全景解读 | 衰老的十二大特征

翻译 by 王子轩，张亦欣，张添翔，吴若晨，刘定一，

马米阳，平佳乐，杨宽，李元翔，蔡琳果

如何延缓衰老是一个永世的话题，随着时间的推移，细胞增殖与分化才干和生理功用逐步发作衰退，细胞会逐步衰老。对个体而言，衰老表示为生理完好性的渐进性丧失，进而招致功用损伤和死亡风险增加。这种衰退是人类多种疾病（如恶性肿瘤、糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病等）的最大风险要素。近年来，衰老研讨取得了史无前例的进展，特别是研讨人员发现了一系列衰老特征及标记物。2023年1月，西班牙奥维耶多大学的Carlos López-Otín和法国古斯塔夫鲁西研讨所的Guido Kroemer等人在 Cell上发表了题为“ Hallmarks of aging: An expanding universe”的综述文章，作者在2013年综述的基础上又总结了近十年来衰老特征研讨的新成果，进一步定义并细致论述了衰老的十二大特征，为未来探求衰老过程以及开发新的延缓衰老战略提供了切入点。

摘要

衰老是由契合以下条件的特征驱动的: （1）随年龄发作变更；（2）经过实验上增强该特征有加速衰老的可能；（3）经过对该特征的治疗干预有减缓、中止以至逆转衰老的可能。作者以为衰老有以下十二个特征：基因组稳定性丧失、端粒损耗、表观遗传改动、蛋白稳态丧失、巨自噬障碍、营养感应失调、线粒体功用障碍、细胞衰老、干细胞耗竭、细胞间通讯改动、慢性炎症和生态失调。这些特征相互联络，也与最近提出的健康特征有关，包含空间分区的组织特征、内环境稳态、压力充沛响应。

引见

衰老研讨主要讨论的是有机体在成年期的功用衰退。自2013年第一篇衰老特征综述在 Cell 上发表以来，曾经发表了近三十万篇触及衰老特征的文章，这与上个世纪的数量相当。因而，往常是整合十年间主要发现的新版衰老特征综述较为成熟的机遇。

衰老特征之间的区别无法在实质上分辨，由于它们相互作用，而不是各自独立的。因而，对它们的分类不可避免地有些武断，但作者提出了三个必须适用于每一个衰老特征的规范: （1）随年龄发作变更；（2）经过实验上增强该特征有加速衰老的可能；以及最重要的一点（3）经过对该特征的治疗干预有减缓、中止以至逆转衰老的可能。本文中作者没有细致论述与年龄相关的表型变更，而是将重点放在分子、细胞和系统过程，以机制的方式解释它们的表示。而且在动物实验和临床医疗中，影响衰老个体的形态和功用衰退的客观量化关于评价生物衰老是必要的。 事实上，生物年龄和实践年龄之间的差别能够反映促进或延缓衰老操作的效果，这些操作能够评价某一特征在衰老过程中的贡献。为此，规范化生理丈量（例如，用于丈量基础和最大能量耗费的呼吸丈量）、功用测试（例如，在觉得、精神运动和认知水平上）以及更复杂的“组学”技术（例如，基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学）通常应用于单细胞水平，关于评价健康状态衰退的时空方式和延缓衰老战略的效果是有用的。

在2013年，作者就提出了衰老在分子、细胞和系统上的九个特征：基因组稳定性丧失、端粒损耗、表观遗传改动、蛋白稳态丧失、营养感应失调、线粒体功用障碍、细胞衰老、干细胞耗竭和细胞间通讯改动。最近的研讨证明并突出了一切这些特征的重要性。它们经过了成千上万衰老研讨人员的检验，但往常需求更新衰老特征以总结最新十年的发现。例如，2013年，大部分延缓衰老干预措施的证据仅限于非哺乳动物模型，包含酵母、线虫和果蝇。侥幸的是，触及小鼠（在某些状况下，还包含非人灵长类动物）的实验曾经证明了这些特征在哺乳动物中的有效性。值得留意的是，从统计数据来看，假如人类衰老相关疾病与同一特征存在因果联络，那么它们基因组特征相似以及同时呈现的可能性就会更高，而且在临床上考证了作者的这一推断。

图1 衰老特征。该图汇集了本文提出的12个衰老特征: 基因组稳定性丧失、端粒损耗、表观遗传改动、蛋白稳态丧失、巨自噬障碍、营养感应失调、线粒体功用障碍、细胞衰老、干细胞耗竭、细胞间通讯改动、慢性炎症和生态失调。这些特征可分为三类:原发性、拮抗性和综合性。

除了对以往的特征进行必要的更新之外，在这篇综述中作者还添加了一些内容，包含以下三个额外的衰老特征：巨自噬障碍、慢性炎症和生态失调。巨自噬障碍最初被视为蛋白稳态失衡的特殊状况。但是，巨自噬不只会影响蛋白质，还会靶向整个细胞器和非蛋白质大分子，因而有理由将其作为一个单独的特征进行讨论。此外，作者以为2013年列出的最后一个标记（细胞间通讯改动）太过普遍，需求单独讨论慢性炎症和年龄相关的生态失调（图1）。

衰老特征的相互联络意味着一种特征的实验性加重或削弱通常也会影响其他特征。这表明了一个事实，即衰老是一个复杂的过程，必须作为一个整体来看待。因而，应将每一个特征视为未来探求衰老过程以及开发新延缓衰老药物的切入点。

基因组稳定性丧失

基因组的完好性和稳定性普遍遭到化学、物理和生物等外源性要素以及DNA复制错误、染色体分别缺陷、氧化反响和自发水解反响等内源性要素的要挟。由这些外源或内源的损伤要素惹起的普遍的遗传损伤包含点突变、缺失、易位、端粒缩短、单链和双链断裂、染色体重排、核结构缺陷以及病毒或转座子的整合招致的基因破坏。一切这些分子改动和由此产生的基因组嵌合体可能招致生理性和病理性衰老。因而，生物体曾经进化出一系列复杂的DNA修复和维持机制，以应对细胞核DNA和线粒体DNA（mtDNA）损伤，并维持适合的染色体结构和稳定性。 这些DNA修复网络随着年龄的增长而效率降低，这加剧了基因组损伤和胞质中异常DNA的积聚（图2A）。

图2 基因组稳定性丧失、端粒损耗和表观遗传改动招致的细胞完好性丧失。（A）内源性或外源性要素会招致各种DNA损伤，从而招致生理性和病理性衰老。此类损伤能够经过多种机制进行修复，但这些机制常常会随着年龄增长而降低效率。DNA过度损伤、DNA修复缺乏、核结构改动和端粒磨损会促进衰老过程。BER，碱基切除修复；HR，同源重组；NER，核苷酸切除修复；NHEJ，非同源末端衔接；MMR，错配修复；SAC，纺锤体组装检查点；TERT，端粒酶逆转录酶；TLS，跨损伤DNA复制。（B）DNA或组蛋白的乙酰化和甲基化变更，以及染色质相关蛋白或非编码RNA（ncRNA）的水平或活性的变更，会诱发招致衰老的表观遗传变更。沙漏的红色部分表示衰老相关的变更，蓝色部分表示避免它们的战略。

核DNA

来自老年人和老年方式生物的细胞在核DNA上积聚体细胞突变。其他方式的损伤，例如染色体非整倍体和拷贝数变异，也与衰老有关。一切这些DNA改动都可能影响必须基因和转录途径，招致细胞功用失调最终可能损伤组织和机体的稳态。特别是，当DNA损伤影响干细胞，即障碍它们的自我更新或招致它们耗竭时，又会促进衰老并增加对衰老相关疾病的易理性。组织学上正常的人体组织中的突变负荷是显著的。例如，年轻个体的正常食管上皮细胞曾经显现出数百个突变，到中年时每个细胞可能携带2,000多个突变。 整个生命过程中DNA突变的积聚可能是能够容忍的，由于由外源性和内源性要素惹起的一切基因组损伤的完整修复的能量成本过高。因而，细胞更倾向于生存而不是坚持基因组完好。这些数据还表明，与致癌作用相似，仅靠驱动突变可能缺乏以加速衰老，由于它们需求一个由非致突变的促进因子产生的微环境来发挥作用。

对哺乳动物突变状况的比较剖析表明，物种特异性体细胞突变率与预期寿命呈负相关。迄今为止，固然尚无明白证据表明正常的突变固定率是招致衰老的缘由，但大量研讨表明DNA修复缺陷有可能招致衰老。DNA修复机制的改动加速了小鼠的衰老，并成为几种人类早衰综合征的基础。相反，过表白有丝团结检查点激酶BubR1的转基因小鼠表示出健康寿命的延长（表1）。此外，对人类和其他长寿物种的研讨表明，增强的DNA修复机制会随着寿命的延长而共同进化。Sirtuin-6（SIRT6）可能在不同物种的修复效率中发挥重要作用。小鼠中SIRT6的过表白降低了基因组不稳定性，改善了双链断裂修复，并延长了寿命（表1），固然其他证据，例如改善葡萄糖代谢和恢复能量稳态，也可解释SIRT6的延长寿命效应。值得留意的是，最近的研讨表明，经过小分子激活8-氧鸟嘌呤DNA糖基化酶1促进了氧化性DNA损伤的修复，并且可能在衰老和与过度氧化损伤相关的其他过程中具有治疗应用。 这些发现表明，旨在减少核DNA突变负荷或者增强/改动其修复机制的干预措施可能会延缓衰老和衰老相关疾病的发作，但在这方面依旧缺乏进一步的因果证据。

线粒体DNA

影响mtDNA不稳定性可能会招致衰老和衰老相关的病理学。 mtDNA由于其高复制率、修复机制效率有限、线粒体内氧化微环境，以及缺乏维护性组蛋白，特别会遭到衰老相关突变和缺失的影响。在衰老过程中，人体组织的mtDNA突变增加，但尚不分明这种增加能否在功用水平影响衰老过程。由于“异质性”，即同一细胞内突变基因组和野生型基因组共存，mtDNA突变在驱动衰老中的因果关系很难评价。但是，对衰老细胞的深度测序表明，它们的mtDNA突变负荷可能会经过克隆扩增事情显著增加。此外，在灵长类动物卵母细胞和组织中、神经退行性疾病患者的淋巴母细胞中，也察看到线粒体突变随年龄的增长而加速增加。值得留意的是，超灵活测序表明，衰老细胞中的大多数mtDNA突变是由mtDNA聚合酶γ惹起的复制错误招致的，而不是由氧化应激招致的。

mtDNA突变能够引发疾病，并且部分表型和衰老相似，这些证据初步表明mtDNA突变可能直接参与衰老和衰老相关疾病。进一步的证据来自对缺乏DNA聚合酶γ的小鼠的研讨，这些小鼠表示出加速衰老和mtDNA缺失而不是点突变相关的寿命缩短（表1）。 总体而言，这些数据表明，避免、削弱或纠正mtDNA突变可能有助于延长健康寿命和预期寿命。但是，与核DNA突变的状况一样，证明促进mtDNA修复机制中功用能够延缓衰老的实考证据依旧在很大水平上缺失。

细胞核结构

核纤层构成了锚定染色质和蛋白质复合体的支架，其缺陷会招致基因组不稳定。例如，Hutchison-Gilford早衰症（HGPS）和Nestor-Guillermo早衰症（NGPS）等加速衰老综合症就是由编码核纤层蛋白组分的 LMNA 基因和 BANF1 基因突变惹起的。除此之外，核纤层的改动以及Lamin A前体异构体progerin的产生也是正常人类衰老过程中的显著特征，并且在细胞衰老的过程中也能够看到Lamin B1水平的降低。动物和细胞模型曾经促进了关于衰老和早衰惹起的核纤层异常引发的应对机制和应激途径的识审定，其中包含肿瘤抑止因子p53（TP53）的激活，生长轴的失调以及成体干细胞的损耗等。

在HGPS小鼠模型中，经过全身注射反义寡核苷酸，法尼基转移酶抑止剂，他汀类药物和氨基二膦酸盐的混合剂，修复生长轴或阻断NF-κB通路，能够降低Lamin A前体或progerin的水平，并能够延缓早衰病症的产生同时延长小鼠的生命周期。这证明了核纤层异常与早衰之间的因果关系，且这些干预措施中的一部分曾经被批准用于早衰症患者的临床治疗中了。除此之外，最近开发的基因编辑技术曾经被用于修正HGPS患者细胞和该疾病动物模型中的 LMNA 基因突变。在未来，这些措施有望投入到早衰症的临床治疗中，但到目前为止，仍没有任何证据表明减少progerin能够延缓正常衰老。

端粒损耗

染色体末端（端粒）的DNA损伤会招致衰老以及衰老相关疾病。端粒损伤会招致DNA复制酶无法完成端粒区域的真核DNA复制，因而在几轮细胞团结后，端粒大幅度缩短从而诱发基因组不稳定，并最终招致细胞凋亡或衰老。这些有害的影响能够经过端粒酶的逆转录活性来消弭，端粒酶是一种活性核糖核蛋白，其能够延长端粒来保障它们具有足够的长度。但是，大多数哺乳动物体细胞并不表白端粒酶，这招致随着细胞寿命的增加，端粒序列会遭到持续不时的累积性损伤。有研讨表明，端粒损耗能够经过限制癌细胞的复制来减缓癌变过程。因而，与基因组不稳定性明显有利于肿瘤发作相反，端粒损耗可能具有拮抗恶性肿瘤的作用。出于这个缘由，作者以为端粒损耗是一个独立于基因组不稳定性的衰老标记。

人类端粒酶缺乏与肺纤维化，再生障碍性贫血和先天性角化不良等疾病的过早发作有关，一切这些疾病都障碍了受影响组织的再生才干。端粒缩短也在包含人类和小鼠在内的多个物种的衰老过程中被察看到。端粒损耗率遭到年龄，遗传变异，生活方式和社会要素的影响，且取决于受影响细胞的增殖生机，并能够用于预测许多物种的寿命长度。端粒脱帽也可能是缺乏端粒蛋白复合体的结果，端粒蛋白复合体是一类具有阻断染色体末端DNA损伤反响并且调理端粒长度才干的蛋白。端粒蛋白复合体的几种功用丧失模型表明，即便端粒长度正常，组织的再生才干也会降落且表示出加速衰老。

转基因动物模型解释了端粒损耗、细胞衰老和机体衰老之间的因果关系。端粒缩短或延长的小鼠分别表示出寿命的缩短或延长。值得留意的是，当端粒酶被基因编辑重新激活后，端粒酶缺陷小鼠的早衰病症能够被逆转（表1）。除此之外，经过药物激活或者病毒激活端粒酶能够延缓小鼠的正常衰老，而端粒超长的小鼠则显现出寿命的延长和代谢健康的改善（表1）。相似地，在阿尔茨海默症的小鼠模型中，经过改造使得成体神经元能够维持 生理水平端粒酶的小鼠表示出神经元的存活以及认知功用的维持（表1）。因而， 衰老能够经过控制端粒酶的激活来调理。

端粒酶活化能够延缓衰老并治疗端粒疾病

在人类中，许多研讨曾经证明了端粒长度缩短与衰老相关疾病之间的因果关系。特别是应用端粒缩短的小鼠模型曾经证明端粒损耗是端粒综合征和主要的衰老相关疾病（如肺和肾纤维化）的缘由。这些端粒动力学和机体衰老之间的联络使得研讨人员能够设计新的干预措施来延缓衰老以及衰老相关疾病。例如，运用基因治疗措施激活端粒酶的战略曾经在肺纤维化和再生障碍性贫血的小鼠模型中取得了治疗效果。

表观遗传学改动

招致衰老的各种表观遗传变更包含DNA甲基化方式的改动，组蛋白翻译后修饰异常，异常染色质的重塑以及非编码RNA（ncRNAs）的功用失调等（图2B）。这些调理和可逆的变更影响了基因表白和其他细胞活动，并最终惹起了癌症、神经退行性疾病、代谢综合征以及骨科疾病等一些与衰老相关的疾病的延展和恶化。 大量的酶系统地参与了表观遗传方式的产生与维持，这些酶包含DNA甲基转移酶、组蛋白乙酰化酶、去乙酰化酶、甲基化酶，去甲基化酶以及触及染色质重塑或ncRNA合成和成熟的蛋白复合体。

DNA甲基化

人类DNA甲基化修饰的方式随着时间的推移积聚了多种多样的变更。早期研讨描画了与衰老相关的整体低水平甲基化，但进一步的剖析显现包含一些肿瘤抑止基因和Polycomb靶基因在内的特定位点会随着衰老过程甲基化水平逐步升高。早衰综合症患者和小鼠的细胞也表示出DNA甲基化的变更，这一变更部分重现了正常衰老过程中发现的甲基化改动。但是，由于大多数这些与衰老相关的表观突变影响了内含子和基因间区域，招致这些表观突变产生的功用结果是不肯定的。

基于特定部位DNA甲基化状态的表观遗传时钟曾经被用于预测实践年龄和死亡风险，以及评价可能延长人类寿命的干预措施。针对胸腺再生的计划曾经证明了这一点，实施该计划后，许多与衰老相关疾病风险指数得到改善。同时在1年的治疗后，患者平均表观遗传年龄比基线低1.5年左右。此外，人类发病率和死亡率的预测显现，表观遗传年龄比实践年龄低2年，并且这一状况不时持续到中止治疗6个月后。相似地，连续弥补α-酮戊二酸7个月也使得表观遗传时钟拨回了8年。综上所述，DNA甲基化变更与衰老有关，但是尚没有确切证据表明其会招致衰老。目前仍需求进一步研讨来证明DNA甲基化维持的缺陷能否会招致衰老，以及DNA甲基化维持的保真度进步能否延长寿命。审定担任调控衰老过程中DNA甲基化发作变更的分子驱动要素是必须的。

组蛋白修饰

组蛋白的整体丧失以及组蛋白翻译后修饰的组织依赖性变更也与衰老密切相关。组蛋白表白的增加延长了果蝇的寿命，而组蛋白H4K16ac或者H3K4me3水平的增加以及H3K9me3或H3K27me3水平的降低在老年人和早衰症患者的成纤维细胞中被发现。这些组蛋白修饰会招致转录本改动，细胞稳态丧失以及衰老相关代谢水平的降落。值得留意的是，端粒上异染色质标记的丧失已被证明会招致端粒的延长。

组蛋白去甲基化酶经过靶向关键长寿途径的成分（如胰岛素/胰岛素样生长因子-1（IGF-1）信号通路）调理寿命。其他组蛋白修饰酶，例如蛋白质去乙酰化酶SIRT家族成员和ADP-核糖转移酶也有助于健康衰老。固然没有增加寿命，但过表白SIRT1进步了小鼠衰老过程中的基因组稳定性和代谢效率。过表白SIRT3能够逆转衰老造血干细胞（HSC）丧失的再生才干，并介导了利于长寿的饮食限制的有益影响。相似地，小鼠体内 Sirt6 敲除会招致加速衰老，而 Sirt6 过表白则能够延长寿命。其影响寿命的机制是由于Sirt6是一种多功用蛋白，具有将染色质动力学与代谢和DNA修复相互衔接的才干。最后， Sirt7 缺失会招致全基因组不稳定，代谢功用障碍和早衰。总之，这些发现与去乙酰化酶活性降低会招致染色质松弛，DNA损伤增加和基因组不稳定性增加的观念是分歧的。相反地，人类干细胞中组蛋白乙酰转移酶KAT7失活降低了组蛋白H3K14ac，并延缓了细胞衰老的表型。此外，静脉注射编码Cas9/sg-Kat7的的慢病毒能够改善正常小鼠和早衰小鼠的肝细胞和肝脏衰老，并延长了两种小鼠的寿命。抑止组蛋白乙酰转移酶能够改善早衰症小鼠的表型并延长其寿命，而组蛋白去乙酰化酶激活剂能够部分地经过上调SIRT1活性来延长寿命。总之，这些发现表明， 组蛋白修饰子应该被作为部分延缓衰老相关的治疗战略的一部分进一步深化研讨，固然尚不分明这些干预措施是经过地道的表观遗传机制，经过影响DNA修复和基因组稳定性还是经过影响代谢或信号通路的转录变更来影响衰老和寿命。

染色质重塑

除了DNA和组蛋白修饰，一些染色体蛋白和染色质重塑因子，例如影响基因组稳定性和DNA修复的异染色质蛋白1α（HP1α）和Polycomb家族蛋白，可能具有调理衰老的作用。 这些表观遗传因子的改动可能会招致包含全基因组异染色质丧失和重新分配在内的染色质结构改动，而这在衰老细胞中也很常见。

这些染色质改动在衰老过程中的因果关系曾经在无脊椎动物中被大量研讨，例如HP1α的功用丧失会减少寿命，而其过表白则会促进健康并延长寿命（表1）。固然在哺乳动物中相似的研讨依旧有限，但大多数研讨曾经表明异染色质松弛会招致衰老和衰老相关疾病，而异染色质的维持则会促进长寿。例如，在从果蝇到哺乳动物的不同物种中，关于坚持异染色质结构所必须的PIN1-脯氨酸异构酶的缺失与早衰和神经退行性病变有关（表1）。但是，依旧短少经过调理染色质重塑因子的功用来延长脊椎动物寿命的实验。

非编码RNAs

数量庞大且不时增长的ncRNAs群体，包含长链非编码RNA（long noncoding RNAs，IncRNAs，如端粒RNAs或TERRA），微RNA（microRNAs，miRNAs） ，和环状RNAs已成为能够影响衰老进程的表观遗传因子。ncRNAs经过靶向转录后的长寿网络组分或经过调理干细胞行为调理健康寿命和寿命。一种环状RNA调理胰岛素/IGF-1信号通路来影响果蝇寿命，但大多数研讨都集中在miRNAs上，关于其他ncRNA可能在多大水平上源自转录噪声仍存在争议，其在人类生理和病理中的调理作用仅限于少数特定状况。

功用增益和功用缺失研讨首先证明了几种miRNAs调理无脊椎动物寿命的才干。对小鼠的后续研讨提供了miRNAs在衰老中的功用相关性的因果证据（表1）。例如，miRNA-188-3p随衰老在骨骼内皮中表白上调，并招致与衰老相关的血管问题。小鼠中miR-188的缺失能够延缓对骨有益的毛细血管的随衰老减少，而miR-188的内皮特异性过表白能够降低骨质量并抑止骨再生。相反，小鼠中miR-455-3p的缺失表示出对线粒体动力学、认知行为和寿命的有害效果，而它的过表白保存了这些功用并延长寿命。总的来说，这些发现表明miRNAs可能招致衰老和衰老相关病理，并可作为延缓衰老及衰老相关疾病的潜在治疗靶点。

逆转录转座子的去抑止

最近的研讨提示了逆转录转座子在包含人类在内的复杂后生动物衰老过程中的作用。这些逆转录转座元件是可移动的遗传单元，能够运用一种触及RNA中间体的分子机制，从一个基因组位置移动到另一个。 逆转录转座子由长散在核元件（LINEs）和短散在核元件（SINEs）组成，前者编码逆转录转座所需的蛋白质，后者是短的非编码RNAs，劫持LINE蛋白机器。逆转录转座子在衰老细胞中被重新激活，并经过遗传和表观遗传变更或辨认逆转录转座子核酸为外源DNA后激活免疫通路的激活而产生有害影响。对LINE-1 RNA的表观遗传去抑止抑止了表观遗传阅读器Suv39H1,2招致H3K9me3和异染色质的整体减少，而LINE-1 RNA的逆转录产生双链cDNA，激活cGAS/STING/干扰素通路。

核苷类逆转录酶抑止剂（NRTIs）抑止或削弱逆转录转座，可延长 Sirt6 缺失小鼠的寿命，改善健康寿命，改善骨骼和肌肉表型（表1）。同样，用NRTIs治疗老年野生型小鼠可降低DNA损伤标记物的水平。此外，在体内用反义寡核苷酸靶向逆转录转座子能够增加早衰小鼠的寿命。值得留意的是，百岁老人中一种稀有的 SIRT6 变体是LINE1逆转录转座子的更强抑止因子，增强了基因组的稳定性，并且能够比野生型 SIRT6 更强有力地杀死癌细胞。综上所述，这些发现表明逆转录转座子促进了衰老过程，而对立逆转录转座子活动的干预措施可能会改善健康长寿效果。针对逆转录转座子不同功用的药物在老年人群中的进一步临床研讨可能会给出针对衰老和衰老相关疾病的新干预战略。

基因表白变更

以上这些表观遗传因子的作用机制主要集中在基因表白水平的调控上。衰老招致转录噪声的增加和许多mRNAs的异常生成和成熟。对人类和其他物种年轻和年老组织基于基因芯片的比较剖析曾经肯定了衰老相关的转录特征，这些转录特征是由衰老过程中发作的表观遗传变更惹起的。环境裸露也能够经过调控DNA甲基化和组蛋白修饰惹起基因调控的改动，并促进与衰老相关的表观遗传变更，包含表观遗传时钟的加速。

在整个小鼠生命周期中不同年龄的多种细胞类型和器官的单细胞转录组学和血浆蛋白质组学提示了衰老过程中显著变更的基因。这些变更特异地影响某些生物学过程，如炎症、蛋白质折叠、细胞外基质（ECM）调理和线粒体功用，这些过程在衰老过程中逐步失调。不同组织在衰老过程中被察看到的共同表白方式可能有助于未来指导开发旨在改善健康寿命和寿命的干预措施（表1）。同样，在衰老过程中察看到的转录和转录后效率和保真度的降落，及其对蛋白质组的负面影响也可能为延长寿命战略的开发带来新的机遇。

蛋白质稳态丧失

衰老和一些衰老相关疾病，如肌萎缩性侧索硬化症（ALS）、阿尔茨海默症、帕金森病和白内障，与蛋白质稳态受损有关，招致错误折叠、氧化、糖化或泛素化蛋白质的积聚，这些蛋白质通常构成汇集体，如细胞内包涵体或细胞外淀粉样斑块。

蛋白质稳态崩解

由于错误翻译、错误折叠或不完好蛋白质的产生增加，细胞内蛋白质稳态可能被破坏（图3）。经过对核糖体蛋白RPS23的基因支配来进步RNA到蛋白质翻译的精确性，能够延长酵母菌、秀丽隐杆线虫和黑腹果蝇的寿命，而一种招致翻译错误的RPS9突变，会致使小鼠过早衰老。 另一种招致蛋白质稳态崩解的机制是蛋白质翻译延伸的减慢和氧化损伤的积聚，这会分散用于蛋白质折叠的分子伴侣而蛋白质的正常折叠是维持细胞正常功用所必须的。此外，许多与年龄有关的神经退行性疾病，包含渐冻症和阿尔茨海默症，都可能是由蛋白质突变惹起的，这些蛋白质突变使蛋白容易发作错误折叠和汇集，从而影响维持健康状态所需的蛋白质修复、肃清和更新机制。

当保障质量控制的机制失效时，蛋白质稳态网络也会崩解，例如由于内质网（ER）中未折叠蛋白反响（UPR）功用降落，正确折叠的蛋白质的稳定性受损或用于降解蛋白质的蛋白酶体或溶酶体机制变得缺乏时（图3）。例如，在包含短寿命的弗氏假鳃鳉的大脑等衰老的器官中察看到蛋白酶体活性的降低。此外，一些单泛素化蛋白在苍蝇、小鼠、猴子和人类的衰老组织中积聚，如组蛋白2A。

溶酶体对蛋白质的降解能够经过火子伴侣介导的自噬（CMA）以特定的方式完成，其中裸露相似KFERQ的五肽模体的蛋白质首先与热休克蛋白HSC70分离，然后与溶酶体相关的膜蛋白2A （LAMP2A）分离，这有助于将靶蛋白转位到溶酶体的腔内。小鼠肝脏LAMP2A的表白随着年龄的增长而降落，促进其表白可延缓肝脏衰老。蛋白质汇集物也能够包含在双膜囊泡，即自噬体 中，随后与溶酶体融合而被巨自噬去除。由于自噬体能够包裹非蛋白质的细胞结构，这一过程将与蛋白质稳态分开在后面讨论。但是，刺激自噬构成了一种有效的肃清细胞内蛋白质汇集物的战略。

图3 蛋白质与细胞器的周转功用丧失。蛋白质稳态和巨自噬功用丧失的特征是偏离年轻均衡状态，其中废物的积聚是由各种年龄相关的改动惹起的，同时废物的肃清经过各种机制遭到损伤。这些改动对功用的影响已罗列。左图和右图举例阐明了一些重建蛋白质稳态和自噬的战略。

蛋白质稳态，衰老与长寿

蛋白质稳态的猛烈扰动会加速衰老。例如，用糖基化终产物（AGEs）或脂褐素（共价交联蛋白质、糖和脂质的汇集物）喂养果蝇会招致AGE修饰和羰基化蛋白质的积聚，从而缩短健康寿命和寿命，这在溶酶体蛋白酶组织蛋白酶D被敲低时进一步加剧。蛋白酶ZMPSTE24的缺失破坏了prelamin A的正常成熟，并在小鼠中惹起早衰综合征，在ZMPSTE24功用缺失突变的人类中已察看到相似表型。在小鼠中，敲除神经元中的LAMP2A（对CMA至关重要）会深化地影响蛋白质组，产生与阿尔茨海默症患者相似的变更。事实上，在小鼠中抑止CMA会加剧实验性阿尔茨海默症，而CMA激活剂则会缓解疾病表型。

经过实验 改善蛋白稳态可延缓衰老进程（表1）。小鼠经鼻内应用重组人HSP70蛋白可增强蛋白酶体活性，降低脑脂褐素水平，增强认知功用，延长寿命。同样地，给老年小鼠服用化学分子伴侣4-苯基丁酸盐能够减少大脑中的内质网压力，进步认知才干。在线虫和果蝇中，过表白蛋白酶体亚基能够改善蛋白质稳态并延长寿命。在小鼠中，经过在造血干细胞的转基因 LAMP2a表白刺激CMA，能够进步目的细胞群的存活率，这与CMA的药理学增强能够缓解阿尔茨海默症和动脉硬化的结果相分歧。因而，CMA的激活可能是延缓衰老的有效战略。

一项III期临床实验显现，在最近被诊断为ALS的患者中，运用降压药guanabenz可抑止病情向危及生命的延髓期的进展。Guanabenz可能会刺激真核生物翻译起始因子2α （eIF2α）的磷酸化（或抑止去磷酸化），这发作在作为UPR一部分的“整合应激反响（ISR）”中，固然guanabenz的作用在多大水平上是由ISR的刺激介导的仍存在争议。重要的是，eIF2α的磷酸化RNA翻译从5’帽依赖的转变为非5’帽依赖的，一些延缓衰老的操作能够增强后者。此外，eIF2α磷酸化关于应激颗粒的诱导是必不可少的，应激颗粒关于限制饮食延长线虫寿命是必须的。最后，eIF2α磷酸化关于诱导自噬是不可或缺的，这是一种主要的延缓衰老机制，这表明UPR和自噬在延长寿命通路中存在串扰。未来的研讨必须肯定guanabenz削弱神经退行性病变的才干能否经过ISR刺激或替代机制介导。事实上，有人提出，ISR抑止剂也能够用于神经退行性疾病的治疗。

巨自噬障碍

巨自噬（我们将称为“自噬”）包含将细胞质物质隔离在双膜小泡中，即自噬体，自噬体与溶酶体融合以消化腔内的内容物。因而，自噬不只参与蛋白稳态，还能够影响非蛋白大分子（如异位胞质DNA、脂质囊泡和糖原）和整个细胞器（包含因“线粒体自噬”而功用失调的线粒体，以及其他招致“溶性自噬”、“网状自噬”或“前自噬”的细胞器），以及入侵病原体（“异种”）。 衰老相关的自噬行为减少是细胞器更新减缓的重要机制之一，证明其能够作为衰老的新标记。需求留意的是，参与自噬过程的基因和蛋白质也参与了其他降解过程，如LC3相关的细胞外物质的吞噬以及细胞内废物（例如，功用失调的线粒体）排出，其随后被巨噬细胞肃清。也就是说，有强有力的证据表明， 自噬的中心过程与衰老有关（图3）。

自噬抑止加速衰老

在人类中，自噬相关基因如 ATG5 、 ATG7 , 以及 BECN1 的表白都随着年龄增长而下调。与年龄相近的对照组细胞相比，从长寿老人的后代中分别出来的CD4 + 淋巴细胞显现出更强的自噬活性。来自老年供体的B淋巴细胞和T淋巴细胞的自噬减少的同时，促自噬代谢物亚精胺的含量也降落。同样，在啮齿类动物中，一些细胞的自噬行为随着衰老逐步退化，这一发现支持自噬随着年龄而变更的观念。自噬行为的减少可能招致蛋白质汇集物和失活细胞器的积聚，抑止细胞对病原体的消弭作用，并且增强炎症反响，由于自噬肃清了炎症小体及上游的蛋白质。

自噬的基因抑止加速了方式生物的衰老。这一过程是部分可逆的，在小鼠中， Atg5 在强力霉素诱导的shRNA影响下表白下调。 Atg5 的敲除会招致多器官系统的过早退化和衰老，从而招致个体过早死亡。停用强力霉素后，自噬行为恢复的同时随同着全身炎症削弱，并在一定水平上延缓衰老。值得留意的是，在这个模型中，短暂的抑止自噬招致恶性肿瘤的发病率大幅增加。因而，推测自噬具有抑止肿瘤的作用，可能触及细胞自主过程和癌症免疫监测。在患者中，调理或执行自噬的基因功用丧失可能招致心血管疾病、感染、神经退行性疾病、代谢疾病、肌肉骨骼疾病、眼部和肺部疾病，其中许多疾病在组织病理学和功用水平上相似于早衰。

自噬刺激延缓衰老

有充沛的证据表明，刺激自噬能够增加方式生物的寿命（表1）。 过表白 Atg5 能够延长小鼠寿命、改善代谢和运动功用。 此外，敲入突变的beclin 1（ Becn1 F121A/F121A ）以减少Bcl-2的抑止作用，能够使自噬才干增强，抵达延寿的目的。这种结果与衰老相关疾病和自发性肿瘤发作的减少，以及增加神经发作有关。

小鼠口服亚精胺可诱导多种细胞自噬，可延长约25%的寿命，同时延缓心脏衰老。后一种效应在心肌细胞特异性敲除 Atg7 时消逝，这表明其延缓衰老的作用依赖于自噬。从机制上讲，亚精胺的促自噬作用与乙酰转移酶EP300的抑止作用（招致几个中心自噬蛋白的乙酰化减少）或与eIF5A的羟腐胺赖氨酸羟化作用有关，这关于自噬转录因子TFEB的合成有重要意义。在这些要素中，EP300是延寿药物去甲二氢愈创木酸和水杨酸的靶标。用C646抑止EP300能够模仿亚精胺对自噬和癌症免疫监测的激活作用。当老年循环B淋巴细胞或CD8 + T细胞在含亚精胺的条件下培育时，这些细胞的TFEB和eIF5A水平恢复到青少年时期，并伴有自噬才干的恢复。小鼠T细胞中的脱氧羟丁赖氨酸合成酶缺乏能够引发严重的肠道炎症，并伴有三羧酸循环的表观遗传重塑和重新衔接，而用亚精胺处置野生型小鼠可预防结肠炎和结肠癌。因而，EP300抑止和eIF5A赖氨酸修饰可能都是亚精胺在体内作用的靶点。

诱导线粒体自噬并能够延长小鼠寿命的药物包含NAD + 前体（如烟酰胺、烟酰胺单核苷酸和烟酰胺核糖苷）和尿石素A。临床实验曾经证明了NAD + 前体在预防非黑色素瘤皮肤癌、降低糖尿病患者的胰岛素抗性，以及减少帕金森病患者的神经炎症等方面的疗效。此外，一项III期临床实验提示了尿石素A增强肌肉力气和减少C反响蛋白（CRP）的才干。

营养感知失衡

营养感知网络在进化过程中是高度守旧的。它包含细胞外配体，如胰岛素和IGFs，与它们相互作用的受体酪氨酸激酶，以及细胞内信号级联。这些级联反响触及PI3K-AKT和Ras-MEK-ERK通路，以及转录因子，包含FOXOs和E26因子，它们能够反式激活参与各种细胞活动的基因。MTOR复合物1（MTORC1）的靶点能对包含葡萄糖和氨基酸在内的营养物质产生反响，也能够对缺氧和低能量等压力源产生反响，以调理转录因子的活性，如SREBP和TFEB。该网络是细胞活动的中心调理器，包含自噬、mRNA和核糖体产生、蛋白质合成、葡萄糖、核苷酸和脂质代谢、线粒体发作和蛋白酶体活动。营养感知网络经过以下方式对营养和压力状态做出反响，假如营养物质充足且压力水平较低，该网络经过激活合成代谢来应用营养，也能够经过诱导细胞防御途径来应对外来压力和营养短缺。营养感知网络与其他细胞内信号通路不只能够相互影响，还存在普遍的网络内反响。 在不同的动物模型中，组成营养感知网络的基因活性降低能够增加寿命和改善健康（表1）。此外，对人类的遗传研讨还触及了FOXO3转录因子，以及影响人类寿命的营养感知网络的基因变体。表观遗传年龄也与人类细胞的营养感知有关。在青年时期，此网络的活动促进了有益的合成代谢过程，但在成年期，它开端表示促进衰老的特性（图4）。

生长营养轴是第一个已知的可调控衰老的轴，它是一个生长刺激级联反响，在其顶端，是由垂体产生的生长激素（GH）。生长激素作用于肝细胞的生长激素受体，刺激IGFs的分泌，特别是IGF1的分泌。IGF1经过IGF1R促进生长发育，经过激活PI3K-AKT和MTORC1网络来刺激营养信号。在多种方式生物中，该途径的自发或人为突变能够延长寿命，并缓解随同衰老的功用退化（表1）。生长营养轴的先天缺陷会招致侏儒症，但从成年早期开端抑止这一轴会对机体健康产生有益的影响（图4）。

另一种参与营养感知的信号通路依赖于受体酪氨酸激酶ALK（图4），在小鼠中，摄食能够促进ALK在下丘脑中的表白，并由配体augmentor ɑ and β (Augɑ and Augβ)激活。在果蝇中，ALK的敲低能够降低甘油三酯水平和一些胰岛素样肽的表白，而经过基因或药物手段抑止ALK能够延长寿命，在雌性小鼠中表示更明显。在小鼠中，全身或下丘脑特异性的ALK缺失，以及Augα和Augβ的双敲除，都能够增强对瘦削的抵御作用，而在人类中，ALK的失活突变也与减重有关。因而，该途径可能为干预代谢衰老提供额外的靶点。

针对癌症和代谢性疾病等疾病的药物常常与营养感知网络有关，因而，这类药物能够作为延缓衰老的候选药物。雷帕霉素和雷帕洛格，能够抑止MTORC1复合物，曾经证明即便在成年后期开端治疗，也能够延长方式生物的寿命。在小鼠中，固然雷帕霉素加剧了一些与衰老相关的特征，如白内障，但是它能够在其他方面改善健康，而且它对神经退行性疾病和其他与衰老相关疾病具有一定的治疗作用。

老年人易受病毒性呼吸道感染。MTORC1抑止剂的预治疗增加了老年意愿者对流感的免疫应对，并在随后的冬季减少了病毒性呼吸道感染，因而发现了可能逆转免疫衰老的战略。

机制

在人类中，IGF1在生命的第二个十年抵达高峰，但随着年龄的增长而降落。 在成年或成年后期抑止GH/IGF1通路能够延长小鼠等方式生物的寿命。经过表白PI3K的阴性亚型p110α来抑止心脏IGF1R，可增加雄性小鼠的最大寿命，并改善老年小鼠的心脏功用。此外，酪氨酸激酶抑止剂能够抑止IGF1R酶，以此来改善肿瘤细胞中需求诱导自噬的免疫监测机制。长期运用IGF1R抗体能够进步雌性（但不是雄性）小鼠的寿命，同时减少炎症和肿瘤的发作。这些发现表明，IGF1/IGF1R信号轴可能成为延缓衰老的一个靶点。同时，在老年妇女（不低于95岁）以及老年综合人群（平均年龄76岁）中，低IGF1水平与认知障碍和低死亡率相关，这也支持上述猜测。此外，在英国生物样本库中，高IGF1与衰老相关疾病如痴呆、糖尿病、血管疾病、骨质疏松以及总死亡率之间存在显著正相关关系。在百岁老人中，IGF1BP2和IGFBP6的含量上升。未来研讨将探求，尚未开发的抗体或小分子能否能够在不影响其他受体酪氨酸激酶（特别是胰岛素受体）的状况下选择性地抑止IGF1R信号传导，从而完成对生长激素轴的脉动抑止，进而完成反作用可控的健康益处。

图4 代谢改动。这是交叉营养途径的简化版本，其展示了解除限制的营养感知过程及恢复营养感知的措施。值得留意的是，假如营养感知网络活性降低，衰老过程中除代谢外的许多过程都会遭到影响，包含对不同应激源的反响、修复机制的激活、自噬激活和炎症控制。相似地，关于线粒体功用障碍，文章列出了一系列衰老相关的改动和可能有效的药物。衰老相关代谢改动惹起的功用结果，其中一些与衰老的其他特征有关，在图表的下部举例阐明。

营养影响

饮食是干预人类衰老最实践的靶标之一。从机制上讲，营养过剩：（1）触发细胞内的营养感应器，如mTORC1（由亮氨酸和其他氨基酸激活）和乙酰基转移酶EP300（由乙酰辅酶A激活）；（2）抑止检测营养缺乏的感应器，如AMPK和乙酰转移酶SIRT1和SIRT3（对 NAD+ 反响）；以及（3）抑止合成代谢反响（糖原合成、与糖异生相关的蛋白合成和与酮生成相关的脂肪合成），从而抑止顺应性细胞应激反响，包含自噬、抗氧化防御和DNA修复。相反，禁食和饮食限制会抑止mTORC1和EP300；激活AMPK、SIRT1和SIRT3；并刺激顺应性细胞应激反响，由于它们抑止了生长营养轴，延长了包含灵长类在内的多种方式生物的寿命。

营养传感器是潜在的长寿药物的靶标（图4），饮食限制也可能益于健康和延长寿命。从机制上讲，这能够经过减少总的卡路里摄入量、控制饮食组成或限时饮食来完成。有实验发现雄性C57BL/6J小鼠在白天完整没有摄入营养，其生命长度则会得到延长，证明饮食限制计划在延长寿命方面有作用。但是，饮食限制计划并不能延长一切小鼠的寿命，这支持了该计划必须顺应每个个体的基因构成的论点。在人类中，基于饮食限制的临床测试因依从性差而变得复杂，但对免疫和炎症有积极作用。

在临床实验中，间歇禁食（例如，禁食1天，然后自由进食1天）能够避免由热量限制惹起的长期体重减轻，目前在小鼠中表示为延长寿命，以及在临床实验中改善与健康有关的生物标记物。相似的间歇禁食计划在果蝇中的寿命延长被归因于自噬刺激基因在夜间的特异上调，但这尚未在哺乳动物中进行研讨。雷帕霉素诱导的寿命延长（在果蝇中部分依赖于自噬诱导）能够经过持续长期以及间歇性计划取得，这表明脉冲性抑止这一信号轴足以取得延长寿命的益处。临床上这种间歇治疗的最佳距离尚未肯定，不外每3-4周进行4-7天的部分热量限制可能足以改善代谢综合征和抗癌免疫监测。

另一种可能有益的饮食是生酮饮食，这是一种低碳水化合物、高脂肪和充足蛋白质的饮食。禁食和生酮饮食都会增加酮体（特别是3-羟丁酸）的产生，酮体是由肝脏中的乙酰辅酶A以自噬依赖的方式合成的，在血浆中能够抵达毫摩尔浓度，并取代葡萄糖作为维持大脑功用的基本燃料。在饮用水中长期但不是循环地服用3-羟丁酸能够延长小鼠的寿命和健康寿命。表明这种酮体介导了生酮饮食的一些有益效果。从机制上讲，3-羟丁酸可诱导血管扩张并激活作用于GTP蛋白偶联受体109A的免疫反响，而它直接抑止NLRP3，表明其潜在的多效性作用方式。

线粒体功用障碍

线粒体不只是细胞的动力源，也是炎症（当活性氧[ROS]或mtDNA从细胞器中走漏并分别招致炎症小体或胞浆DNA传感器激活时） 和细胞死亡（当半胱天冬酶、核酸酶或其他致命酶的激活剂从膜间隙释放出来时） 的潜在触发要素。随着年龄的增长，线粒体功用因多种相互交错的机制而恶化，包含mtDNA突变的积聚、蛋白稳态失衡招致呼吸链复合体的不稳定性、细胞器的周转减少、线粒体动力学的变更。这种状况降低了线粒体对细胞生物能量的贡献度，增加了ROS的产生，并可能触发招致炎症和细胞死亡的线粒体膜的透化。从逻辑上讲，线粒体的功用是维持健康，其逐步退化会招致衰老表型（图4）。

线粒体功用与长寿

延长健康寿命的干预措施可能会刺激线粒体功用。例如左旋肉碱能够经过线粒体限制脂肪酸氧化，安慰剂对照实验显现对虚弱前期受试者和老年男性弥补左旋肉碱都有积极影响（表1），这种作用可能是经过抵消与年龄相关的左旋肉碱水平的降落来完成的。但是与预期不同的是，在方式生物中损伤线粒体的功用（线粒体低毒兴奋效应）能够延长寿命，前提是这种抑止是部分的并且发作在发育早期。在线虫中，部分抑止线粒体蛋白质的合成或输入是经过触及线粒体UPR（UPR mt ）的机制来延长寿命。在果蝇中，肌肉中特异性地敲除复合体I NDUFS1/ND75亚单位后会以UPR mt 依赖的方式延长寿命。运用TPP-噻唑轻度抑止线粒体ATP的合成能够改善衰老小鼠的代谢健康，减少内脏脂肪，改善葡萄糖耐量、线粒体质量和氧化代谢。经过控制释放线粒体质子载体（CRMP）的方式部合成偶联肝脏线粒体也能够逆转高脂饮食诱导的瘦削小鼠的年龄相关代谢综合征。在非人类灵长类动物模型中，包含自发性瘦削的恒河猴和高脂、高果糖喂养的食蟹猴中，CRMP能够逆转代谢综合征的表示并改善脂肪酸氧化。这些作用与肝脏乙酰辅酶A水平降低有关，这是一种已知的刺激自噬的现象。CRMP诱导有丝团结，这可能也解释了它们对新陈代谢的积极影响。二甲双胍，一种复合体I弱抑止剂，是一种抗糖尿病药物，曾经作为延缓衰老的药物被人们普遍讨论。但是到目前为止，还没有证据表明经过调理线粒体能够延长人类的健康寿命或寿命。

由于缺乏血清/糖皮质激素调理激酶-1，线粒体膜通透性（MMP）增加从而减少了寿命，当自噬增强时，线粒体膜通透性进一步增加，但当自噬因基本的自噬相关基因敲除而被抑止时，线粒体膜通透性恢复正常。因而，线粒体膜通透性可能构成要挟生命的状况，自噬加剧了这种状况。曾经开发出一种针对线粒体内膜双磷脂酰甘油的修饰后的四肽，Elamipretie，其与线粒体内膜蛋白腺嘌呤-核苷酸转运体-1分离以抑止线粒体膜通透性转变，这是招致MMP的一个特殊机制。Elamipreide对小鼠多种与衰老相关的表型具有积极作用，并在Barth综合征患者的临床实验中取得了积极的结果（表1）。Elamipretie能否能够与包含自噬增强剂在内的其他延长寿命的药物分离运用并产生有利效果，这一点很重要。除了这些研讨进展，还有几项临床前研讨和临床研讨评价抗氧化剂亲脂阳离子MitoQ和SkQ1的潜在益处。未来的研讨将进一步肯定这些化合物在与其他干预措施分离的状况下，对改善衰老相关的线粒体功用障碍的功效。

线粒体微蛋白与衰老

血浆中线粒体DNA编码的小分子蛋白humanin的水平随着衰老而降落。但是，百岁老人及其后代表示出高水平的小分子蛋白。值得留意的是，humanin的水平与IGF1负相关，用GH或IGF1治疗GH功用不全的患者会降低humanin水平。humanin在线虫中的转基因表白经过诱导自噬延长寿命，humanin相似物HNG治疗中年小鼠可改善代谢健康并减少全身炎症。另一种mtDNA编码的小分子蛋白MOTS-c随着年龄的增加而降落，但能够经过运动诱导。MOTS-c促进代谢物AICAR的产生，其作为内源性AMPK激动剂，从而避免年龄依赖和高脂饮食诱导的胰岛素抵御，以及饮食诱导的瘦削。 因而，线粒体微蛋白作为潜在的延缓衰老因子，将细胞器功用与生物动态均衡联络起来。

细胞衰老

细胞衰老是一种由急性或慢性损伤惹起的反响。衰老细胞在多种组织中的累积速度不同。和年轻人相比，老年人组织中衰老细胞累积到2-20倍，其中主要影响成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞。固然在衰老过程中一切类型的细胞都会阅历细胞衰老，这一过程在某种水平上是由端粒随年龄增长而缩短引发的。事实上，即便大脑或心脏等迟缓增殖的组织也可能含有衰老细胞。此外，衰老细胞在许多疾病中呈现部分或特定组织的积聚。经过遗传学或药理学手段持续消弭衰老细胞延长了自然衰老小鼠的健康寿命，这是细胞衰老在衰老中的因果作用最令人信服的证据。此外，消弭衰老细胞对许多以小鼠为模型的疾病具有治疗作用，目前至少已完成3项临床实验，15项临床实验正在进行。

引发原发性衰老的损伤类型包含癌基因信号、遗传毒性损伤、端粒过短、线粒体损伤、病毒或细菌感染、氧化损伤、营养失衡和机械应激。此外，继发性或旁分泌衰老可由细胞外炎症和纤维化介质包含CCL2、IL-1β、IL-6、IL-8和TGF-β触发。有证据表明原发性衰老和继发性衰老在生物学方面有所不同，但这种区别的分子基础仍不分明。目前为止，细胞衰老最显著的特征是稳定的增殖停滞，可能由肿瘤抑止基因 TP53 和 CDKN2A / p16 及其下游效应蛋白CDKN1A/p21，以及RB1家族蛋白的激活所介导。这些蛋白共同抑止驱动细胞周期的CDK和转录激活因子（E2F家族）。衰老过程中的另一个重要事情是核纤层蛋白B1（Lamin B1）的耗尽。这招致Lamin相关的异染色质的丧失和富含H3K9me3的异染色质的重新构成，这一过程可经过HP1 α或SAHFs（Senescence Associated Heterochromatin Foci）灶察看到，最终结果是长期的增殖停滞和低自发逃逸率。依据它们的分子组成，裸露于基因毒性治疗的癌细胞可能会阅历具有高度稳定的细胞周期阻滞的典型衰老反响，或者能够阅历具有高度可逆的相似衰老反响，以至能够完整绕过衰老。值得留意的是，在胚胎发作期间，衰老也在特定细胞和结构的程序性消弭中发挥作用。

衰老和人类疾病

细胞衰老与多种非传染性疾病有关，包含肺纤维化、肾脏疾病、肝脂肪变性、瘦削相关代谢综合征、I型和II型糖尿病、动脉粥样硬化、阿尔茨海默症和帕金森症。细胞衰老在这些疾病中的致病性能够经过衰老相关分泌表型（SASP）来解释。 SASP源于衰老细胞的三个特征：（1）内源逆转录病毒的转录去抑止，特别是LINE-1，招致双链DNA走漏到胞浆，进而激活cGAS/STING和TLR通路；（2）线粒体ROS的大量产生；（3）自噬-溶酶体系统的扰动招致溶酶体含量增加，辅助溶酶体衰老相关β-半乳糖苷酶（SABG）的组化检测。

SASP是高度异质性的，依赖于先天免疫信号通路（cGAS/STING、TLRs和NLRPs）、mTORC1和转录因子（NF-kB、CBPs、GATA4等）的细胞类型特异性激活。SASP通常同时对微环境有部分矛盾的影响：（1）经过火泌趋化因子（CCL2、CXCL2和CXCL3）和细胞因子（IL-1 β、IL-2、IL-6和IL-8）招募和激活免疫细胞；（2）经过火泌TGF-β抑止免疫系统；（3）经过促纤维化因子（TGF-β、IL-11和PAI1）激活成纤维细胞活化和胶原堆积；（4）经过火泌基质金属蛋白酶重塑ECM；（5）经过火泌生长因子（EGF和PDGF）促进祖细胞的激活和增殖；（6）触发临近细胞的旁分泌衰老（TGF-β,TNF- α和IL-8）。在多种疾病中，SASP的净效应是招致慢性炎症和促进纤维化。

固然没有单一明白的细胞衰老marker，但这一过程能够经过共同存在的特征组合来辨认，这些特征组合是特异性的，并为这些特征组合提供了分子定义： （1）由SABG检测的溶酶体扩张；（2）CDK抑止剂上调，特别是p16和/或p21；（3）核膜中LMNB1蛋白丧失；（4）染色质成分HMGB1从细胞核中丧失，并作为一种预警蛋白在细胞外释放；（5）异染色质灶，显像为HP1γ灶或SAHFs灶；（6）ROS水平升高；（7）DNA损伤加重，可见γH2AX灶；（8）高水平的SASP因子，特别是IL-6、TGF-β、PAI1等。

鉴于细胞衰老与多种病理之间的联络，目前提出了关于这种细胞反响的生物学目的的问题。细胞衰老是一种强有力的肿瘤抑止机制，但越来越多的证据表明，细胞衰老与组织修复过程有关，在这个过程中，衰老细胞促进部分纤维化，并募集免疫细胞，肃清受损和衰老细胞。在这方面， 组织修复被以为是一个两步走的过程：细胞衰老，然后是免疫细胞招募和免疫肃清衰老细胞（图5A）。在这种状况下，衰老是一种暂时的受限制反响，它的自我消弭是一个有益结果。只需当第二步的免疫肃清没有完成时，衰老的病理特征才变得明显，衰老细胞的积聚和SASP对组织微环境的作用最终招致纤维化。

肃清衰老细胞（Senolytics）

细胞衰老与多种病理之间的密切联络促使人们寻觅选择性杀死衰老细胞的小化合物，即所谓的“延缓衰老类药物”。值得留意的是，senolysis（衰老细胞的肃清）与衰老反响的肃清有很大的不同，例如p16或p21的突变能够招致后者。 senolysis不能阻止衰老的发作，而是重现了衰老细胞的自然免疫性肃清（图5A）。为了支持这一观念，运用长期遗传诱导或药物诱导的衰老小鼠表示出寿命的延长，而没有增加癌症发病率或呈现组织修复缺陷的现象。

目前senolytic疗法的数量依旧有限，但一些药物已普遍应用于疾病的临床前模型，如维奈托克、达沙替尼和槲皮素的分离治疗（D/Q）、非瑟酮、强心苷等。 衰老细胞的存活和抗凋亡才干激烈依赖于BCL2蛋白家族，特别是BCLXL、BCL2和BCLW。这使得靶向这三种蛋白质的BCL-2抑止剂对肃清衰老细胞十分有效。BCL-2抑止剂已在临床实验中评价了抗肿瘤活性，估量该药物（或对血小板无毒性的衍生物）将进入衰老相关疾病的临床实验。其它潜在的延缓衰老类药物，如D/Q和非瑟酮已被批准用于人体，并正在针对多种顺应症进行各种临床实验，但它们的机制尚不分明。达沙替尼是一种混杂激酶抑止剂，而槲皮素和非瑟酮是具有多靶点的自然类黄酮。D/Q曾经在临床实验中进行了测试，对治疗肺和肾纤维化有很好的结果。强心苷抑止一切细胞中存在的细胞质膜Na + /K + -ATPase，招致阳离子失衡并降低细胞内pH值。强心苷的衰老溶解机制可能与衰老细胞对细胞内低pH值的脆弱性有关。因而，对谷氨酰胺酶的化学抑止使细胞丧失了抵御低pH值的才干，从而招致细胞溶解。一切上述讨论的延缓衰老类化合物均在较多的衰老相关小鼠疾病模型上发挥治疗活性。senolysis也能够经过免疫措施完成，靶向出往常衰老细胞名义的蛋白能够改善小鼠衰老相关疾病模型，特别是经过靶向糖蛋白NMB（GPNMB）的抗体和靶向受体uPAR的CAR-T细胞。

综上所述，细胞衰老是对应激和损伤的重要反响，在正常生理学中，免疫肃清紧随其后，但在衰老或慢性损伤时无法被免疫机制消弭，因而由于促炎和促纤维化因子的大量分泌而致病。旨在肃清衰老细胞的治疗战略已在动物模型中进行了普遍的探求，目前正在进行临床实验（表1）。

图5 细胞衰老和干细胞耗竭。（A）细胞衰老通常促进损伤后的组织修复，维护机体免受致癌损伤。这是经过两个步骤完成的：（1）树立衰老和（2）招募免疫细胞以消弭衰老细胞，从而促进组织修复。假如这些步骤中的任何一步失败了，有机体就容易患上疾病。（B）干细胞耗竭是由于组织修复所需的细胞可塑性丧失构成的。组织修复需求经过火泌细胞因子（部分与于衰老相关的分泌反响相关）、生长因子和细胞外基质（ECM）的调理剂来改善微环境，这有利于来自不同组织区域细胞取得去分化和可塑性。这些损伤诱导的可塑性细胞可能取得多能干细胞功用。OSKM因子的瞬时表白抑止细胞身份程序的转录，招致全局去分化（OSKM on ）和可塑性的取得。为了恢复生力，这个过程必须在这个点中缀（OSKM off ），以允许细胞重新分化并恢复其原始细胞身份。

干细胞耗竭

衰老与稳定状态下的组织更新衰退有关，也与损伤后的组织修复受损有关，每个器官都有自己的更新和修复战略。例如，在骨骼肌中，一种处于单能和单向层次结构顶端的 卫星细胞，用于组织更新和修复。在裸露于损伤处和高更新频率的皮肤表皮，有多个干细胞niche，特别是在毛囊，每个细胞产生自己的子细胞和占领自己的位置。但是在损伤后，多个细胞能够取得干细胞特性并破坏边疆。肝脏、肺或胰腺等其它器官在正常状况下表示出较低的更新频率，与取得的干细胞特性（包含不同细胞类型的增殖和多能性）构成对比（图5B）。 事实上，组织修复在很大水平上被以为依赖于损伤诱导的细胞去分化和可塑性。例如，在肠、脑和肺中，损伤诱导非干细胞去分化，从而重新激活通常缄默的干性转录程序，从而取得组织修复所需的可塑性。在正常的稳态条件下，损伤诱导的可塑性（随年龄增长逐步丧失）可能比常驻干细胞的可塑性更与衰老相关。干细胞和祖细胞与没有干细胞潜能的细胞一样，都具有相同的衰老特征，因而本文在这里不讨论关于衰老的每个特征对干细胞功用影响的大量文献。相反，关注于一种基于“细胞重编程”概念的对立干细胞功用随衰老而衰退的战略。这个过程被以为以细胞自主的方式作用于多种细胞类型；但是，由于它的长期影响，其对干细胞和祖细胞的影响被以为具有更高的相关性。

经过重编程完成组织修复再生

细胞向多能性的重编程包含经过四种外部转导的转录因子，即OCT4、SOX2、KLF4和MYC（OSKM），将成体体细胞转化为胚胎多能细胞（被称为诱导性多能干细胞或iPSC）。重编程过程通常需求数周时间，在此期间，细胞首先经过细胞身份基因的转录抑止失去其分化表型，随后激活多能性基因。完整重编程不只意味着细胞身份的改动，还意味着细胞再生，其特征在于许多衰老特征被重置为胚胎状态，如p16减少、端粒延长和DNA甲基化时钟的重置。有趣的是，在去分化开端后不久，这种恢复以渐进的方式发作。事实上，能够运用OSKM启动重编程，在中间状态中缀过程，并允许细胞恢复其原始身份。这种短暂的细胞扰动，也被称为“部分”、“短暂”或“中间”重编程，能够在体内外使衰老的细胞标记物恢复到年轻化的状态，例如DNA甲基化时钟、DNA损伤、表观遗传方式和转录组中的衰老相关变更。因而，去分化和再生过程能够以为是耦合的。 细致来说，去分化意味着表观遗传和转录程序的消弭，这也可能消弭与衰老相关的变更。部分重编程中缀后，细胞在重新分化过程中重新树立其原始的表观遗传和转录状态，有趣的是，细胞不会重新树立已消弭的衰老相关变更，因而将表观基因组和转录组重置为更年轻的状态。

小鼠的瞬时重编程赋予了老年组织修复才干，因然后续的损伤能够像在年轻个体中一样得到有效修复。这种增强的修复才干曾经在胰腺（内分泌部）、骨骼肌、神经纤维、眼、皮肤、心脏和肝脏的组织损伤模型中得到证明。此外，自然衰老的组织功用障碍特征，如视力降落、海马体中神经发作和长期记忆的丧失，也能够经过瞬时重编程而部分逆转。在少数状况下，瞬时重编程在组织修复过程中也是有益的（而不只仅是在受伤之前），创伤性脑损伤和皮肤伤口愈合就是这种状况。最后，应该提及的是，早衰小鼠的寿命能够经过瞬时重编程来延长，但尚未有野生型小鼠经过OSKM延长寿命的报道。

部分重编程重现了自然组织修复的特征（图5B）。在这两种状况下，细胞都会阅历一个短暂的去分化过程，取得胚胎和祖细胞特征，随后再分化。因而，去分化和再分化能够解释组织再生，这与察看到的肌细胞的瞬时去分化，然后再分化，继而诱导转录组的年轻化现象分歧。组织修复的自然过程可能意味着某种水平的细胞再生，这与表观遗传甲基化时钟在组织损伤后很快加速并在组织修复过程中部分逆转的发现分歧。此外，据报道，组织损伤会产生一个组织微环境，该微环境十分合适IL-6驱动的重编程。最后，转录因子FOXM1的循环表白延长了早衰小鼠和野生型小鼠的寿命。固然细致机制尚未探明，但FOXM1在肾脏损伤后被诱导，并在修复过程中参与触发肾小管上皮细胞的去分化和增殖。因而，自然组织修复和人工重编程的几个特征可能会趋于分歧，或答应以改进恢复衰老组织修复才干的战略。

细胞间通讯的改动

衰老与细胞间通讯的逐步改动有关，这会增加系统中的噪音并损伤稳态和激素调理。因而，衰老会随同神经、神经内分泌和激素信号通路的缺陷，包含肾上腺素能、多巴胺能和基于胰岛素/IGF1和肾素-血管慌张素的系统，以及与生殖功用丧失相关的性激素。固然在SASP中分明地表明这种改动的主要缘由源于细胞内，但细胞间通讯的紊乱最终总结为一个标记，将细胞内在标记与系统性细胞标记联络起来，包含炎症反响的长期化、对病原体和癌前细胞的免疫监视才干降落，以及人类基因组和微生物组之间双向通讯的改动最终招致生态失调。这方面的许多研讨都集中在寻觅具有促衰老或延长寿命特性的血源性系统要素、细胞间不同通讯系统的作用，以及对衰老过程中ECM破坏的功用相关性的评价。

促衰老的血源性因子

单次输注老年血液可在数日内诱发年轻小鼠衰老，而用含5%白蛋白的生理盐水缓冲液简单稀释老年小鼠的血液可诱发多种组织年轻化，这阐明存在加速衰老进程的循环因子。在促衰老血源性因子中，趋化因子CCL11/eotaxin和炎症相关蛋白β2-微球蛋白抑止神经发作，IL-6和TGF-β损伤造血功用，补体因子C1q损伤肌肉修复。从理论上讲，中和这些要素可能具有强大的延缓衰老作用。事实上，上述要素中的几个是在SASP的背景下分泌的，并且可能是“传染性”衰老现象的共同缘由，这也触及细胞外囊泡。因而，所谓的“senomorphics” （又被称为SASP抑止剂和Senostatics）可能被用来抑止SASP和延缓衰老。

延缓衰老的血源性因子

年轻小鼠血液中存在的可溶性因子可有效恢复老年小鼠的更新和修复才干（表1）。异体共生实验和普遍的单细胞转录组学研讨证明了年轻血液能够使多个组织恢复生力，并恢复与衰老相关的下调表白基因，特别是参与电子传送链的线粒体基因。趋化因子CCL3/MIP-1α作为造血干细胞和祖细胞的再生因子；金属蛋白酶抑止剂TIMP2与海马体再生相关；抗炎白细胞介素IL-37（在老年人的单核细胞中减少）进步了老年小鼠耐力运动并改善其全身新陈代谢；细胞因子GDF11能使一些组织（肌肉、大脑和胰腺内分泌部）恢复生力，固然它由于其促纤维化的反作用而损伤其他组织的功用和修复；遗传增强的VEGF过表白小鼠表示出肝脏和肌肉修复才干增强，整体健康状况改善，平均寿命延长约40%。

远程和短程通讯系统

中枢神经系统控制影响周围器官衰老的多个方面，这解释了大脑特异性基因操作（如过表白SIRT1、UCP1，或敲除IKBKB和TRPV1）如何延长小鼠寿命（表1）。这些远程活动的确切机制尚待肯定。值得留意的是，细胞间通讯还触及细胞外分子（如ROS、一氧化氮、核酸、前列腺素和其他亲脂性分子）、从白色脂肪组织（adipokines）、棕色脂肪组织（baptokines）、心脏（cardiokines）、肝脏（hepatokines）和骨骼肌（myokines，包含运动时产生的“运动因子”）等各种组织中释放的可溶性因子、细胞分离的配体和其他细胞上的受体（如能够维持细胞分离的IL-1α）之间的互作，以及由紧密衔接或间隙衔接介导的细胞间直接相互作用。一切这些通讯系统在衰老过程中都可能发作变更，因而其潜在的促进和延缓衰老的特性正被细致研讨。

细胞外基质

衰老会对ECM的长效蛋白质成分构成大量损伤，包含AGEs、羰基化和氨基甲酰化、弹性蛋白断裂和胶原蛋白交联，从而招致组织纤维化（纤维化衰老）。这一有害过程部分是由于过度释放TGF-β和其他生长因子，以及转录因子TAZ和YAP的核转位，它们作为机械转导器，触发了促纤维化基因（如转谷氨酰胺酶-2、赖氨酰氧化酶（LOX）和LOX样酶）的表白。ECM刚性也会影响衰老细胞的功用，而衰老细胞又会分泌基质金属蛋白酶，放大ECM的损伤，并经过蛋白水解产生损伤相关的分子以激活促衰老、促纤维化和促炎症通路。衰老基质的刚性增加也可能有利于WNT信号诱导成纤维细胞的激活和促纤维化基因的表白。该通路与其他促纤维化通路（如NOTCH、RAS、TGF-β/SMAD和hedgehog/GLI）表示出普遍的串扰，从而证明了年龄相关的纤维化延展机制的复杂性和相互联络。值得留意的是，由基质刚性惹起的机械变更足以招致少突胶质细胞祖细胞年龄相关的功用丧失，这一过程由机械响应性离子通道PIEZO1介导。

已有研讨提供了ECM刚性对衰老影响的因果证据，并提出了改善健康衰老的措施（表1）。运用AAV载体对Piezo1进行体内抑止，可使老年小鼠大脑中的少突胶质细胞祖细胞恢复生力。基质细胞中YAP/TAZ的基因失活会加速衰老，固然维持YAP功用可使衰老细胞恢复生力，并经过控制cGAS-STING信号传导避免衰老特征的呈现。此外，可产生抗胶原酶I型胶原蛋白（Col1a1r/r）的转基因小鼠表示出血管细胞衰老、加速衰老和寿命缩短。胶原蛋白对人类长寿的重要性曾经在 COL25A1 （编码大脑特有的胶原蛋白）中的稀有变异而得到增强，这种胶原蛋白可能对阿尔茨海默病有维护作用。此外，由年轻的人类成纤维细胞制备的ECM可诱导老年人的衰老细胞进入年轻状态。硫酸软骨素和透明质酸等ECM化合物可恢复与衰老相关的胶原蛋白下调，并延长线虫的寿命。相反，透明质酸酶TMEM2的异位表白可经过改动p38/ERK MAPK信号通路来促进对内质网应激的抵御，并延长线虫的寿命。在小鼠中，软骨素6-磺基转移酶的缺失招致大脑中ECM异常、早期记忆丧失并加速大脑衰老，而过表白这种酶则能改善老年小鼠的记忆力。回想性剖析表明，口服氨基葡萄糖/硫酸软骨素可降低人类的全因死亡率。但是，到目前为止，还没有前瞻性证据表明这种延长寿命的效果能够经过ECM的改善来调理。

慢性炎症

炎症在衰老过程中增加（"炎性衰老"），伴有全身性表示以及病理性部分表型，包含动脉硬化、神经炎症、骨关节炎和椎间盘退化。相应地，炎性细胞因子和生物标记物（如CRP）的浓度随着年龄的增长而增加。血浆中IL-6水平的升高是老龄人群全因死亡率的预测性生物标记物。随着炎症加剧，免疫功用降落，这种现象能够经过对患者和小鼠组织血液中的髓系细胞和淋系细胞进行高维监测来捕获。例如，与年龄相关的T细胞群（称为Taa细胞）由耗竭状态的记忆细胞组成，这些细胞经过颗粒酶介导促炎作用。T细胞群的变更惹起促炎症的TH1和TH17细胞功用亢进，免疫监视功用缺陷（抵消弭病毒感染、恶性或衰老细胞有负面影响），自我耐受性丧失（随之而来的是与年龄相关的自身免疫性疾病的增加），以及生物屏障的维持和修复减少，这些都有利于系统性炎症（图6A）。

图6 细胞外功用紊乱。细胞间通讯的改动将细胞内在特征与包含慢性炎症在内的系统性细胞特征（包含慢性炎症），以及人类基因组和微生物组之间串扰的改动联络起来，最终招致生态失调。（A）衰老过程中的慢性炎症是源于其他一切特征惹起的多种紊乱。图中右侧展示了几个具有代表性的对健康寿命和寿命有积极影响的抗炎干预措施的例子。（B）生态失调招致了与衰老相关的多种病理状况。人类肠道微生物群落在衰老过程中发作显著变更，最终招致了生态多样性普遍降落。右图下部展示了这些微生物群变更机制的主要特性，以及能够促进健康衰老的肠道微生物群组成的干预示例。CVDs，心血管疾病；SCFAs，短链脂肪酸。

炎症和其他衰老特征之间的联络

炎症是源于衰老其他的特征的多种紊乱招致的结果。例如，炎症能够由细胞核和线粒体DNA易位到胞浆中引发，特别是当自噬失效、无法拦截异位DNA时，在那里它们能够刺激促炎DNA感受器。基因组的不稳定性有利于不肯定潜能的克隆造血（CHIP）， 通常随同着具有促炎表型的髓系细胞的扩张，招致心血管老化。有趣的是，最常见的CHIP相关突变影响表观遗传修饰酶DNMT3（使DNA中的胞嘧啶残基甲基化）和TET2（催化甲基胞嘧啶氧化为5-羟甲基胞嘧啶）。从机理上讲，影响TET2的CHIP会增强髓系细胞产生IL-1β和IL-6，并促进心血管疾病（cardiovascular disease，CVD），这个效应在IL-6受体功用缺失突变或用IL-1β中和抗体治疗的个体中削弱。

促炎蛋白的过度表白可继发于表观遗传失调、蛋白稳态失衡或自噬功用受损。过度的营养信号招致GH/IGF1/PI3K/AKT/mTORC1轴的激活，从而引发炎症。此外，继发于衰老细胞积聚的SASP以及细胞外碎片和感染性病原体的积聚（由于衰老和髓系细胞、淋巴细胞的衰竭而无法肃清）也会促进炎症。后一种现象触及衰老相关的胸腺退化、胸腺生成的降低，从而招致T细胞库的减少，无法对新抗原产生有效的免疫应对。值得留意的是，人类的胸腺细胞生成能够经过CR改善，并且在小鼠中能够敲除CR下调基因PLA2G7来对立胸腺萎缩。最后，昼夜节律紊乱和肠屏障功用障碍也会加剧炎症。

抗炎、延缓衰老干预手段

固然全身炎症与上述一切衰老相关的改动有机制联络，但炎症自身就是一个衰老的标记。事实上， 经过对炎症和免疫系统进行特定处置能够加速或延缓不同器官系统的衰老过程。例如，线粒体转录因子A（mitochondrial tranion factor A，TFAM）中T细胞特异性缺陷足以驱动心血管、认知、代谢和身体衰老，并随同循环细胞因子增加。TNF-α抑止剂依那西普部分逆转了这种表型。小鼠造血细胞中DNA修复蛋白ERCC1的杂合缺失足以诱导非淋巴器官的免疫衰退和老化，以及许多与寿命缩短相关的器官损伤迹象，这种表型能够经过非瑟酮缓解。这些结果支持了免疫系统老化可能招致机体衰老的观念。值得留意的是，将TFAM缺失的T细胞、年轻ERCC缺陷型脾细胞或年老的野生型脾细胞过继转移到年轻小鼠中会诱导衰老，而将年轻免疫细胞移植到ERCC缺陷小鼠中可减缓衰老，这表明免疫细胞有调理机体衰老的才干。

抗炎治疗延长寿命例子有很多。因而，阻断TNF-α可避免小鼠的肌细胞减少，并改善衰老大鼠的认知才干。阻断常见的1型干扰素受体（type 1 interferon receptor，IFNAR1）可逆转衰老小鼠肺中单核细胞的积聚。敲除骨髓细胞中前列腺素E2受体EP2或用EP2药物抑止剂治疗老年小鼠可改善认知。敲除炎症小体蛋白NLRP3可改善代谢生物标记物、葡萄糖耐受、认知和运动才干，延长小鼠寿命。NLRP3或其下游酶胱冬肽酶-1的药理学抑止剂对正常和加速衰老模型具有令人鼓舞的临床前效应。最重要的是，卡那单抗对胱冬肽酶-1产物IL-1β的抑止是适用于患者的延缓衰老治疗的例证。第III期临床实验CANTOS评价了卡那单抗预防有心肌梗死病史和明显炎症迹象的患者复发CVD的才干。除了抵达实验的主要终点外，卡那单抗还降低了糖尿病和高血压的发病率，以及肺癌的发病率和死亡率。最后，固然长期运用非甾体抗炎药（如阿司匹林）可能对人体健康产生积极影响，特别是在预防CVD和胃肠道癌症方面，但一项大型的III期临床实验（对70岁以上的受试者服用阿司匹林）产生了负面结果。因而，有必要进行进一步的研讨以讨论在年轻时运用阿司匹林进行预防性治疗的价值，或将阿司匹林与其他药物分离运用，或用毒性较小的抗炎药替代阿司匹林。

肠道生态失调

近年来， 肠道微生物已成为多种生理过程中的一个关键要素，如营养消化和吸收、抵御病原体和生产必须代谢产物（例如维生素、氨基酸衍生物、次级胆汁酸和短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs））。肠道微生物群还向外周/中枢神经系统和其他远处的器官发出信号，并对宿主健康的总体维持产生激烈的影响。细菌-宿主双向交流的扰乱招致了肠道生态失调，并招致多种病理状况，如瘦削、2型糖尿病、溃疡性结肠炎、神经系统疾病、CVD和癌症。这一范畴的进展惹起了人们对探求衰老过程中肠道微生物群变更的极大兴味。

衰老过程中的微生物群变更

由于宿主遗传多样性（种族）、饮食要素、生活习气（文化）以及天文环境条件，肠道内的微生物在个体之间高度多变，这使得人们难以提示微生物群与多效性年龄相关疾病表示之间的关系。固然如此，一些Meta剖析提示了微生物群与疾病的相关性，这些相关性已在不同的疾病和国度得到考证。对人类和动物模型的研讨提供了有关临床、盛行病学、社会学和分子基础方面（老年微生物组对人类健康和疾病的复杂影响）的可贵信息。一旦在儿童时期树立了菌群的多样性，在成年时期其就坚持相对稳定。但是，在衰老过程中菌群的结构和活性逐步发作变更，最终招致多样性的总体降落。因而，对百岁老人进行的几项研讨表明，丰度大的几个中心菌群（如拟杆菌属和罗氏菌属）减少了，但双歧杆菌属和阿克曼菌属等几个属的菌群增加了，这似乎具有延长寿命的作用。

人们经过对最近来自三个年龄跨度为18-101岁的独立队列的9000多名个体的肠道微生物组和表型数据的剖析，拓展了这方面的研讨。 值得留意的是，随着年龄的增长，每个人的肠道微生物群变得越来越特别，这种特别性与参与免疫调理、炎症和衰老的微生物代谢产物有关。在老年人中，健康的个体表示出对特别微生物成分的持续偏移，而在健康状况较差的个体中，这种偏移减少或消逝。健康衰老的微生物群方式的特征是中心类群的耗竭，如大多数人中存在的拟杆菌。此外，在接近极端年龄的个体中，拟杆菌高水平的保存和低肠道微生物组的特别性与生存率降落显著相关。但是，百岁老人和超百岁老人的微生物群研讨结果并不总是与老年人群的结果分歧。一项名为ELDERMET的研讨发现，与年轻对照组相比，老年人的中心属拟杆菌属、另枝杆菌属和拟副杆菌属的优势增加。这项研讨还肯定了与虚弱、认知、抑郁和炎症相关的肠道微生物群组成的年龄相关性变更。另一项研讨提示了不同种族人群中的微生物群与年龄相关的轨迹，以及肠道微生物群中普遍的衰老相关的性别依赖性差别减少。值得留意的是，老年人中几种促进健康的细菌种类表示出的更高丰度，包含阿克曼菌。这些结果表明，除了老年人的饮食变更和生活方式外，与衰老相关的生理变更可能会对人体肠道微生物群产生深远影响。

一切这些研讨结果的异质性表明， 衰老可能存在多种肠道微生物组轨迹。但是，微生物群产生的氨基酸衍生物的血浆浓度有一个有趣的趋同。这些代谢产物包含由肠道细菌降解色氨酸产生的吲哚，以及苯丙氨酸/酪氨酸的几种发酵产物，如对甲酚硫酸盐、苯乙酰谷氨酰胺和对甲酚葡萄糖醛酸。这一发现与ELDERMET的数据分歧，表明粪便中对甲酚的浓度与虚弱水平的增加相关，并可能招致该人群年龄相关的机能降落。相反，某些吲哚代谢产物的血浆浓度与老年人健康状况的改善相关。 吲哚代谢产物至少部分地经过与芳香烃受体分离来减轻炎症反响，从而增加小鼠的健康期和寿命。

对百岁老人肠道微生物组的进一步代谢组学和功用剖析表明，它富含一些特定的细菌，如 Alistipes putredinis 和 Odoribacter splanchnicus 。这些细菌中的一些能够产生特别的次级胆汁酸，包含异丙胆酸，它对艰难梭菌和粪肠球菌等革兰氏阳性多药耐药病原体具有强大的抗菌作用。因而， 特定的胆汁酸代谢可能降低病理生物感染的风险，并有助于肠道内稳态，从而降低年龄相关慢性疾病的易理性。

粪便菌群移植与衰老

病理性衰老的多组学研讨表明，两种不同的早衰小鼠模型表示出肠道生物失调，其主要特征是变形杆菌和蓝细菌的丰度增加，以及疣状菌的水平降低。与这些发现分歧的是，患有HGPS或NGPS的人类早衰患者也表示出肠道生物失调，而长寿的人表示出变形杆菌的显著减少和疣微菌的显著增加。粪便微生物群移植（Fecal microbiota transplantation，FMT）在体内证明了这些变更的因果关系。野生型小鼠的肠道微生物移植到两种早衰小鼠模型中能进步早衰小鼠的健康期和寿命，而给予嗜黏蛋白阿克曼菌 Akkermansia muciniphila 也足以抵达这种效果。相反，从早衰供体到野生型小鼠的FMT诱导了有害的代谢改动。早衰小鼠体内次级胆汁酸和其他代谢产物的恢复表示出重建健康微生物群的有益效果。

FMT还提示了肠道生态失调在慢性全身炎症和与衰老相关疾病相关的顺应性免疫降落中的致病作用。将肠道微生物群从老年小鼠转移到年轻无菌小鼠引发炎症反响，其特征是脾脏中CD4 + T细胞分化增强，炎性细胞因子上调，细菌来源的炎性因子增加。FMT也为肠道微生物群在衰老过程中维持大脑健康和免疫力提供了证据。年轻小鼠供体的微生物群逆转了海马代谢产物和大脑免疫力中与衰老相关的差别，并在移植到老年宿主中时改善了与年龄相关的认知行为障碍。这些工作为运用益生菌、益生元制剂影响肠道微生物群以恢复免疫系统和衰老大脑提供了可能性。异时的粪便转移证明了微生物组成的年龄依赖性变更与宿主免疫系统功用降落之间的因果关系。事实上，老年小鼠派伊尔淋巴结中有缺陷的生发中心能够经过从年轻动物中FMT挽救，而不会影响外周淋巴结中的生发中心反响。最后，来自年轻供体小鼠的FMT改善了老年小鼠的卵巢功用和生育才干。这些有益作用与老年卵巢免疫微环境的改善有关，包含巨噬细胞和巨噬细胞衍生的多核巨细胞减少、促炎性IFNγ水平降低、抗炎细胞因子IL-4的丰度增加。

其他延长肠道微生物群的干预措施

益生菌植物乳杆菌GKM3在加速衰老的SAMP8小鼠模型中促进长寿并缓解与衰老相关的认知障碍。针对肠道微生物群组成的干预措施也恢复了小胶质细胞成熟和功用的衰老相关性降落，这会招致大脑可塑性变更并促进神经退化。肠道微生物群代谢产物如SCFA的再克隆实验或给药，避免了有益双歧杆菌的年龄相关性降落，增加了阿克曼氏菌的丰度，并恢复了中年小鼠的小胶质细胞功用。此外，热量限制饮食会招致肠道微生物组的结构变更，增加乳酸杆菌和其他影响健康衰老的物种的丰度。经过恢复老年小鼠和猕猴体内有益的SCFA产生细菌（嗜黏蛋白阿克曼菌）的丰度，肠道微生物惹起的炎症和随后胰岛素抵御的增加也能够逆转。同样，在超重/瘦削胰岛素抵御意愿者中进行的一项随机、双盲、安慰剂对照的实验研讨表明，口服巴氏杀菌法处置的嗜黏蛋白阿克曼菌改善了胰岛素敏理性，降低了胰岛素血症和血浆总胆固醇水平，这些结果强调了衰老和生物失调之间的因果关系，并表明恢复年细微生物组的干预措施能够延长健康寿命和寿命。

总结

衰老的一切12个特征都彼此密切相关（图7）。例如，基因组不稳定性（包含由端粒缩短惹起的不稳定性）与表观遗传改动（经过表观遗传修饰物如TET2的功用缺失突变）、蛋白稳态丧失（产生突变、错误折叠的蛋白）、巨自噬障碍（经过自噬的才干去除多余的中心体、核外染色质和胞质DNA）、营养感应失调（由于SIRT6是一种 NAD+ 传感器，参与DNA修复，但也对营养缺乏作出反响）、线粒体功用障碍（mtDNA突变）、细胞衰老（DNA损伤触发衰老）、细胞间通讯的改动（经过障碍通讯途径的激活）、慢性炎症（由于CHIP和DNA走漏到胞浆中招致炎症）和生态失调（由于肠细胞中的突变有利于生态失调，而特定的微生物蛋白和代谢产物充任诱变剂）密切相关。相似的功用关系能够列出大多数而不是一切衰老特征，表明它们之间的强大相互联络。

图7 本研讨中提出的一切12个衰老特征在功用上相互关联。衰老的这些决议要素也与健康的八个特征相互关联，这八个特征包含空间划分的组织特征、随着时间的推移坚持体内均衡以及对扰动的一系列反响。最后，衰老的特征与提出的八个组织层次相互关联，并发明了一个多维的交互空间，这可能有助于解释衰老过程的一些重要特征。

衰老特征之间这种密切关联在实验性延缓衰老干预措施的水平上也很明显，这些干预措施常常同时针对几个特征。因而，包含NAD + 前体在内的SIRT激活剂削弱了基因组不稳定性（经过DNA修复）、表观遗传改动（经过组蛋白去乙酰化）、蛋白稳定性丧失（经过去除蛋白质汇集体）、巨自噬障碍（经过自噬增强）、营养感应失调（经过激活营养缺乏传感器）、线粒体功用障碍（经过线粒体吞噬依赖性质量控制的增加）。肠道细菌产生的代谢物亚精胺与DNA络合（抵消基因组不稳定性）、影响翻译（避免蛋白停滞）、刺激巨自噬、逆转淋巴细胞衰老、避免肌肉干细胞耗竭、维持昼夜节律、抑止炎症、刺激癌症免疫监测。二甲双胍具有多效性作用方式，包含诱导自噬、激活营养缺乏传感器AMPK、抑止线粒体呼吸、减缓脂肪细胞衰老、抑止炎症和促进肠道微生物群的有利变更。同样，经过口服弥补嗜黏蛋白阿克曼菌维持生态均衡、刺激肠道自噬、减少代谢综合征、抑止炎症、增强抗癌免疫反响。 事实上，降低胰岛素/IGF-1信号和破坏TORC1复合物等能够有效延缓衰老的干预措施的显著特征是具有针对不同组织不同衰老特征的多样性机制，从而维持整个机体健康寿命。

固然衰老的12个特征中的每一个都能够逐一针对，为健康寿命和寿命带来了真实的益处（表1），但它们之间存在某种层次结构（图1）。因而，正如作者最初提出的，反映影响基因组、端粒、表观基因组、蛋白质组和细胞器的损伤的主要特征，随着时间的推移逐步积聚，并明白地促进衰老过程。对损伤产生应对反响的对立性特征在衰老过程中表演着更奇妙的角色。例如，营养物质感应激活的营养信号和合成代谢反响在年轻时具有有益的作用，但在以后很大水平上促进衰老。因而，在对立性多效性的典型案例中，营养物质感应网络有助于器官发育直到个体成年，但在这一阶段之后发挥有害作用。此外，可逆的和低剂量的线粒体功用障碍能够刺激有益的逆反响（经过促团结），而有限的和空间受限的细胞衰老水平有助于抑止肿瘤发作并改善伤口愈合。 最后，当原发性和对立性特征构成的累积损伤不能再得到弥补时，就会呈现综合性特征，招致干细胞衰竭、细胞间通讯改动，包含ECM损伤、慢性炎症和生态失调，这些共同决议了衰老的速度。

最近， 作者假定了健康的八个特征，其中包含空间分区的组织特征（屏障的完好性和部分扰动的遏制）、稳态长时间维持（循环和周转、回路整合和节律振荡）以及对扰动的一系列恰当反响（稳态弹性、