庭环境评估、视力矫正）可减少骨折。控制炎症衰老通过管理炎症性疾病和代谢健康（如维生素D缺乏、糖尿病、甲状腺疾病）改善骨重塑。衰老细胞清除剂（达沙替尼+槲皮素）和衰老相关分泌表型调节剂（靶向JAK/STAT、mTOR通路）在动物模型中改善骨形成和微结构，早期人体试验显示可行性，但针对骨骼的临床试验仍在进行中。

**5. 结论：挑战、局限性与未来方向**
**5.1 挑战与局限性**
将骨骼作为衰老生物标志物面临挑战：骨骼是高度动态组织，受机械负荷、营养和运动影响，混杂衰老特异性信号；BM细胞异质性使衰老标志物解释复杂；骨活检具有侵入性，且局限于特定解剖位置；衰老在骨内不均匀（皮质骨骨细胞寿命最长）。衰老标志物（如p16^INK4a和SASP因子）缺乏特异性和标准化，可能反映炎症而非真实衰老。供体变异性和体外复制衰老限制可靠性。关键基因如SIRT1、RUNX2、FOXO3和TERT调控骨骼衰老，需整合基因组学与功能研究。缺乏仿生模型是主要挑战，三维（3D）微流控芯片或器官芯片（OOC）有望提供解决方案。

**5.2 转化意义、路线图与未来方向**
骨骼衰老被日益视为空间结构现象，新兴空间转录组学可原位分析基因表达，但技术挑战（脱钙、RNA保存）仍存在。短期目标：建立标准化骨骼衰老生物标志物（如P1NP、CTX、SOST、RANKL/OPG、TBS、皮质孔隙率、HR-pQCT），整合至临床实践。中期目标：开发复合“骨骼年龄”评分，整合分子、影像、功能和骨折风险数据，区分生物年龄与实际年龄，监测干预反应。长期目标：将骨骼衰老检测纳入精准老年科学，预测多病共存、残疾、心血管疾病和长寿。结合肌肉、血管、免疫和肠道健康标志物，提供全面生物衰老评估。未来需整合单细胞组学、空间转录组学和AI驱动影像，配合血液测试和DXA、μCT提高准确性。2023年中国衰老生物标志物联盟（ABC）提出了骨骼衰老标志物共识（影像、功能、体液）。骨-血管轴和骨-肠轴的研究将拓展对老年人健康的理解。纵向研究应结合三种抗衰老策略中的至少两种（如生物制剂+运动、药物+饮食、或三者联合），以促进骨骼和MSK系统长寿。