趙紅彬Cell, Volume 153, Issue 6, 1194-1217, 6 June 2013
doi:10.1016/j.cell.2013.05.039
衰老的特征The Hallmarks of AgingCarlosLópez-Otín1, Maria A. Blasco2, Linda Partridge3, 4,Manuel Serrano5, , and Guido Kroemer6, 7, 8, 9, 101 Departamento de Bioquímica y Biología Molecular,Instituto Universitario de Oncología (IUOPA), Universidad de Oviedo, Oviedo,Spain
2 Telomeres and Telomerase Group, Molecular OncologyProgram, Spanish National Cancer Research Centre (CNIO), Madrid, Spain
3 Max Planck Institute for Biology of Ageing,Cologne, Germany
4 Institute of Healthy Ageing, Department ofGenetics, Evolution and Environment, University College London, London, UK
5 Tumor Suppression Group, Molecular OncologyProgram, Spanish National Cancer Research Centre (CNIO), Madrid, Spain
6 INSERM, U848, Villejuif, France
7 Metabolomics and Cell Biology Platforms, InstitutGustave Roussy, Villejuif, France
8 Centre de Recherche des Cordeliers, Paris, France
9 P?le de Biologie, H?pital Européen GeorgesPompidou, AP-HP, Paris, France
10 Université Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité,Paris, France
Correspondingauthor
概要
衰老的特點(diǎn)為生理完整性（physiological integrity）的漸進(jìn)性喪失，進(jìn)而導(dǎo)致功能損傷和死亡風(fēng)險(xiǎn)增加。這種衰退是人類主要疾?。ㄈ鐞盒阅[瘤、糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病等）的首要危險(xiǎn)因素。近年來，衰老研究取得了前所未有的進(jìn)展，特別是發(fā)現(xiàn)，通過進(jìn)化保守的遺傳途徑和生化過程，可以在一定程度上控制衰老的速度。本篇綜述試圖將不同生物體（特別是哺乳動(dòng)物）的衰老歸納為九項(xiàng)共性特征。這九項(xiàng)特征為：基因組失穩(wěn)（genomic instability）、端粒損耗（telomere attrition）、表觀遺傳學(xué)改變（epigenetic alterations）、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失（loss of proteostasis）、營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)（deregulated nutrient sensing）、線粒體功能障礙（mitochondrial dysfunction）、細(xì)胞衰老（cellular senescence）、干細(xì)胞耗竭（stem cell exhaustion）和胞間通訊改變（altered intercellular communication）。目前面臨的重要問題是，揭示上述特征之間的關(guān)聯(lián)性以及各自對(duì)衰老的相對(duì)貢獻(xiàn)度，最終目標(biāo)是確定藥物干預(yù)的靶點(diǎn)，以改善人類衰老進(jìn)程中的健康水平并最大程度地避免副作用。
引言
廣義的衰老是指大多數(shù)生物體均可發(fā)生的增齡性（time-dependent）功能下降。在整個(gè)人類歷史進(jìn)程中，衰老現(xiàn)象總會(huì)激起人們的好奇和聯(lián)想。而衰老研究新紀(jì)元的開啟，則始于30年前對(duì)秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans，C. elegans）首個(gè)長(zhǎng)壽品系的分離（Klass, 1983）。如今，基于對(duì)生命和疾病的分子和細(xì)胞基礎(chǔ)的全面認(rèn)識(shí)，衰老現(xiàn)象正經(jīng)受嚴(yán)格的科學(xué)審查。近數(shù)十年來，衰老研究與腫瘤研究在很多方面相伴而行。2000年，一篇里程碑式的文獻(xiàn)歸納了腫瘤的六項(xiàng)特征（Hanahan and Weinberg, 2000），腫瘤研究領(lǐng)域由此獲得了強(qiáng)勁的動(dòng)力，而近期文獻(xiàn)已將其擴(kuò)展為十項(xiàng)特征（Hanahan and Weinberg, 2011）。通過上述歸納，腫瘤的本質(zhì)及其深層機(jī)制得以概念化地展現(xiàn)。
大致看來，腫瘤和衰老似乎是兩個(gè)相反的過程：腫瘤是細(xì)胞適應(yīng)性（cellular fitness）畸形發(fā)展的結(jié)果，而衰老則以細(xì)胞適應(yīng)性的喪失為特征。但深入來看，腫瘤和衰老具有某些共同的根源。普遍認(rèn)為，細(xì)胞損傷的增齡性累積是衰老的總原因（Gems and Partridge, 2013; Kirkwood, 2005;Vijg and Campisi, 2008）。伴隨于此，細(xì)胞損傷又為特定細(xì)胞發(fā)生癌變提供有利條件，并最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。因此，腫瘤和衰老可被看作是同一基礎(chǔ)過程（即細(xì)胞損傷的累積）的不同表現(xiàn)。另外，諸如動(dòng)脈粥樣硬化、炎癥等衰老相關(guān)病變，還涉及到細(xì)胞失控性過度生長(zhǎng)或功能活躍（Blagosklonny, 2008）?；谏鲜龈拍羁蚣埽╟onceptual framework），在衰老領(lǐng)域應(yīng)重視以下重要問題：①致衰老損傷的生理性來源；②試圖重建穩(wěn)態(tài)的代償性反應(yīng)；③不同損傷和代償反應(yīng)之間的相互作用；④通過外源性干預(yù)延緩衰老的可能性。
接下來，本文試圖對(duì)衰老的細(xì)胞和分子特征予以確認(rèn)和歸類。本文提出的九項(xiàng)特征已公認(rèn)能夠促進(jìn)衰老的發(fā)展，并可共同決定衰老的表型（圖1）?？紤]到衰老特征的復(fù)雜性，本文重點(diǎn)關(guān)注針對(duì)哺乳動(dòng)物衰老的最新認(rèn)識(shí)，同時(shí)也會(huì)對(duì)低等模式生物的相關(guān)研究有所提及（Gems and Partridge, 2013; Kenyon, 2010）。各項(xiàng)衰老特征應(yīng)嚴(yán)格符合以下標(biāo)準(zhǔn)：①其應(yīng)體現(xiàn)于正常衰老過程中；②通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其增強(qiáng)后應(yīng)能加速衰老；③通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其削弱后應(yīng)能夠延緩正常衰老進(jìn)程并由此增加健康壽命。對(duì)照上述這套嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，本文提出的九項(xiàng)特征均有不同程度的符合，具體情況將在下文討論。這套標(biāo)準(zhǔn)的最后一條是最難實(shí)現(xiàn)的，即使是將其局限于衰老的某一方面亦是如此。因此，九項(xiàng)特征不會(huì)均滿足“通過干預(yù)成功延緩衰老”這一條件。其實(shí)，這套標(biāo)準(zhǔn)是既嚴(yán)格又寬泛的，因?yàn)樯鲜龈黜?xiàng)衰老特征之間存在廣泛的關(guān)聯(lián)性，這意味著通過實(shí)驗(yàn)削弱某一特征，可能會(huì)影響到另一特征。
基因組失穩(wěn)
衰老的一個(gè)共同點(diǎn)是生命歷程中基因損傷的累積（Moskalev et al., 2012）（圖2A）。并且，多種早老性疾?。廴缥旨{綜合征（Wernersyndrome）、布盧姆綜合征（Bloom syndrome）］均由DNA損傷過度累積所致（Burtner and Kennedy, 2010）；不過上述疾病及其他早老綜合征與正常衰老之間的相關(guān)性并未完全闡明，部分原因在于這些疾病僅能概括衰老的某些方面。外源性因素（如物理、化學(xué)和生物因子）和內(nèi)源性因素［如DNA復(fù)制錯(cuò)誤、自發(fā)性水解反應(yīng)、活性氧（ROS）］均可破壞DNA的完整性和穩(wěn)定性（Hoeijmakers, 2009）。上述外源性或內(nèi)源性破壞造成的基因損傷類型各異，包括點(diǎn)突變、基因易位、染色體獲得或缺失、端?？s短和基因斷裂等，可由各種病毒或轉(zhuǎn)位子（transposons）的共同作用所導(dǎo)致。為盡可能減少上述損傷，機(jī)體的DNA修復(fù)機(jī)制進(jìn)化形成一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，能夠協(xié)同對(duì)抗針對(duì)細(xì)胞核DNA的大多數(shù)破壞（Lord and Ashworth, 2012）?；蚪M穩(wěn)定系統(tǒng)還包括某些特殊機(jī)制，能夠使端粒保持適當(dāng)長(zhǎng)度和功能（端粒與衰老另一特征有關(guān)，討論見下文），以及確保線粒體DNA（mtDNA）的完整性（Blackburn et al., 2006; Kazak et al., 2012）。除外DNA的直接損傷，細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的缺陷［即核纖層蛋白病（laminopathies）］亦可引發(fā)基因組失穩(wěn)，并導(dǎo)致早老綜合征（Worman, 2012）。
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| 圖1 衰老的特征 |
本圖展示了衰老的九項(xiàng)特征：基因組失穩(wěn)、端粒損耗、表觀遺傳學(xué)改變、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失、營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)、線粒體功能障礙、細(xì)胞衰老、干細(xì)胞耗竭、胞間通訊改變。
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細(xì)胞核DNA
源自老年人和老年模式生物的細(xì)胞，均會(huì)表現(xiàn)出體細(xì)胞突變的累積（Moskalev et al., 2012）。而其他類型的DNA損害，如染色體異倍性（aneuploidies）和拷貝數(shù)變異等現(xiàn)象，亦發(fā)現(xiàn)與衰老相關(guān)（Faggioli et al., 2012; Forsberg et al., 2012）。還有報(bào)道，大型染色體異常中的克隆鑲嵌現(xiàn)象（clonal mosaicism）亦有所增加（Jacobs et al., 2012; Laurie et al., 2012）。上述各種類型的DNA改變均可影響到關(guān)鍵基因及其轉(zhuǎn)錄途徑，導(dǎo)致細(xì)胞功能紊亂。若后者未通過凋亡或衰老而被清除，則會(huì)危及組織和機(jī)體的穩(wěn)態(tài)。特別是DNA損害若影響到干細(xì)胞的特定功能，則會(huì)對(duì)其組織更新作用造成不良影響（Jones and Rando, 2011; Rossi et al., 2008）（見“干細(xì)胞耗竭”）。
小鼠和人類研究亦發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)生命過程中，基因組損傷與衰老呈現(xiàn)因果關(guān)系：若DNA修復(fù)機(jī)制發(fā)生缺陷，在小鼠會(huì)導(dǎo)致衰老加速，而在人類則是多種早老綜合征［如沃納綜合征、布盧姆綜合征、著色性干皮?。▁eroderma pigmentosum）、毛發(fā)硫營(yíng)養(yǎng)不良（trichothiodystrophy）、科凱恩綜合征（Cockayne syndrome）、塞克爾綜合征（Seckel syndrome）］的發(fā)病原因（Gregg et al., 2012; Hoeijmakers, 2009; Murgaet al., 2009）。另外，過表達(dá)BubR1［為有絲分裂檢查點(diǎn)（checkpoint）的組件］的轉(zhuǎn)基因小鼠，對(duì)染色體異倍性和惡性腫瘤的防御能力增強(qiáng)，且其健康壽命亦延長(zhǎng)（Baker et al., 2013）。該發(fā)現(xiàn)也從實(shí)驗(yàn)角度證實(shí)，通過人為加強(qiáng)核DNA修復(fù)機(jī)制可延緩衰老進(jìn)程。
線粒體DNA
衰老mtDNA出現(xiàn)突變和刪除也會(huì)促進(jìn)衰老（Park and Larsson, 2011）。mtDNA被認(rèn)為是衰老相關(guān)體細(xì)胞突變的主要靶點(diǎn)，原因在于線粒體的氧化微環(huán)境中，mtDNA缺乏保護(hù)性組蛋白，且較之核DNA欠缺有效的修復(fù)機(jī)制（Linnane et al., 1989）。不過線粒體基因組存在多樣性，同一細(xì)胞中可并存突變基因組和野生型基因組［該現(xiàn)象稱為異質(zhì)性（heteroplasmy）］，所以對(duì)mtDNA與衰老之間存在因果關(guān)系的推測(cè)尚存爭(zhēng)議。不過，單細(xì)胞分析亦顯示，盡管mtDNA突變的總體水平較低，但衰老細(xì)胞個(gè)體的突變負(fù)荷則較顯著，會(huì)達(dá)到同質(zhì)性（homoplasmy）狀態(tài)（即突變基因組占優(yōu)勢(shì)）（Khrapko et al., 1999）。有趣的是，與早期的預(yù)測(cè)相反，成年或老年細(xì)胞中多數(shù)mtDNA突變是由生命早期的復(fù)制錯(cuò)誤所致，而非源于氧化損傷。這些突變會(huì)發(fā)生多克隆增殖，導(dǎo)致不同組織出現(xiàn)呼吸鏈功能障礙（Ameur et al., 2011）。HIV感染者經(jīng)抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物（可干擾mtDNA復(fù)制）治療后，會(huì)出現(xiàn)衰老加速，這便支持了生命早期mtDNA突變的多克隆增殖加速衰老的觀點(diǎn)（Payne et al., 2011）。
mtDNA損傷與衰老及增齡性疾病相關(guān)的早期證據(jù)，是發(fā)現(xiàn)mtDNA突變所致人類多系統(tǒng)疾病可模擬某些衰老表型（Wallace, 2005）。隨后的因果關(guān)系證據(jù)，來自對(duì)mtDNA聚合酶γ缺陷小鼠的研究。這種突變小鼠有多種早老表現(xiàn)且壽命縮短，這與其mtDNA隨機(jī)點(diǎn)突變和刪除的累積有關(guān)（Kujoth et al., 2005; Trifunovic et al.,2004; Vermulst et al., 2008）。這種小鼠的細(xì)胞表現(xiàn)為線粒體功能受損，但出乎意料的是，并不伴有ROS生成增加（Edgar et al., 2009; Hiona et al., 2010）。并且，這種早老癥小鼠的干細(xì)胞對(duì)mtDNA突變的累積異常敏感（Ahlqvist et al., 2012）（見“干細(xì)胞耗竭”）。今后的研究尚需要確認(rèn)，通過基因操作降低mtDNA突變負(fù)荷是否能夠延長(zhǎng)壽命。
細(xì)胞核結(jié)構(gòu)
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| 圖2 基因組和表觀遺傳學(xué)改變 |
（A）基因組失穩(wěn)和端粒損耗。所示為單條染色體受到內(nèi)源性和外源性因子的破壞，導(dǎo)致多種DNA損傷。這些損傷可通過多種機(jī)制予以修復(fù)。而DNA損傷過度或DNA修復(fù)不足則會(huì)加快衰老進(jìn)程。需注意的是，細(xì)胞核DNA和線粒體DNA（圖中未顯示）均會(huì)發(fā)生增齡性基因組改變。BER：堿基切割修復(fù)；HR：同源重組；NER：核苷酸切割修復(fù)；NHEJ：非同源末端接合；MMR：錯(cuò)配修復(fù)；ROS：活性氧；TLS：跨損傷DNA合成；SAC：紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)（Vijg, 2007）
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（B）表觀遺傳學(xué)改變。DNA甲基化、組蛋白乙?；图谆?、以及其他染色質(zhì)相關(guān)蛋白的變化，均會(huì)誘導(dǎo)表觀遺傳學(xué)改變，進(jìn)而促進(jìn)衰老進(jìn)展。
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核纖層（nuclear lamina）缺陷也會(huì)導(dǎo)致染色體失穩(wěn)（Dechat et al., 2008）。核纖層蛋白（nuclear lamins）是核纖層的主要成分，可充當(dāng)腳手架以束縛染色質(zhì)和蛋白復(fù)合物（后兩者可調(diào)節(jié)基因組穩(wěn)定性），從而參與基因組維護(hù)（Gonzalez-Suarez et al., 2009; Liu et al.,2005）。核纖層吸引衰老研究者的注意，源于該結(jié)構(gòu)中編碼蛋白成分的基因突變可導(dǎo)致早老綜合征，如哈欽森-吉爾福德早老綜合征（Hutchinson-Gilford progeria syndrome，HGPS）、內(nèi)斯托爾-吉列爾莫早老綜合征（Néstor-Guillermoprogeria syndrome，NGPS）。而在人類正常衰老過程中，亦可發(fā)現(xiàn)核纖層改變和早老蛋白（progerin，核纖層蛋白前體A變異亞型）生成（Ragnauth et al., 2010; Scaffidi and Misteli,2006）。正常的人成纖維細(xì)胞經(jīng)體外長(zhǎng)期培養(yǎng)，其端粒功能障礙亦可促進(jìn)progerin生成，這提示在正常衰老過程中，端粒維護(hù)與早老蛋白表達(dá)之間存在著密切聯(lián)系（Cao et al., 2011）。不僅是存在核纖層蛋白A的增齡性改變，核纖層蛋白B1水平亦隨細(xì)胞衰老而降低，提示后者可作為衰老過程中的生物標(biāo)志物（Freund et al., 2012; Shimi et al., 2011）。
通過動(dòng)物和細(xì)胞模型，已確認(rèn)HGPS特征性的核纖層異常可誘導(dǎo)多條應(yīng)激通路。這些通路包括p53激活（Varela et al., 2005）、促生長(zhǎng)軸（somatotrophic axis）下調(diào)（Mari?o et al., 2010），以及成體干細(xì)胞損耗（Espada et al., 2008; Scaffidi and Misteli,2008）。觀察發(fā)現(xiàn)，降低HGPS模型小鼠核纖層蛋白前體A或早老蛋白水平，可延緩早老癥狀的出現(xiàn)并延長(zhǎng)壽命，這即為核纖層異常與過早衰老之間的因果關(guān)系提供了支持。而通過系統(tǒng)性注射反義寡核苷酸、法尼基轉(zhuǎn)移酶抑制劑，或他汀類與氨基雙膦酸鹽合用，亦可取得上述效果（Osorio et al., 2011; Varela et al., 2008;Yang et al., 2006）。通過激素治療恢復(fù)促生長(zhǎng)軸功能，或抑制NF-κB信號(hào)通路，亦可延長(zhǎng)上述早老小鼠的壽命（Mari?o et al., 2010; Osorio et al., 2012）。進(jìn)一步，針對(duì)取自HGPS患者的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs），采用同源重組（homologousrecombination）策略可糾正其LMNA突變，這便為今后開展細(xì)胞療法開辟了道路（Liu et al., 2011b）。而能否通過加強(qiáng)核結(jié)構(gòu)來延緩正常衰老，尚有待在今后研究中予以驗(yàn)證。
總結(jié)
大量證據(jù)顯示衰老過程伴隨著基因組損傷，而人為誘導(dǎo)基因組損傷則會(huì)引發(fā)某些衰老加速表現(xiàn)。機(jī)體存在保證染色體忠實(shí)分離的機(jī)制，有遺傳學(xué)證據(jù)顯示，加強(qiáng)這種機(jī)制能夠延長(zhǎng)哺乳動(dòng)物的壽命。更特殊的是，早老癥與核結(jié)構(gòu)缺陷相關(guān)，原理驗(yàn)證（proof of principle）顯示相關(guān)治療確能延緩過早衰老。類似地，能否通過某種干預(yù)手段以加強(qiáng)細(xì)胞核的其他方面，以及線粒體基因組的穩(wěn)定性（如DNA修復(fù)），從而對(duì)正常衰老產(chǎn)生良性影響，也將是需要探索的方向（關(guān)于端粒的問題較為特殊，以下單獨(dú)討論）。
端粒損耗
增齡性DNA損害的累積對(duì)基因組的影響似乎是隨機(jī)的，但在染色體的某些區(qū)域（如端粒），則特別容易發(fā)生增齡性損害（Blackburn et al., 2006）（圖2A）。復(fù)制性DNA聚合酶不具備完全復(fù)制線性DNA分子末端的能力，而一種特異性DNA聚合酶（即端粒酶）則具備這種功能。不過，多數(shù)哺乳動(dòng)物體細(xì)胞不表達(dá)端粒酶，這便導(dǎo)致染色體末端的端粒保護(hù)序列進(jìn)行性和累積性的喪失。已發(fā)現(xiàn)，某些類型的離體培養(yǎng)細(xì)胞的增殖能力有一定的限度，這種現(xiàn)象稱為復(fù)制性衰老，或曰海弗里克極限（replicative senescence, or Hayflick limit）（Hayflick and Moorhead, 1961; Olovnikov, 1996），而端粒損耗正可解釋這一現(xiàn)象。事實(shí)是，僅通過異位表達(dá)端粒酶即可實(shí)現(xiàn)普通細(xì)胞永生化，且不會(huì)發(fā)生致癌性轉(zhuǎn)化（oncogenic transformation）（Bodnar et al., 1998）。重要的是，端?？s短在人類和小鼠的正常衰老過程中亦可發(fā)現(xiàn)（Blasco, 2007a）。
端粒受到一種特殊的多蛋白復(fù)合體［稱為遮蔽蛋白（shelterin）］的保護(hù)（Palm and de Lange, 2008）。這種復(fù)合體的主要功能為阻止DNA修復(fù)蛋白進(jìn)入端粒。否則，端粒會(huì)被當(dāng)作DNA斷裂而被“修復(fù)”，從而導(dǎo)致染色體融合。也正由于端粒能限制DNA修復(fù)，一旦端粒發(fā)生DNA損傷，則會(huì)持續(xù)而高效地誘導(dǎo)細(xì)胞衰老和/或凋亡（Fumagalli et al., 2012; Hewitt et al., 2012）。
人類端粒酶缺陷與發(fā)育早熟性（premature development）疾?。ㄈ绶卫w維化、先天性角化不良、再生障礙性貧血等）相關(guān)，這些疾病均涉及到相關(guān)組織再生能力的喪失（Armanios and Blackburn, 2012）。而shelterin組分的缺陷也會(huì)導(dǎo)致端粒脫帽（uncapping）和嚴(yán)重的染色體融合（Palm and de Lange, 2008），shelterin突變?cè)谀承┰偕系K性貧血和先天性角化不良病例中亦均有發(fā)現(xiàn)（Savage et al., 2008; Walne et al., 2008;Zhong et al., 2011）。多項(xiàng)模型研究顯示，若shelterin蛋白各組分功能喪失，則組織再生能力下降且衰老加速；且即使端粒仍處于正常長(zhǎng)度，上述現(xiàn)象依然存在（Martínez and Blasco, 2010）。
通過基因修飾動(dòng)物模型，已可在端粒喪失與細(xì)胞衰老、機(jī)體衰老之間建立因果關(guān)系。因此，端?？s短或延長(zhǎng)的小鼠會(huì)分別表現(xiàn)為壽命縮短或壽命延長(zhǎng)（Armanios et al., 2009; Blasco et al., 1997;Herrera et al., 1999; Rudolph et al., 1999; Tomás-Loba et al., 2008）。近期證據(jù)亦顯示，通過激活端粒酶可逆轉(zhuǎn)衰老。具體來講，針對(duì)端粒酶缺陷的小鼠，在其老年階段采用基因手段重新激活其端粒酶，則該小鼠的早老癥狀能夠被逆轉(zhuǎn)（Jaskelioff et al., 2011）。更進(jìn)一步，通過對(duì)野生型小鼠系統(tǒng)性病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)（systemic viral transduction）端粒酶，其正常的生理性衰老亦可得以延緩，且腫瘤發(fā)病率未見增加（Bernardes de Jesus et al., 2012）。在人類，近期薈萃分析（meta-analyses）亦支持端?？s短與死亡風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)烈相關(guān)，且在較年輕個(gè)體尤其如此（Boonekamp et al., 2013）。
總結(jié)
在哺乳動(dòng)物的正常衰老過程中伴隨著端粒損耗。而對(duì)小鼠和人類來講，病理性端粒功能紊亂會(huì)加速衰老；若通過實(shí)驗(yàn)手段刺激端粒酶，則能延緩小鼠衰老。因此，端粒縮短這項(xiàng)特征完全符合衰老特征的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。
表觀遺傳學(xué)改變
各種表觀遺傳學(xué)改變會(huì)終生影響到所有的細(xì)胞和組織（Talens et al., 2012）。表觀遺傳學(xué)改變包括DNA甲基化模式改變、組蛋白轉(zhuǎn)譯后修飾，以及染色質(zhì)重塑（chromatin remodeling）。而H4K16乙酰化、H4K20三甲基化和H3K4三甲基化程度增加，以及H3K9甲基化、H3K27三甲基化程度降低，構(gòu)成了表觀遺傳學(xué)的增齡性標(biāo)志（Fraga and Esteller, 2007; Han and Brunet,2012）。多重酶類系統(tǒng)能夠確保表觀遺傳學(xué)模式的形成和維護(hù)，如DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，和組蛋白乙?；?、去乙?；浮⒓谆?、去甲基化酶，以及染色體重塑相關(guān)蛋白復(fù)合體。
組蛋白修飾
在無脊椎動(dòng)物，組蛋白甲基化符合衰老特征的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。分別刪除線蟲和果蠅的組蛋白甲基化復(fù)合體組分（針對(duì)H3K4和H3K27），即可延長(zhǎng)其壽命（Greer et al., 2010; Siebold et al., 2010）。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，抑制線蟲組蛋白去甲基化酶（針對(duì)H3K27）的延長(zhǎng)壽命機(jī)制，在于其靶向于關(guān)鍵長(zhǎng)壽通路［如胰島素/IGF-1（胰島素樣生長(zhǎng)因子-1）信號(hào)通路］的某些組分（Jin et al., 2011）。那么，操控組蛋白修飾酶以影響衰老，是純粹通過表觀遺傳學(xué)機(jī)制而實(shí)現(xiàn)（影響DNA修復(fù)和基因組穩(wěn)定性），還是通過改變轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)（影響細(xì)胞核外的代謝或信號(hào)通路），目前尚不明確。
作為NAD依賴型去乙酰化酶和ADP核糖轉(zhuǎn)移酶，sirtuin（沉默信息調(diào)節(jié)因子）家族成員已被廣泛認(rèn)為是潛在的抗衰老因子。人們對(duì)sirtuin蛋白家族與衰老關(guān)系的興趣，來自于一系列針對(duì)酵母、果蠅和線蟲的研究；報(bào)告顯示，上述生物體唯一的sirtuin基因Sir2具有顯著的長(zhǎng)壽活性（Guarente, 2011）。最初發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）過表達(dá)Sir2，其復(fù)制性壽命（replicative lifespan）會(huì)延長(zhǎng)（Kaeberlein et al., 1999）；隨后報(bào)告提示，分別過表達(dá)Sir2在線蟲（sir-2.1）和果蠅（dSir2）的直系同源基因（ortholog），亦可延長(zhǎng)這兩種無脊椎模式生物的壽命（Rogina and Helfand, 2004; Tissenbaum andGuarente, 2001）。不過，近期對(duì)上述研究又有質(zhì)疑，該報(bào)告認(rèn)為線蟲和果蠅研究所見壽命延長(zhǎng)，更大程度上是由于其復(fù)雜的遺傳背景差異，而與其過表達(dá)sir-2.1或dSir2無關(guān)（Burnett et al., 2011）。而實(shí)際上，經(jīng)過細(xì)致的重新評(píng)估發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)sir-2.1只能中等程度地延長(zhǎng)線蟲壽命（Viswanathan and Guarente, 2011）。
對(duì)于哺乳動(dòng)物來說，sirtuin的7種旁系同源基因（paralog）中有數(shù)種亦可減輕小鼠衰老的各個(gè)方面（Houtkooper et al., 2012; Sebastián et al.,2012）。具體來看，哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)基因過表達(dá)SIRT1［為最接近無脊椎動(dòng)物Sir2的同源基因（homolog）］，可提高衰老過程中各方面的健康水平，但并不能延長(zhǎng)壽命（Herranz et al., 2010）。然而，SIRT1上述良性效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制較為復(fù)雜，且各機(jī)制間相互關(guān)聯(lián)，可涉及到改善基因組穩(wěn)定性（Oberdoerffer et al., 2008; Wang et al., 2008）和增強(qiáng)代謝效率（Nogueiras et al., 2012）（見“營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)”）等方面。而在哺乳動(dòng)物，支持sirtuin介導(dǎo)促長(zhǎng)壽效應(yīng)的更強(qiáng)烈的證據(jù)，來自對(duì)SIRT6的研究，結(jié)果顯示其可通過組蛋白H3K9去乙?；哉{(diào)節(jié)基因組穩(wěn)定性、NF-κB信號(hào)通路和葡萄糖穩(wěn)態(tài)（Kanfi et al., 2010; Kawahara et al., 2009;Zhong et al., 2010）。SIRT6缺陷的突變小鼠則表現(xiàn)為衰老加速（Mostoslavsky et al., 2006），且過表達(dá)SIRT6的轉(zhuǎn)基因雄性小鼠較對(duì)照小鼠的壽命更長(zhǎng)，這與降低血清IGF-1以及IGF-1信號(hào)通路其他指標(biāo)有關(guān)（Kanfi et al., 2012）。有趣的是，定位于線粒體的sirtuin蛋白SIRT3亦可介導(dǎo)飲食限制（DR）延長(zhǎng)壽命的某些良性效應(yīng)，不過這些效應(yīng)并非源于組蛋白修飾，而是源自線粒體蛋白的去乙?；⊿omeya et al., 2010）。最新報(bào)道顯示，衰老造血干細(xì)胞過表達(dá)SIRT3可提高其再生能力（Brown et al., 2013）?？傊溉閯?dòng)物sirtuin家族至少有三個(gè)成員（即SIRT1、SIRT3和SIRT6）能夠促進(jìn)健康衰老。
DNA甲基化
DNA甲基化與衰老之間的關(guān)系較為復(fù)雜。早期研究顯示衰老與總體低甲基化有關(guān)，但隨后分析發(fā)現(xiàn)，在某些位點(diǎn)［對(duì)應(yīng)于多種腫瘤抑制因子基因和多梳蛋白（Polycomb）的靶基因］實(shí)際會(huì)發(fā)生增齡性高甲基化（Maegawa et al., 2010）。早老綜合征患者細(xì)胞及小鼠細(xì)胞所顯示的DNA甲基化和組蛋白修飾模式，在很大程度上能夠概括正常衰老細(xì)胞的表現(xiàn)（Osorio et al., 2010; Shumaker et al., 2006）。而所有這些表觀遺傳學(xué)缺陷或突變會(huì)累積終生，特別是會(huì)影響到干細(xì)胞的行為和功能（Pollina and Brunet, 2011）（見“干細(xì)胞耗竭”）。然而，目前尚無直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)顯示，通過改變DNA甲基化模式能夠延長(zhǎng)生物體壽命。
染色質(zhì)重塑
與DNA和組蛋白修飾酶類的功能相配合，染色體的關(guān)鍵蛋白［如異染色質(zhì)蛋白1α（HP1α）］和染色質(zhì)重塑因子（如多梳蛋白家族或NuRD復(fù)合體）的水平，在正常衰老細(xì)胞和病理性衰老細(xì)胞中均降低（Pegoraro et al., 2009; Pollina and Brunet,2011）。與前述的表觀遺傳修飾（即組蛋白和DNA甲基化）相伴隨，上述表觀遺傳因子則可決定染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化（如異染色質(zhì)整體缺失和再分配），這些也是衰老特征性的表現(xiàn)（Oberdoerffer and Sinclair, 2007; Tsurumi andLi, 2012）。染色質(zhì)改變與衰老的因果關(guān)系，在果蠅研究中已獲支持；該研究發(fā)現(xiàn)，HP1α功能喪失的突變果蠅壽命縮短，若果蠅過表達(dá)這種異染色質(zhì)蛋白則會(huì)延長(zhǎng)壽命，并延緩老年期肌肉功能衰退（Larson et al., 2012）。
染色質(zhì)表觀遺傳學(xué)改變與衰老之間存在功能相關(guān)性的支持證據(jù)還表現(xiàn)在，DNA重復(fù)區(qū)域異染色質(zhì)形成與染色體穩(wěn)定性顯著相關(guān)。特別是，異染色質(zhì)組裝若發(fā)生于著絲粒周圍區(qū)（pericentric regions），尚需組蛋白H3K9和H4K20三甲基化，并與HP1α結(jié)合，而這對(duì)染色體穩(wěn)定性相當(dāng)重要（Schotta et al., 2004）。在哺乳動(dòng)物，這種經(jīng)修飾的染色質(zhì)還包含豐富的端粒重復(fù)序列，提示染色體末端可組裝進(jìn)入異染色質(zhì)區(qū)（Blasco, 2007b; Gonzalo et al., 2006）。而在端粒亞區(qū)也會(huì)顯示結(jié)構(gòu)性異染色質(zhì)（constitutive heterochromatin）的某些特征，如H3K9和H4K20三甲基化、HP1α結(jié)合，以及DNA高甲基化。因此，表觀遺傳學(xué)改變可直接影響到端粒長(zhǎng)度（衰老的另一特征）的調(diào)節(jié)。
轉(zhuǎn)錄改變
衰老亦與轉(zhuǎn)錄噪聲（transcriptional noise）增加（Bahar et al., 2006）、mRNA異常生成和成熟（Harries et al., 2011; Nicholas et al., 2010）有關(guān)。通過對(duì)取自青年和老年不同物種的組織進(jìn)行微陣列芯片分析比較，鑒定其中發(fā)生增齡性轉(zhuǎn)錄變化的基因；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些基因編碼炎癥、線粒體及溶酶體相關(guān)降解通路的關(guān)鍵組分。這種增齡性轉(zhuǎn)錄特征還會(huì)影響到非編碼RNA，其中一組miRNA稱為老年miR（gero-miR），與衰老進(jìn)程相關(guān)，可通過靶向長(zhǎng)壽網(wǎng)絡(luò)的某些組分和調(diào)節(jié)干細(xì)胞行為以影響壽命（Boulias and Horvitz, 2012; Toledano et al.,2012; Ugalde et al., 2011）。功能獲得和功能缺失研究證實(shí)，黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）和線蟲存在多種具有調(diào)節(jié)壽命功能的miRNA（Liu et al., 2012; Shen et al., 2012;Smith-Vikos and Slack, 2012）。
表觀遺傳學(xué)改變的逆轉(zhuǎn)
與DNA突變不同，表觀遺傳學(xué)改變至少在理論上是可以逆轉(zhuǎn)的，此為新型抗衰老藥物的設(shè)計(jì)提供了機(jī)遇（Freije and López-Otín, 2012; Rando andChang, 2012）。針對(duì)小鼠應(yīng)用組蛋白去乙?；敢种苿苫謴?fù)生理性的H4乙?；?，從而避免增齡性記憶損害的出現(xiàn)（Peleg et al., 2010），提示逆轉(zhuǎn)表觀遺傳學(xué)改變可能具有神經(jīng)保護(hù)作用。而組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑亦可減輕早老癥小鼠的早老表型并延長(zhǎng)其壽命（Krishnan et al., 2011）。且近期研究發(fā)現(xiàn)，線蟲存在長(zhǎng)壽表觀遺傳學(xué)的跨代遺傳現(xiàn)象，提示操控親代的特異性染色質(zhì)修飾，能夠誘導(dǎo)其后代產(chǎn)生長(zhǎng)壽的表觀遺傳學(xué)記憶（Greer et al., 2011）。與組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑的理念類似，組蛋白去乙?；讣せ顒┮鄳?yīng)具有延長(zhǎng)壽命作用。針對(duì)白藜蘆醇的抗衰老作用，已有廣泛的研究探討其多方面的作用機(jī)制，其中即包括上調(diào)SIRT1活性，以及其他與能量缺乏相關(guān)的效應(yīng)（見“線粒體功能障礙”）。
總結(jié)
目前已有多重證據(jù)提示，衰老伴隨著表觀遺傳學(xué)改變，而表觀遺傳學(xué)紊亂則可引發(fā)模式生物出現(xiàn)早老綜合征。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，SIRT6作為表觀遺傳學(xué)相關(guān)的典型酶類，其功能喪失可致小鼠壽命縮短，而其功能獲得則可延長(zhǎng)小鼠壽命（Kanfi et al., 2012; Mostoslavsky et al.,2006）。總之，上述研究提示，理解并操控表觀基因組（epigenome）將可望改善增齡性病變，并延長(zhǎng)健康壽命。
蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失
衰老和增齡性疾病與蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失有關(guān)（Powers et al., 2009）（圖3）。所有細(xì)胞都需要通過一系列的質(zhì)控機(jī)制以保持其蛋白質(zhì)組的穩(wěn)定和功能。實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的機(jī)制，涉及到正確折疊蛋白質(zhì)［最主要的是熱激蛋白（heat-shock proteins，HSP）家族］的穩(wěn)定，和經(jīng)由蛋白酶體或溶酶體實(shí)現(xiàn)的蛋白質(zhì)降解（Hartl et al., 2011; Koga et al., 2011;Mizushima et al., 2008）。而增齡性蛋白毒性的調(diào)節(jié)因子（如MOAG-4），可通過不同于分子伴侶（molecular chaperones）和蛋白酶的其他途徑起作用（van Ham et al., 2010）。上述各系統(tǒng)功能完好并相互協(xié)調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)錯(cuò)誤折疊蛋白的結(jié)構(gòu)復(fù)原，或被完全清除和降解，從而阻止損傷成分的聚集，并確保胞內(nèi)蛋白的持續(xù)更新。與此一致，多項(xiàng)研究顯示衰老過程中伴隨著蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的改變（Koga et al., 2011）。還有發(fā)現(xiàn)，未折疊蛋白、錯(cuò)誤折疊蛋白或蛋白聚合體的慢性表達(dá)，會(huì)促進(jìn)某些增齡性病變（如阿爾茨海默病、帕金森病、白內(nèi)障等）的發(fā)展（Powers et al., 2009）。
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| 圖3 蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失 |
內(nèi)源性和外源性應(yīng)激導(dǎo)致蛋白質(zhì)未折疊，或破壞蛋白質(zhì)的正常合成。未折疊蛋白質(zhì)通常經(jīng)由熱激蛋白實(shí)現(xiàn)重新折疊，或通過泛素-蛋白酶體途徑、溶酶體（自噬）途徑清除。自噬途徑包括伴侶蛋白介導(dǎo)自噬（伴侶蛋白Hsc70識(shí)別未折疊蛋白，并將其移入溶酶體）和巨自噬（自噬體隔離受損蛋白和細(xì)胞器，并與溶酶體融合）。若未折疊蛋白重新折疊或降解失敗，則會(huì)導(dǎo)致這些蛋白聚集和聚合，進(jìn)而引發(fā)蛋白毒性效應(yīng)。
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伴侶蛋白介導(dǎo)的蛋白質(zhì)折疊和穩(wěn)定
由應(yīng)激誘導(dǎo)的胞質(zhì)特異性和胞器特異性伴侶蛋白的合成，在衰老過程中會(huì)有顯著減少（Calderwood et al., 2009）。多種動(dòng)物模型證實(shí)，伴侶蛋白減少與壽命之間存在因果關(guān)系。特別是發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因過表達(dá)伴侶蛋白，可延長(zhǎng)線蟲和果蠅壽命（Morrow et al., 2004; Walker and Lithgow,2003）。熱激蛋白家族某種輔伴侶蛋白（cochaperone）發(fā)生突變的缺陷小鼠，其衰老表型會(huì)加速，而長(zhǎng)壽品系小鼠則表現(xiàn)會(huì)為某些熱激蛋白的顯著上調(diào)（Min et al., 2008; Swindell et al., 2009）。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，激活線蟲熱激反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)因子——轉(zhuǎn)錄因子HSF-1，可延長(zhǎng)其壽命并增強(qiáng)耐熱性（Chiang et al., 2012; Hsu et al., 2003）。而在線蟲衰老過程中，與淀粉樣蛋白結(jié)合的成分能夠維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)并延長(zhǎng)其壽命（Alavez et al., 2011）。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，SIRT1可使HSF-1去乙?；?，從而加強(qiáng)熱激蛋白（如Hsp70）基因的反式激活（transactivation），而下調(diào)SIRT1則可減輕熱激反應(yīng)（Westerheide et al., 2009）。
通過伴侶蛋白介導(dǎo)，已有多種方法可激活蛋白質(zhì)的折疊和穩(wěn)定機(jī)制，以維護(hù)或加強(qiáng)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。針對(duì)肌萎縮模型小鼠，通過藥物誘導(dǎo)熱激蛋白Hsp72，可保持其肌肉功能，并延緩肌萎縮病變發(fā)展（Gehrig et al., 2012）。在模式生物中，使用小分子作為藥物性伴侶蛋白，可確保損傷蛋白的重折疊，并改善增齡性表型（Calamini et al., 2012）。
蛋白水解系統(tǒng)
在蛋白質(zhì)質(zhì)量控制方面，主要存在兩種蛋白水解系統(tǒng)，即自噬-溶酶體系統(tǒng)，和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)。這兩大系統(tǒng)的活性隨增齡而降低（Rubinsztein et al., 2011; Tomaru et al.,2012），正可支持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)瓦解為老年階段共同特征的觀點(diǎn)。
就自噬來講，伴L(zhǎng)AMP2a（為伴侶蛋白介導(dǎo)自噬的受體）額外拷貝的轉(zhuǎn)基因小鼠，未見自噬功能增齡性下降，且衰老過程中肝功能保持穩(wěn)定（Zhang and Cuervo, 2008）。而持續(xù)或間歇應(yīng)用mTOR抑制劑雷帕霉素，亦可延長(zhǎng)中年小鼠壽命（Blagosklonny, 2011; Harrison et al., 2009）。由于這一發(fā)現(xiàn)，通過化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)巨自噬（macroautophagy，不用于伴侶蛋白介導(dǎo)自噬的另一類型自噬）的干預(yù)方法，激發(fā)起研究者的特別興趣。值得注意的是，雷帕霉素可延緩小鼠多方面的衰老表現(xiàn)（Wilkinson et al., 2012）。在酵母、線蟲和果蠅中，雷帕霉素的延長(zhǎng)壽命效應(yīng)的機(jī)制嚴(yán)格局限于誘導(dǎo)自噬（Bjedov et al., 2010; Rubinsztein et al.,2011）。針對(duì)哺乳動(dòng)物的衰老，雷帕霉素的上述機(jī)制并不存在，而抑制核糖體S6蛋白激酶1（S6K1，與蛋白質(zhì)合成有關(guān)），則可解釋雷帕霉素延長(zhǎng)壽命效應(yīng)（見“營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)”）。較之雷帕霉素，另一種巨自噬誘導(dǎo)劑亞精胺并無免疫抑制的副作用，亦可通過誘導(dǎo)自噬延長(zhǎng)酵母、果蠅和線蟲的壽命（Eisenberg et al., 2009）。與此類似，小鼠服用一種營(yíng)養(yǎng)素補(bǔ)充劑——含亞精胺的多胺制劑，或供給其產(chǎn)多胺的腸道菌群，均能夠延長(zhǎng)壽命（Matsumoto et al., 2011; Soda et al., 2009）。而線蟲飲食補(bǔ)充ω-6不飽和脂肪酸，亦可通過激活自噬而延長(zhǎng)壽命（O’Rourke et al., 2013）。
就蛋白酶體而言，激活EGF信號(hào)通路可增加泛素-蛋白酶體系統(tǒng)多種組分的表達(dá)，從而延長(zhǎng)線蟲壽命（Liu et al., 2011a）。與此類似，采用去泛素化酶抑制劑或蛋白酶體激活劑，可增強(qiáng)蛋白酶體活性，加速培養(yǎng)的人細(xì)胞中毒性蛋白的清除（Lee et al., 2010），延長(zhǎng)酵母的復(fù)制性壽命（Kruegel et al., 2011）。并且，通過FOXO轉(zhuǎn)錄因子DAF-16可增加蛋白酶體亞基RPN-6的表達(dá)，使線蟲對(duì)蛋白毒性應(yīng)激產(chǎn)生抵抗，并延長(zhǎng)壽命（Vilchez et al., 2012）。
總結(jié)
已有證據(jù)顯示，衰老與蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失調(diào)有關(guān)，實(shí)驗(yàn)性蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失調(diào)可加速增齡行病變的產(chǎn)生。顯著的進(jìn)展是，通過對(duì)哺乳動(dòng)物進(jìn)行基因操控可改善其蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)，并延緩衰老（Zhang and Cuervo, 2008）。
營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)
在哺乳動(dòng)物中，促生長(zhǎng)軸由生長(zhǎng)素（GH，由垂體前葉產(chǎn)生）和次級(jí)調(diào)節(jié)因子胰島素樣生長(zhǎng)因子-1（IGF-1）組成；后者對(duì)GH產(chǎn)生應(yīng)答，在多種類型的細(xì)胞，特別是肝細(xì)胞中均可生成。胞內(nèi)IGF-1信號(hào)通路與胰島素誘發(fā)的反應(yīng)類似，均可使細(xì)胞感應(yīng)到葡萄糖水平。因此，IGF-1和胰島素信號(hào)通路又合稱為胰島素/IGF-1信號(hào)（IIS）通路。值得注意的是，IIS通路是進(jìn)化過程中最為保守的衰老調(diào)控通路；而在其多個(gè)靶點(diǎn)中，轉(zhuǎn)錄因子FOXO家族和mTOR復(fù)合體，同樣是與衰老相關(guān)，且進(jìn)化保守（Barzilai et al., 2012; Fontana et al., 2010;Kenyon, 2010）。在人類和模式生物中均發(fā)現(xiàn)，GH、IGF-1受體、胰島素受體及其下游胞內(nèi)效應(yīng)因子（如AKT、mTOR、FOXO）的基因多態(tài)性或突變，均與長(zhǎng)壽有關(guān)，由此可進(jìn)一步凸顯營(yíng)養(yǎng)和生物能量通路對(duì)壽命的重要影響（Barzilai et al., 2012; Fontana et al., 2010;Kenyon, 2010）（圖4A）。
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| 圖4 代謝改變 |
（A）營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)。促生長(zhǎng)軸總體上包括生長(zhǎng)激素（GH）和胰島素/胰島素生長(zhǎng)因子1（IGF-1）信號(hào)通路，以及其與飲食限制和衰老相關(guān)聯(lián)的分子。圖中促衰老分子標(biāo)為橙色，抗衰老分子標(biāo)為淺綠色。
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（B）線粒體功能障礙。線粒體功能障礙源于增齡性mtDNA突變、線粒體生成減少、電子傳遞鏈（ETC）復(fù)合物失穩(wěn)、線粒體動(dòng)力學(xué)改變、質(zhì)量控制（通過線粒體自噬實(shí)現(xiàn)）缺陷等。應(yīng)激信號(hào)和線粒體功能缺陷會(huì)產(chǎn)生ROS。若ROS低于特定閾值，則會(huì)誘發(fā)生存信號(hào)以恢復(fù)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)；若ROS高于特定閾值或持續(xù)存在，則會(huì)促進(jìn)衰老。與此類似，線粒體輕度損傷會(huì)誘發(fā)毒物興奮效應(yīng)（稱為線粒體毒物興奮效應(yīng)），并啟動(dòng)適應(yīng)性代償反應(yīng)。
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與營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)為衰老特征之一的觀點(diǎn)相一致，DR可延長(zhǎng)已研究過的所有真核生物物種（包括非人靈長(zhǎng)類）的壽命或健康壽命（Colman et al., 2009; Fontana et al., 2010;Mattison et al., 2012）。
胰島素和IGF-1信號(hào)通路
通過多項(xiàng)基因操作發(fā)現(xiàn)，在不同層次上減輕IIS通路的信號(hào)強(qiáng)度，均可延長(zhǎng)線蟲、果蠅和小鼠的壽命（Fontana et al., 2010）。遺傳分析提示，線蟲和果蠅IIS通路可部分介導(dǎo)DR的良性效應(yīng)（Fontana et al., 2010）。IIS下游效應(yīng)因子中，與線蟲和果蠅壽命最為相關(guān)的是轉(zhuǎn)錄因子FOXO（Kenyon et al., 1993; Slack et al., 2011）。在小鼠中存在四個(gè)FOXO成員，但其過表達(dá)對(duì)壽命的影響，及其在介導(dǎo)減弱IIS通路以延長(zhǎng)壽命中的作用，均尚未完全確定。其中小鼠FOXO1為DR腫瘤抑制效應(yīng)的必需因子（Yamaza et al., 2010），但尚不清楚該因子是否涉及到DR介導(dǎo)的壽命延長(zhǎng)效應(yīng)。新近報(bào)道，小鼠過表達(dá)腫瘤壞死因子PETN基因，能夠總體下調(diào)IIS通路并增加能量消耗，此與線粒體氧化代謝增加和棕色脂肪組織活性增強(qiáng)有關(guān)（Garcia-Cao et al., 2012; Ortega-Molina etal., 2012）。與其他IIS活性降低的小鼠模型相類似，過表達(dá)Pten的小鼠，以及表達(dá)PI3K亞效等位基因（hypomorphic）的小鼠，均顯示壽命延長(zhǎng)（Foukas et al., 2013; Ortega-Molina et al.,2012）。
矛盾的是，在正常衰老過程中，以及小鼠早老模型中，GH和IGF-1水平亦降低（Schumacher et al., 2008）。由此，IIS降低成為生理性衰老和加速衰老的共性特征；然而，結(jié)構(gòu)性降低IIS則可延長(zhǎng)壽命。以上研究結(jié)果從表面上看相互矛盾，但可以通過統(tǒng)一的模式加以解釋，即在遭受系統(tǒng)性損傷的情況下，IIS下調(diào)可作為對(duì)抗性反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)最低限度的細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝（Garinis et al., 2008）。按照這一觀點(diǎn)，機(jī)體結(jié)構(gòu)性降低IIS能夠存活更長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)槠浼?xì)胞生長(zhǎng)和代謝速度會(huì)降低，由此也會(huì)降低細(xì)胞損傷的速度。與此類似，生理性衰老或病理性衰老的機(jī)體，也是試圖通過降低IIS以延長(zhǎng)壽命。然而，這種針對(duì)衰老的對(duì)抗性反應(yīng)可能最終會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致衰老的惡化和加劇。（其實(shí)類似的觀點(diǎn)，以下章節(jié)還會(huì)提及。）因此，極低程度的IIS信號(hào)通路無法適應(yīng)生存所需，一個(gè)例證便是，PI3K或AKT激酶無效突變的小鼠，均具有胚胎致死性（Renner and Carnero, 2009）。而伴IGF-1低水平的早老癥小鼠，補(bǔ)充IGF-1可減輕其早老癥狀（Mari?o et al., 2010）。
其他營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)系統(tǒng)：mTOR、AMPK和sirtuins
除外參與葡萄糖感應(yīng)的IIS通路，另有三種相互關(guān)聯(lián)的營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)系統(tǒng)正成為研究的重點(diǎn)：即mTOR，感應(yīng)高濃度氨基酸；AMPK，通過測(cè)取高水平AMP以感應(yīng)低能量狀態(tài)；sirtuins，通過測(cè)取高水平NAD
+以感應(yīng)低能量狀態(tài)（Houtkooper et al., 2010）（圖4A）。
激酶mTOR存在兩種多蛋白復(fù)合體，即mTORC1和mTORC2，其可基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)合成代謝的各個(gè)方面（Laplante and Sabatini, 2012）。針對(duì)酵母、線蟲和果蠅，通過基因下調(diào)mTORC1活性，均可延長(zhǎng)壽命，并可進(jìn)一步削弱DR的延長(zhǎng)壽命效應(yīng)，提示抑制mTOR可實(shí)現(xiàn)DR的表型模擬（Johnson et al., 2013）。應(yīng)用雷帕霉素亦可延長(zhǎng)小鼠壽命，其被認(rèn)為是延長(zhǎng)哺乳動(dòng)物壽命的最強(qiáng)效化學(xué)干預(yù)手段（Harrison et al., 2009）。通過基因修飾降低mTORC1活性，同時(shí)保持mTORC2正常水平，仍可延長(zhǎng)壽命（Lamming et al., 2012）；另外，S6K1（mTORC1主要底物）缺陷小鼠亦長(zhǎng)壽（Selman et al., 2009）。因此，下調(diào)mTORC1/S6K1可能為mTOR相關(guān)哺乳動(dòng)物長(zhǎng)壽效應(yīng)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。還有發(fā)現(xiàn)，小鼠衰老過程中其下丘腦神經(jīng)元的mTOR活性增加，從而促進(jìn)增齡性肥胖發(fā)生，若下丘腦內(nèi)直接注射雷帕霉素，則可逆轉(zhuǎn)之（Yang et al., 2012）。以上針對(duì)mTOR和IIS通路的相關(guān)發(fā)現(xiàn)提示，營(yíng)養(yǎng)和合成代謝的活性增強(qiáng)，并經(jīng)由IIS和mTORC1通路發(fā)生信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，是加速衰老的主要因素。雖然抑制TOR活性會(huì)對(duì)衰老過程產(chǎn)生明確的良性效應(yīng)，但也存在某些不良的副作用，如在小鼠可見傷口愈合不良、胰島素抵抗、白內(nèi)障及睪丸退化（Wilkinson et al., 2012）。因此，今后應(yīng)明確抑制TOR的利弊效應(yīng)的機(jī)制，并將兩者區(qū)分。
另外，還存在兩種營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)器，即AMPK和sirtuins。與IIS和mTOR的作用方向相反，這兩者針對(duì)營(yíng)養(yǎng)匱乏和分解代謝產(chǎn)生效應(yīng)，而非針對(duì)營(yíng)養(yǎng)過盛和合成代謝。相應(yīng)地，兩者上調(diào)有益于健康衰老。激活A(yù)MPK會(huì)對(duì)代謝產(chǎn)生多重效應(yīng)，特別是關(guān)閉mTORC1（Alers et al., 2012）。有證據(jù)顯示，針對(duì)線蟲和小鼠應(yīng)用二甲雙胍，可通過激活A(yù)MPK介導(dǎo)其延長(zhǎng)壽命效應(yīng)（Anisimov et al., 2011; Mair et al., 2011;Onken and Driscoll, 2010）。而關(guān)于sirtuin的調(diào)節(jié)壽命的作用，上節(jié)已有論及（見“表觀遺傳學(xué)改變”）。另外，SIRT1亦可去乙?；⒓せ頟PARγ共激活因子1α（PGC-1α）（Rodgers et al., 2005）。而PGC-1α可協(xié)調(diào)一系列代謝反應(yīng)，如線粒體生成、增強(qiáng)抗氧化防御功能、改善脂肪酸氧化作用（Fernandez-Marcos and Auwerx, 2011）。并且，SIRT1與AMPK可參與到一個(gè)正向反饋環(huán)中，從而將這兩種低能量狀態(tài)感應(yīng)器聯(lián)結(jié)于統(tǒng)一反應(yīng)之中（Price et al., 2012）。
總結(jié)
總之，現(xiàn)有證據(jù)強(qiáng)烈支持合成代謝信號(hào)會(huì)加速衰老，而降低營(yíng)養(yǎng)素信號(hào)則可延長(zhǎng)壽命（Fontana et al., 2010）。進(jìn)一步，通過藥物操作（如雷帕霉素）模擬營(yíng)養(yǎng)素獲取不足狀態(tài)，可延長(zhǎng)小鼠壽命（Harrison et al., 2009）。
線粒體功能障礙
伴隨細(xì)胞和機(jī)體衰老，呼吸鏈效率趨于降低，由此電子漏增加，而致ATP生成減少（Green et al., 2011）（圖4B）。長(zhǎng)期以來，一直有關(guān)于線粒體功能障礙與衰老之間關(guān)系的猜測(cè)，然而闡明其細(xì)節(jié)仍然是衰老研究中的重大挑戰(zhàn)。
活性氧
衰老的線粒體自由基理論認(rèn)為，衰老過程中發(fā)生進(jìn)行性線粒體功能障礙，會(huì)增加ROS生成，后者反而會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致線粒體功能惡化和細(xì)胞整體損害（Harman, 1965）。大量資料支持ROS在衰老中的作用，本文聚焦于近5年來的進(jìn)展，這些研究正促使研究者對(duì)衰老的線粒體自由基理論予以重新評(píng)價(jià)（Hekimi et al., 2011）。意外發(fā)現(xiàn)，酵母和線蟲ROS增加反可延長(zhǎng)其壽命（Doonan et al., 2008; Mesquita et al.,2010; Van Raamsdonk and Hekimi, 2009）。上述發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了特別的影響，而與此類似，通過基因操作使小鼠增加線粒體ROS生成和氧化損傷，并不會(huì)加速衰老（Van Remmen et al., 2003; Zhang et al., 2009）?？寡趸烙芰υ鰪?qiáng)的小鼠，則未顯示壽命延長(zhǎng)（Pérez et al., 2009）。最后，通過基因操作僅損傷線粒體功能而不增加ROS生成，即可加速衰老（Edgar et al., 2009; Hiona et al., 2010;Kujoth et al., 2005;Trifunovic et al., 2004; Vermulst et al., 2008）.）。上述資料及其他研究為重新探討ROS在衰老中的作用鋪平了道路（Ristow and Schmeisser, 2011）。實(shí)際上，平行且獨(dú)立于針對(duì)ROS損傷效應(yīng)的研究，在胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域已積累的堅(jiān)實(shí)證據(jù)證實(shí)，ROS可細(xì)胞的啟動(dòng)增殖和存活反應(yīng)，以應(yīng)對(duì)生理信號(hào)和應(yīng)激狀態(tài)（Sena and Chandel, 2012）。與AMP或NAD
+的概念相類似（見“營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)”），以上兩方面的證據(jù)可統(tǒng)一描述為，ROS可作為應(yīng)激誘導(dǎo)的存活信號(hào)。從這個(gè)意義上來講，ROS的初始效應(yīng)或?yàn)榧せ畲鷥斝苑€(wěn)態(tài)反應(yīng)。伴隨時(shí)序年齡的進(jìn)展，細(xì)胞應(yīng)激和損傷程度加劇，而ROS水平亦平行增加，以試圖保持細(xì)胞存活。一旦超過某一閾值，此水平的ROS則不再具有保持穩(wěn)態(tài)的作用，最終加?。ǘ菧p輕）增齡性損傷（Hekimi et al., 2011）。由此，這一概念框架即可協(xié)調(diào)ROS對(duì)衰老有“正面效應(yīng)”、“負(fù)面效應(yīng)”或“中性效應(yīng)”等表面矛盾的證據(jù)。
線粒體完整性及其生物合成
線粒體功能障礙可單獨(dú)促進(jìn)衰老（獨(dú)立于ROS），正如針對(duì)DNA聚合酶γ缺陷小鼠的研究所見（Edgar et al., 2009; Hiona et al., 2010）（見“基因組失穩(wěn)”）。該研究的發(fā)生機(jī)制涉及多個(gè)方面：如線粒體缺陷導(dǎo)致其為應(yīng)對(duì)應(yīng)激反應(yīng)而發(fā)生滲漏的可能性增加，從而影響細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（Kroemer et al., 2007）；或是線粒體缺陷促進(jìn)ROS介導(dǎo)和/或通透性易化的（permeabilization-facilitated）炎性體（Inflammasome）激活（Green et al., 2011）并且，線粒體功能障礙可通過影響線粒體外膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間的界面，從而直接影響細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞器之間相互應(yīng)答（cross-talk）（Raffaello and Rizzuto, 2011）。
另有多重機(jī)制亦會(huì)共同導(dǎo)致線粒體生物能量的生成效率降低，其中機(jī)制之一即是線粒體的生物合成減少，如端粒酶缺陷小鼠在端粒損耗表現(xiàn)之外，還可繼發(fā)p53介導(dǎo)的PGC-1α和PGC-1β抑制（Sahin and DePinho, 2012）。在野生型小鼠的生理性衰老過程中，亦可發(fā)現(xiàn)其線粒體功能減退，而通過激活端粒酶則可部分逆轉(zhuǎn)之（Bernardes de Jesus et al., 2012）。SIRT1亦能夠調(diào)節(jié)線粒體的生物合成，原因即在于其可影響到與轉(zhuǎn)錄共激活因子PGC-1α相關(guān)的過程，或通過自噬清除損傷的線粒體。作為線粒體中主要的去乙?；福↙ombard et al., 2007），SIRT3可靶向與能量代謝（包括呼吸鏈、三羧酸循環(huán)、酮體生成和脂肪酸β-氧化）相關(guān)的多種酶類（Giralt and Villarroya, 2012）。而通過去乙酰化錳超氧化物歧化酶（線粒體主要抗氧化酶），SIRT3亦可直接控制ROS的生成速度（Qiu et al., 2010; Tao et al., 2010）?？傊?，上述結(jié)果可支持以下觀點(diǎn)：即端粒和sirtuins可控制線粒體功能，從而發(fā)揮對(duì)抗增齡性疾病的作用。
其他導(dǎo)致線粒體生物能量不足的機(jī)制還包括，mtDNA突變和缺失的累積、線粒體蛋白氧化、呼吸鏈（超級(jí)）復(fù)合體大分子組裝失穩(wěn)、線粒體膜脂質(zhì)成分改變、分裂和融合失衡所致線粒體動(dòng)力學(xué)改變、線粒體自噬（靶向缺陷線粒體、降解蛋白質(zhì)的細(xì)胞器特異型巨自噬）質(zhì)控缺陷等（Wang and Klionsky, 2011）。而線粒體生物合成減少及缺陷線粒體清除不足，會(huì)導(dǎo)致其損傷累積和更新減少，共同促進(jìn)衰老的進(jìn)展（圖4B）。
有趣的是，耐力訓(xùn)練和隔日禁食可避免線粒體變性，從而改善健康壽命（Castello et al., 2011; Safdar et al., 2011）。有推測(cè)上述良性效應(yīng)的原因在于，耐力訓(xùn)練和禁食可作為強(qiáng)有力的觸發(fā)因素，至少在部分程度上誘導(dǎo)自噬的發(fā)生（Rubinsztein et al., 2011）。當(dāng)然，自噬誘導(dǎo)可能并非健康生活方式延緩衰老的唯一機(jī)制，因?yàn)橥ㄟ^精細(xì)的DR食譜，其他長(zhǎng)壽通路亦可能被激活（Kenyon, 2010）。
線粒體毒物興奮效應(yīng)
衰老過程中發(fā)生的線粒體功能障礙亦與毒物興奮效應(yīng)（hormesis）有關(guān)，近期已有多項(xiàng)的衰老研究聚焦于這一概念（Calabrese et al., 2011）。按照這一觀點(diǎn)，經(jīng)少量毒物處理后會(huì)促發(fā)良性代償反應(yīng)，并強(qiáng)于其誘發(fā)損傷后的修復(fù)反應(yīng)；這樣與損傷開始前狀態(tài)相比，最終的細(xì)胞適應(yīng)性反而更優(yōu)。因此，雖然嚴(yán)重的線粒體功能障礙是致病性的，但輕微的線粒體呼吸缺陷則可延長(zhǎng)壽命，這可能是源于毒物興奮效應(yīng)（Haigis and Yankner, 2010）。毒物興奮效應(yīng)可能啟動(dòng)線粒體的對(duì)抗反應(yīng)。在線蟲，該反應(yīng)既可見于有線粒體缺陷的組織，還可能見于較遠(yuǎn)組織（Haigis and Yankner, 2010）。強(qiáng)烈證據(jù)顯示，某些復(fù)合物（如二甲雙胍、白藜蘆醇）具有輕微的線粒體毒性，能夠通過增加AMP水平和激活A(yù)PMK而誘導(dǎo)低能量狀態(tài)（Hawley et al., 2010）。重要的是，二甲雙胍通過誘導(dǎo)代償性應(yīng)激反應(yīng)而延長(zhǎng)線蟲壽命，是經(jīng)由AMPK和抗氧化主要調(diào)節(jié)因子NRF2介導(dǎo)的（Onken and Driscoll, 2010）。近期研究還顯示，二甲雙胍延緩線蟲衰老，亦源于其破壞腸道微生物組的葉酸和甲硫氨酸代謝（Cabreiro et al., 2013）。而就哺乳動(dòng)物來講，自生命早期即開始應(yīng)用二甲雙胍，亦可延長(zhǎng)小鼠壽命（nisimov et al., 2011）。而對(duì)于白藜蘆醇以及sirtuin激活劑SRT1720，有確切證據(jù)顯示，二者可通過依賴于PGC-1α的方式對(duì)抗代謝損傷，并改善線粒體呼吸（Baur et al., 2006; Feige et al., 2008;Lagouge et al., 2006; Minor et al., 2011），不過白藜蘆醇在正常飲食情況下并不能延長(zhǎng)小鼠壽命（Pearson et al., 2008;Strong et al., 2013）。有報(bào)道指出，PGC-1α過表達(dá)延長(zhǎng)果蠅壽命與改善線粒體活性有關(guān)，該研究進(jìn)一步支持了PGC-1α在衰老中的作用（Rera et al., 2011）。最后，通過基因過表達(dá)線粒體解偶聯(lián)蛋白UCP1，或應(yīng)用化學(xué)解偶聯(lián)劑2，4-二硝基苯酚（2-4-dinitrophenol），所導(dǎo)致的線粒體解偶聯(lián)均可延長(zhǎng)果蠅和小鼠壽命（Caldeira da Silva et al., 2008; Fridell etal., 2009; Gates et al., 2007; Mookerjee et al., 2010）。
總結(jié)
線粒體功能對(duì)衰老進(jìn)程有著復(fù)雜的影響。線粒體功能障礙可加速哺乳動(dòng)物衰老（Kujoth et al., 2005; Trifunovic et al.,2004; Vermulst et al., 2008），但尚不明確是否可通過改善線粒體功能（如通過線粒體毒物興奮效應(yīng)）延長(zhǎng)哺乳動(dòng)物壽命，不過在這方面已有證據(jù)提示存在這種可能性。
細(xì)胞衰老
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| 圖5 細(xì)胞衰老、干細(xì)胞耗竭以及胞間通訊改變 |
（A）細(xì)胞衰老。在青年生物體，細(xì)胞衰老可阻止損傷細(xì)胞的增殖，從而防止腫瘤發(fā)生和促進(jìn)組織穩(wěn)態(tài)。而在老年生物體，衰老的細(xì)胞會(huì)造成廣泛損傷，且其清除不足，由此導(dǎo)致衰老細(xì)胞累積，從而對(duì)組織穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生毒性效應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)衰老。
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（B）干細(xì)胞耗竭。圖中所示為造血干細(xì)胞（HSCs）、間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）、衛(wèi)星細(xì)胞和腸上皮干細(xì)胞（IESCs）耗竭所致的后果。
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（C）胞間通訊改變。舉例說明胞間通訊改變與衰老相關(guān)。
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細(xì)胞衰老可定義為細(xì)胞周期的穩(wěn)定性中止，并伴隨表型的固定化（Campisi and d’Adda di Fagagna, 2007; Colladoet al., 2007; Kuilman et al., 2010）（圖5A）。該現(xiàn)象最早由海弗利克（Hayflick）對(duì)人成纖維細(xì)胞進(jìn)行連續(xù)傳代培養(yǎng)時(shí)加以描述（Hayflick and Moorhead, 1961）。而今，已知海弗利克所見到的細(xì)胞衰老現(xiàn)象由端?？s短所致（Bodnar et al., 1998），尚有其他衰老相關(guān)刺激可誘發(fā)細(xì)胞衰老，且獨(dú)立于上述端粒過程。最值得注意的是，非端粒性DNA損傷和INK4/ARF位點(diǎn)脫抑制（derepression）（兩者隨時(shí)序年齡而漸進(jìn)性發(fā)生），亦能夠誘導(dǎo)細(xì)胞衰老（Collado et al., 2007）。衰老組織中衰老細(xì)胞的累積程度，一般可通過替代性指標(biāo)（如DNA損傷）來推斷。某些研究直接采用細(xì)胞衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶（SABG）來測(cè)定組織中的細(xì)胞衰老程度（Dimri et al., 1995）。值得注意的是，通過對(duì)小鼠肝臟SABG和DNA損傷進(jìn)行精細(xì)的量化平行分析，所獲取的比較數(shù)據(jù)顯示，青年小鼠肝臟中衰老細(xì)胞所占比例約為8%，而在老年小鼠約為17%（Wang et al., 2009）。在小鼠的皮膚、肺臟和脾臟亦有類似結(jié)果，但在其心臟、骨骼肌和腎臟中則未見類似改變（Wang et al., 2009）。基于這些數(shù)據(jù)，顯然可知老年生物體出現(xiàn)細(xì)胞衰老并非所有組織的普遍特征。就衰老的腫瘤細(xì)胞而言，其受到嚴(yán)格的免疫監(jiān)視，并可通過細(xì)胞吞噬作用而被有效清除（Hoenicke and Zender, 2012; Kang et al.,2011; Xue et al., 2007）。確定無疑的是，衰老過程中衰老細(xì)胞的累積程度，能夠反映衰老細(xì)胞產(chǎn)生速度和/或其清除速度（如免疫反應(yīng)減弱所致）。
正是由于衰老細(xì)胞隨機(jī)體衰老而增加，所以普遍認(rèn)為細(xì)胞衰老促進(jìn)機(jī)體衰老。但此觀點(diǎn)低估了細(xì)胞衰老的初始效應(yīng)，即其可通過免疫系統(tǒng)阻止受損細(xì)胞增殖，并促發(fā)其死亡。因此，細(xì)胞衰老可能是一種良性代償反應(yīng)，有助于將受損細(xì)胞和潛在致癌細(xì)胞清除出組織。然而，這一細(xì)胞檢查點(diǎn)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)，需要高效的細(xì)胞更新系統(tǒng)，涉及到衰老細(xì)胞的清除和祖細(xì)胞的動(dòng)員，以恢復(fù)細(xì)胞數(shù)量。在老年生物體，上述細(xì)胞更新系統(tǒng)會(huì)變得效率低下，或者會(huì)耗竭祖細(xì)胞的再生能力，最終導(dǎo)致衰老細(xì)胞的累積，進(jìn)而加劇損傷并促進(jìn)衰老（圖5A）。
近年來，開始重視衰老細(xì)胞分泌蛋白質(zhì)組（secretome）的顯著改變，其分泌蛋白質(zhì)組中促炎性細(xì)胞因子和基質(zhì)金屬蛋白酶相當(dāng)豐富，可稱之為“細(xì)胞衰老相關(guān)分泌表型”（senescence-associated secretory phenotype）（Kuilman et al., 2010; Rodier and Campisi,2011）。而這種促炎性分泌蛋白質(zhì)組亦可促進(jìn)衰老（見“胞間通訊改變”）。
INK4a/ARF位點(diǎn)和p53
除DNA損傷外，其他形式的應(yīng)激，如過量的促有絲分裂信號(hào)與細(xì)胞衰老之間存在更強(qiáng)烈的相關(guān)性。近期匯總數(shù)據(jù)顯示，有50種以上的致癌性改變或促有絲分裂改變能夠誘導(dǎo)細(xì)胞衰老（Gorgoulis and Halazonetis, 2010）。通過細(xì)胞衰老以對(duì)抗上述致癌性侵襲的機(jī)制，雖然有越來越多的發(fā)現(xiàn)，但其中最為重要的仍是最早報(bào)道的p16
INK4a/Rb和p19
ARF/p53通路。對(duì)小鼠和人類的各類組織進(jìn)行分析均發(fā)現(xiàn)，p16
INK4a水平（以及p19
ARF在較小范圍內(nèi)）與時(shí)序年齡相關(guān)聯(lián)（Krishnamurthy et al., 2004; Ressler et al.,2006）?？紤]到這一發(fā)現(xiàn)，更可強(qiáng)烈支持這些通路與衰老之間的相關(guān)性。目前尚未發(fā)現(xiàn)有其他蛋白或基因的表達(dá)與時(shí)序年齡有如此強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)，而上述蛋白在不同組織、不同物種之間都是如此，且其平均變化幅度在青年組織和老年組織中存在一個(gè)數(shù)量級(jí)的差異。p16
INK4a和p19
ARF均定位于同一遺傳位點(diǎn)，即INK4a/ARF位點(diǎn)。近期對(duì)300多項(xiàng)全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）進(jìn)行薈萃分析發(fā)現(xiàn)，在所有基因組位點(diǎn)中，INK4a/ARF位點(diǎn)與最多數(shù)量的增齡性病變存在遺傳相關(guān)性，如嚴(yán)重的心血管疾病、糖尿病、青光眼、阿爾茨海默病等（Jeck et al., 2012）。在調(diào)控人類衰老和增齡性疾病方面，以上研究均將INK4a/ARF位點(diǎn)列為最值得關(guān)注的基因。尚待解決的問題是確定疾病相關(guān)的INK4a/ARF等位基因是否存在功能的獲得或缺失。
p16
INK4a和p53的關(guān)鍵作用是誘導(dǎo)細(xì)胞衰老，這更可以支持兩者通過誘導(dǎo)細(xì)胞衰老以促進(jìn)病理性衰老的假說。因此，考慮到p16
INK4a和p53抑制腫瘤的益處，二者的促進(jìn)衰老作用或許是可以承受的代價(jià)。支持上述觀點(diǎn)的是，遭受強(qiáng)烈而持續(xù)損傷的早老突變小鼠，其細(xì)胞衰老程度十分顯著，而若清除其p16
INK4a或p53，其早老表型則有所減輕。這種早老模型可見于BRCA1缺陷小鼠（Cao et al., 2003）、HGPS模型小鼠（Varela et al., 2005），以及BubR1亞效突變所致染色體穩(wěn)定性缺陷小鼠（Baker et al., 2011）。然而，還有其他的證據(jù)提示這其中的情形更為復(fù)雜。與其促進(jìn)衰老作用相比，系統(tǒng)性輕微增加p16
INK4a、p19
ARF或p53等腫瘤抑制因子表達(dá)的小鼠，顯示其壽命延長(zhǎng)，且并不能歸因于其腫瘤發(fā)病率降低（Matheu et al., 2007, Matheu et al., 2009）。并且，清除p53反而會(huì)加重某些早老突變小鼠的衰老表型（Begus-Nahrmann et al., 2009; Murga et al.,2009;Ruzankina et al., 2009）。正如前述的細(xì)胞衰老兩面性，激活p53和INK4a/ARF可看作是良性代償反應(yīng)，可避免損傷細(xì)胞的增殖及其導(dǎo)致衰老和癌癥的后果。然而，一旦細(xì)胞損傷廣泛發(fā)展，則組織再生能力近乎耗竭或飽和，在這種極端情況下，p53和INK4a/ARF的反應(yīng)即具有危害性，從而加速衰老。
總結(jié)
細(xì)胞衰老最初是對(duì)抗損傷的良性代償反應(yīng)，若組織再生能力因此而耗竭，則細(xì)胞衰老可具有危害性，從而加速衰老。正是由于其復(fù)雜性，細(xì)胞衰老是否符合衰老特征理想標(biāo)準(zhǔn)的第三條，尚無法給出簡(jiǎn)單地回答。針對(duì)致細(xì)胞衰老的腫瘤抑制因子通路，若適度增強(qiáng)之，則可延長(zhǎng)壽命（Matheu et al., 2007, Matheu et al., 2009）；同樣，針對(duì)實(shí)驗(yàn)性早老模型，若清除其衰老細(xì)胞，亦可延緩增齡性病變的發(fā)生（Baker et al., 2011）。因此，盡管上述兩種干預(yù)手段的理念相反，但均可延長(zhǎng)健康壽命。
干細(xì)胞耗竭
組織再生潛力降低是衰老最明顯的特征之一（圖5B）。例如，衰老過程中造血干細(xì)胞減少，導(dǎo)致適應(yīng)性免疫細(xì)胞的生成減少［此過程稱為免疫衰老（immunosenescence）］，以及貧血和骨髓異常增生的發(fā)病率增加（Shaw et al., 2010）。干細(xì)胞功能損耗可見于所有重要的干細(xì)胞區(qū)室（compartments），如小鼠前腦（Molofsky et al., 2006）、骨骼（Gruber et al., 2006）和肌纖維（Conboy and Rando, 2012）。老年小鼠研究發(fā)現(xiàn)，其造血干細(xì)胞（HSCs）的細(xì)胞周期活動(dòng)呈現(xiàn)整體性降低，且老年期HSCs的細(xì)胞分裂能力弱于青年期HSCs（Rossi et al., 2007）。而上述變化與DNA損傷累積（Rossi et al., 2007）和細(xì)胞周期抑制蛋白（如p16
INK4a）過表達(dá)（Janzen et al., 2006）有關(guān)。實(shí)際上，較之老年期野生型HSCs，老年期INK4a
?/?HSCs則顯示較強(qiáng)的植入能力和細(xì)胞周期活動(dòng)增加（Janzen et al., 2006）。在多種組織中均發(fā)現(xiàn)，端?？s短亦為衰老過程中干細(xì)胞減少的重要原因（Flores et al., 2005; Sharpless and DePinho,2007）。該發(fā)現(xiàn)作為衰老領(lǐng)域的一項(xiàng)例證，提示干細(xì)胞減少是多重?fù)p害整合的結(jié)果。
雖然干細(xì)胞和祖細(xì)胞增殖能力不足，對(duì)機(jī)體的長(zhǎng)期維護(hù)明顯不利，但二者過度增殖會(huì)加速干細(xì)胞巢（niches）的耗竭，因而同樣是有害的。干細(xì)胞休眠對(duì)其長(zhǎng)期保持功能也具有重要作用，這方面的強(qiáng)烈證據(jù)顯示，果蠅小腸干細(xì)胞過度增殖會(huì)導(dǎo)致干細(xì)胞耗竭，并出現(xiàn)過早衰老（Rera et al., 2011）。同樣情形亦見于p21缺失小鼠，其表現(xiàn)為HSCs和神經(jīng)干細(xì)胞的過早耗竭（Cheng et al., 2000; Kippin et al., 2005）。如此看來，衰老過程中INK4a誘導(dǎo)（見“細(xì)胞衰老”）和血清IGF-1降低（見“營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)”），均可能反映出機(jī)體試圖保持干細(xì)胞休眠狀態(tài)。近期研究亦發(fā)現(xiàn)，老年期的肌肉干細(xì)胞巢中FGF2信號(hào)通路增強(qiáng)，可導(dǎo)致干細(xì)胞休眠減少，最終出現(xiàn)干細(xì)胞缺失并喪失再生能力，而抑制該通路則可挽救上述損害（Chakkalakal et al., 2012）。上述發(fā)現(xiàn)可望啟發(fā)如下的設(shè)計(jì)思路，即通過抑制FGF2通路以減少衰老過程中的干細(xì)胞耗竭。與上述方向相一致，亦有報(bào)道通過DR可增強(qiáng)小腸和肌肉干細(xì)胞的功能（Cerletti et al., 2012; Yilmaz et al., 2012）。
還有一個(gè)重要議題是，干細(xì)胞功能降低是源于細(xì)胞-內(nèi)源性通路還是源于細(xì)胞-外源性通路（Conboy and Rando, 2012）。近期研究則強(qiáng)烈支持后者。特別是，將青年小鼠的肌源性干細(xì)胞移植入早老小鼠后，可延長(zhǎng)后者壽命，并改善其退行性改變，即便在未檢測(cè)到供體細(xì)胞的組織中亦是如此，提示上述治療獲益或源于干細(xì)胞分泌因子的系統(tǒng)性效應(yīng)（Lavasani et al., 2012）。更有異種共生（parabiosis）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，來自青年小鼠的系統(tǒng)性因子，可逆轉(zhuǎn)老年小鼠神經(jīng)干細(xì)胞和肌肉干細(xì)胞的功能降低（Conboy et al., 2005; Villeda et al., 2011）。
而亦有研究探索采用藥物干預(yù)來改善干細(xì)胞功能。特別是，通過雷帕霉素抑制mTORC1，不僅可改善蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)（見“蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失”）和影響能量感應(yīng)（見“營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)失調(diào)”）以延緩衰老，其還可改善上皮、造血系統(tǒng)和小腸干細(xì)胞的功能（Castilho et al., 2009; Chen et al., 2009;Yilmaz et al., 2012）。這些發(fā)現(xiàn)也表明，要闡明雷帕霉素的抗衰老機(jī)制還存在相當(dāng)大的難度，也更凸顯本文所討論的衰老各項(xiàng)特征之間亦存在相互關(guān)聯(lián)性。另值得注意的是，GTP酶CDC42可致衰老HSCs增加，而通過藥物抑制CDC42，則可使人體衰老細(xì)胞重新恢復(fù)年輕（rejuvenation）（Florian et al., 2012）。
總結(jié)
干細(xì)胞耗竭是多種衰老相關(guān)損害相互整合的結(jié)果，也可能是組織和機(jī)體衰老的終極元兇。近期研究提示，干細(xì)胞恢復(fù)年輕可逆轉(zhuǎn)機(jī)體水平的衰老表型（Rando and Chang, 2012）。
胞間通訊改變
除外細(xì)胞自主性改變，衰老還涉及到胞間通訊水平的改變，即內(nèi)分泌、神經(jīng)內(nèi)分泌或神經(jīng)方面的改變（Laplante and Sabatini, 2012; Rando andChang, 2012; Russell and Kahn, 2007; Zhang et al., 2013）（圖5C）。因此，在衰老過程中，易出現(xiàn)神經(jīng)激素信號(hào)通路（如腎素-血管緊張素、腎上腺素、胰島素-IGF-1信號(hào)通路）的失調(diào)，表現(xiàn)為炎癥反應(yīng)增強(qiáng)、對(duì)抗病原體和癌前細(xì)胞的免疫監(jiān)視功能降低，以及胞周、胞外環(huán)境組分的改變。
炎癥
衰老相關(guān)胞間通訊的顯著改變，可稱為“炎性衰老”（inflammaging），即伴隨哺乳動(dòng)物衰老，表現(xiàn)為促炎癥表型的累積（Salminen et al., 2012）。炎性衰老的發(fā)生有多重原因，如促炎性組織損傷的累積、免疫系統(tǒng)功能（可有效清除病原體和不良宿主細(xì)胞）紊亂和失常、衰老細(xì)胞分泌促炎性因子增加（見“細(xì)胞衰老”）、轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的激活增強(qiáng)、缺陷性自噬反應(yīng)發(fā)生（Salminen et al., 2012）。上述改變可增強(qiáng)NLRP3炎性體及其他促炎性通路的激活，最終導(dǎo)致IL-1β、腫瘤壞死因子和干擾素的生成增加（Green et al., 2011; Salminen et al., 2012）。在人群中，炎癥還與肥胖和2型糖尿病的發(fā)生相關(guān)，這兩種情況則可促進(jìn)或關(guān)聯(lián)衰老（Barzilai et al., 2012）。與此類似，炎癥反應(yīng)缺陷在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生中亦發(fā)揮重要作用（Tabas, 2010）。近期研究發(fā)現(xiàn)，增齡性炎癥可抑制上皮干細(xì)胞功能（Doles et al., 2012），這進(jìn)一步表明，不同衰老特征之間存在復(fù)雜聯(lián)系，從而強(qiáng)化衰老的進(jìn)程。而適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的功能降低，亦與炎性衰老平行發(fā)生（Deeks, 2011）。免疫衰老（immunosenescence）可在系統(tǒng)水平上加重衰老表型，這源于免疫系統(tǒng)障礙導(dǎo)致其無法清除感染因子、感染細(xì)胞及癌前細(xì)胞。免疫細(xì)胞另一項(xiàng)功能是，識(shí)別和清除衰老細(xì)胞（見“干細(xì)胞耗竭”）和超倍體細(xì)胞，而這兩種細(xì)胞則累積于在衰老組織和癌前病變（Davoli and de Lange, 2011; Senovilla et al.,2012）。
對(duì)衰老組織的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)進(jìn)行的整體研究，進(jìn)一步凸顯了炎癥通路與衰老的相關(guān)性（（de Magalh?es et al., 2009; Lee et al., 2012）。衰老轉(zhuǎn)錄特征之一表現(xiàn)為NF-κB通路的過激活，而在轉(zhuǎn)基因老年小鼠皮膚中條件性表達(dá)NF-κB抑制因子，可見其皮膚組織表型恢復(fù)年輕，且其轉(zhuǎn)錄特征較之青年期有所恢復(fù)（Adler et al., 2007）。與之類似，在不同的衰老加速小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，通過基因和藥物抑制NF-κB信號(hào)通路可阻止其增齡性特征的出現(xiàn)（Osorio et al., 2012; Tilstra et al., 2012）。關(guān)于炎癥與衰老之間聯(lián)系的最新研究發(fā)現(xiàn)，炎癥和應(yīng)激反應(yīng)可激活下丘腦NF-κB，誘導(dǎo)相關(guān)信號(hào)通路，導(dǎo)致神經(jīng)元生成促性腺激素釋放激素（GnRH）減少（Zhang et al., 2013）。而GnRH降低可促進(jìn)多種增齡性改變，如骨骼變脆、肌肉虛弱、皮膚萎縮，以及神經(jīng)生成減少。相應(yīng)地，小鼠采用GnRH治療后，可阻止增齡性神經(jīng)生成減少和衰老進(jìn)展加速（Zhang et al., 2013）。以上結(jié)果提示，下丘腦可通過整合NF-κB驅(qū)動(dòng)的炎癥反應(yīng)和GnRH介導(dǎo)的神經(jīng)內(nèi)分泌效應(yīng)，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)性衰老。
進(jìn)一步的體內(nèi)研究證實(shí)，炎癥與衰老的關(guān)聯(lián)源于mRNA降解因子AUF1的功能，其可介導(dǎo)細(xì)胞因子mRNA降解，從而終止炎癥反應(yīng)（Pont et al., 2012）。AUF1缺陷小鼠表現(xiàn)為明顯的細(xì)胞衰老以及早老表型，且可通過重新表達(dá)這種RNA結(jié)合因子而得以緩解。有趣的是，AUF1不僅可指導(dǎo)炎性細(xì)胞因子mRNA的降解，還可激活端粒酶的催化亞基TERT，從而有助于保持端粒長(zhǎng)度（Pont et al., 2012），這也更說明單一因子可對(duì)多項(xiàng)衰老特征均產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。
類似的情形亦見于sirtuins，其還可影響衰老過程中的炎癥反應(yīng)。多項(xiàng)研究顯示，SIRT1可去乙?；M蛋白及NF-κB等炎癥信號(hào)通路的組分，從而下調(diào)炎癥相關(guān)基因（Xie et al., 2013）。與此發(fā)現(xiàn)相一致， SIRT1水平降低與多種炎癥性疾病的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān)，而通過藥物激活SIRT1則可預(yù)防小鼠的炎癥反應(yīng)（Gillum et al., 2011;Yao et al., 2012; Zhanget al., 2010）。且SIRT2和SIRT6亦可通過去乙?；疦F-κB亞基，以及轉(zhuǎn)錄抑制其靶基因，從而下調(diào)炎癥反應(yīng)（Kawahara et al., 2009;Rothgiesser et al.,2010）。
其他類型的胞間通訊
除炎癥外，還有越來越多的證據(jù)顯示，某一組織的衰老相關(guān)改變，可導(dǎo)致其他組織的衰老特異性衰退，這可以解釋衰老表型在不同器官之間存在協(xié)同性。發(fā)生這種“傳染性衰老”（contagious aging）或旁觀者效應(yīng)（bystander effects）的原因除炎癥細(xì)胞因子外，還有其他例證表明，衰老細(xì)胞通過間隙連接介導(dǎo)的細(xì)胞聯(lián)系，以及ROS相關(guān)過程，亦可導(dǎo)致鄰近細(xì)胞衰老（Nelson et al., 2012）。應(yīng)用過繼轉(zhuǎn)移（adoptive transfer）模型小鼠進(jìn)行評(píng)估發(fā)現(xiàn)，其微環(huán)境可促進(jìn)增齡性CD4T細(xì)胞缺陷（Lefebvre et al., 2012）。相反，僅針對(duì)某一組織進(jìn)行的延長(zhǎng)壽命操作，亦可延緩其他組織的衰老進(jìn)程（Durieux et al., 2011;Lavasani et al., 2012;Tomás-Loba et al., 2008）。
恢復(fù)胞間通訊缺陷
關(guān)于恢復(fù)衰老過程中的胞間通訊缺陷，存在多種可能的手段，如可通過遺傳、營(yíng)養(yǎng)或藥物干預(yù)來實(shí)現(xiàn)（Freije and López-Otín, 2012; Rando andChang, 2012）。這其中尤其令人感興趣的是，通過DR方法（Piper et al., 2011; Sanchez-Roman et al.,2012）或恢復(fù)青春策略（應(yīng)用異種共生研究中確定的血源性系統(tǒng)因子）（Conboy et al., 2005; Loffredo et al., 2013;Villeda et al., 2011）可延長(zhǎng)壽命。并且，長(zhǎng)期應(yīng)用抗炎藥物（如阿司匹林等）亦可延長(zhǎng)小鼠壽命和人類健康壽命（Rothwell et al., 2011; Strong et al., 2008）。另外，鑒于腸道微生物組可塑造宿主免疫系統(tǒng)并發(fā)揮系統(tǒng)性代謝效應(yīng)，可通過操控復(fù)雜且動(dòng)態(tài)的腸道細(xì)菌生態(tài)系統(tǒng)的成分和功能，實(shí)現(xiàn)人體壽命延長(zhǎng)（Claesson et al., 2012; Ottaviani et al.,2011）。
總結(jié)
強(qiáng)烈證據(jù)顯示，衰老并非專屬于細(xì)胞的生物學(xué)現(xiàn)象，其亦與胞間通訊的整體改變相關(guān)聯(lián)，由此為在這一水平上調(diào)控衰老提供了機(jī)遇?？上驳氖牵ㄟ^血源性系統(tǒng)因子實(shí)現(xiàn)恢復(fù)青春的策略，已獲得了概念驗(yàn)證（Conboy et al., 2005; Loffredo et al., 2013;Villeda et al., 2011）。
結(jié)論與展望
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| 圖6 衰老九項(xiàng)特征之間的功能相關(guān)性 |
上述衰老九項(xiàng)特征可劃分為三種類型：（上）這四項(xiàng)特征是導(dǎo)致細(xì)胞損傷的原發(fā)性因素。（中）這三項(xiàng)特征部分是針對(duì)損傷的代償性反應(yīng)或拮抗性反應(yīng)。這種反應(yīng)最初會(huì)緩解損傷，但若慢性化或加劇發(fā)展，則最終轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘苑磻?yīng)。（下）這兩項(xiàng)整合性特征是前兩類特征造成的結(jié)局，最終導(dǎo)致增齡性功能下降。
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對(duì)本篇綜述列舉的衰老的九項(xiàng)特征進(jìn)行整體分析，可將其分為三種類型，即原發(fā)性特征、拮抗性特征和整合性特征（圖6）。原發(fā)性特征的共同點(diǎn)為，四者均產(chǎn)生負(fù)面作用。具體表現(xiàn)為DNA損傷（包括染色體異倍性）、線粒體DNA突變，以及端粒缺失、表觀遺傳學(xué)漂移（epigenetic drift）和蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)缺陷。與原發(fā)性特征相比，拮抗性特征則具有兩面性，且取決于其強(qiáng)度。在較低水平可介導(dǎo)良性效應(yīng)，而在較高水平則產(chǎn)生惡性效應(yīng)。以細(xì)胞衰老為例，其可防御機(jī)體癌變，但一旦細(xì)胞衰老過度，則會(huì)促進(jìn)衰老。與此類似，ROS可介導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與存活，但慢性高水平的ROS則會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞損傷；同樣營(yíng)養(yǎng)素感應(yīng)和合成代謝的理想狀態(tài)，顯然對(duì)細(xì)胞存活是相當(dāng)重要的，但其功能若過度和長(zhǎng)期受損，則亦可導(dǎo)致病變。這三項(xiàng)特征可看做是機(jī)體為防御損傷或營(yíng)養(yǎng)匱乏而設(shè)計(jì)的。而一旦這些特征加劇或慢性化，則其功效發(fā)生逆轉(zhuǎn)，反而進(jìn)一步加劇損傷。衰老特征的第三種類型（即干細(xì)胞耗竭和胞間通訊改變）稱為整合性特征，其可直接影響組織穩(wěn)態(tài)和功能。盡管上述特征相互關(guān)聯(lián)，本文仍認(rèn)為其存在某種程度的層次關(guān)系（圖6）。原發(fā)性特征可作為啟動(dòng)性觸發(fā)因素，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，其損傷效應(yīng)會(huì)逐漸累積。拮抗性特征在原則上是良性的，在某一過程中（部分因原發(fā)性特征而促進(jìn)或加速）則具有負(fù)面性。最后，當(dāng)原發(fā)性特征和拮抗性特征無法通過組織穩(wěn)態(tài)機(jī)制實(shí)現(xiàn)代償時(shí)，便呈現(xiàn)整合性特征。正是由于衰老過程中這些特征同時(shí)發(fā)生且相互關(guān)聯(lián)，揭示這一精密的因果網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)是未來一項(xiàng)激動(dòng)人心的挑戰(zhàn)。
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| 圖7 可延長(zhǎng)人類健康壽命的干預(yù)手段 |
圖中展示了衰老的九項(xiàng)特征及相應(yīng)治療策略，并已針對(duì)小鼠進(jìn)行過原理驗(yàn)證。
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闡明衰老的特征，既有助于建立未來研究衰老分子機(jī)制的框架，也有助于設(shè)計(jì)改善人類健康壽命的干預(yù)手段（圖7）。然而，就衰老這一復(fù)雜的生物學(xué)過程來講，仍面臨著大量的棘手問題（Martin, 2011; Miller, 2012）。而下一代測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，可望對(duì)衰老研究產(chǎn)生特殊影響：針對(duì)衰老機(jī)體的個(gè)體細(xì)胞采用該技術(shù)，將更容易評(píng)價(jià)其遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)改變的特異性累積情況。這項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于測(cè)定極度長(zhǎng)壽（exceptional longevity）個(gè)體的全基因組序列，比較長(zhǎng)壽和短壽動(dòng)物種系和品系之間的基因組差異，以及在最高解析度下分析增齡性表觀遺傳學(xué)改變（Heyn et al., 2012; Kim et al., 2011;Sebastiani et al., 2011）。平行開展功能獲得或功能缺失動(dòng)物模型研究，同樣是必不可少的；這將跨越比較分析的層次，為理解衰老過程中上述特征提供因果證據(jù)。未來還需要采用系統(tǒng)生物學(xué)方法，其不僅可對(duì)衰老各項(xiàng)特征進(jìn)行典型化描述，還可解釋導(dǎo)致衰老的過程與伴隨衰老的過程之間的機(jī)械性聯(lián)系（Gems and Partridge, 2013; Kirkwood, 2008）。另外，在分子水平分析基因組與環(huán)境之間的交互對(duì)衰老的調(diào)節(jié)作用，將有助于確定延長(zhǎng)壽命的藥物靶點(diǎn)（de Magalh?es et al., 2012）?？深A(yù)計(jì)的是，未來將有更為復(fù)雜的手段來最終解決眾多難題。相信這些手段的聯(lián)合應(yīng)用，將會(huì)更詳細(xì)地理解衰老特征的潛在機(jī)制，從而有利于在未來研發(fā)出改善人類健康壽命和延年益壽的干預(yù)手段。
