Factors and Pathways Modulating Endothelial Cell Senescence in Vascular Aging

Keywords: age-related vascular disease; cellular senescence; endothelial cell; molecular player; putative target; signaling pathway.

細(xì)胞衰老是細(xì)胞應(yīng)對(duì) DNA 損傷、氧化應(yīng)激等亞致死性刺激而進(jìn)入的生長(zhǎng)停滯狀態(tài)，通過(guò) p53 及 CDK 抑制劑（如 p16、p21）等信號(hào)通路調(diào)控。該過(guò)程在年輕時(shí)對(duì)胚胎發(fā)育和腫瘤抑制有益，但在老年人群中，衰老細(xì)胞的累積會(huì)加劇癌癥、心血管疾病等年齡相關(guān)性疾病的發(fā)生。血管由內(nèi)膜、中膜和外膜構(gòu)成，其中內(nèi)膜的內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）直接接觸血流，在維持血管穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。機(jī)械刺激（如血流紊亂）可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞衰老，引發(fā) DNA 損傷、活性氧（ROS）升高及促炎因子分泌，導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)改變（扁平增大）、一氧化氮（NO）生物利用度降低。衰老的內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)減少血管密度、增加膠原沉積、降低彈性蛋白合成等，促使血管僵硬、炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，最終推動(dòng)動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓等血管疾病的發(fā)展。鑒于此，韓國(guó)仁荷大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞間通訊調(diào)控研究中心的研究團(tuán)隊(duì)在International journal of molecular sciences期刊發(fā)表了一篇題為“Factors and Pathways Modulating Endothelial Cell Senescence in Vascular Aging”的文章。文章旨在深入探究?jī)?nèi)皮細(xì)胞衰老的分子機(jī)制，對(duì)于開發(fā)針對(duì)年齡相關(guān)性血管疾病的治療策略具有重要意義。

內(nèi)皮細(xì)胞衰老的特征

衰老的內(nèi)皮細(xì)胞呈現(xiàn)體積增大、形態(tài)扁平的經(jīng)典表型，伴隨多倍體增加、SA-β-Gal 活性升高、端?？s短，以及  p16、p21  和磷酸化 p38  等經(jīng)典衰老標(biāo)志物的激活與纖連蛋白、ICAM-1 和 iNOS 等分子的表達(dá)上調(diào)（圖 1）。其分泌的衰老相關(guān)分泌表型（SASP）具有多樣性。如復(fù)制性衰老的 HUVECs 可產(chǎn)生 IL8、IL6 等細(xì)胞因子，血流紊亂誘導(dǎo)的衰老 HUVECs 表現(xiàn)為適度 ROS 生成，TNF-α 處理或輻射或阿霉素刺激則分別引發(fā)不同的細(xì)胞因子或趨化因子表達(dá)。

線粒體層面，衰老 HUVECs 的線粒體延長(zhǎng)并相互連接，伴隨線粒體分裂關(guān)鍵蛋白 FIS1 和 DRP1 的表達(dá)下調(diào)，而 DRP1 缺失會(huì)誘導(dǎo)年輕細(xì)胞衰老、自噬受損，其在老年大鼠血管內(nèi)皮中的表達(dá)降低也與自噬功能障礙相關(guān)，此外蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 A1 缺失可通過(guò) DRP1 亞磺?；T導(dǎo)線粒體碎片化及 ROS 產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞衰老。

氧化應(yīng)激是內(nèi)皮細(xì)胞衰老的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，其產(chǎn)生的 ROS 不僅來(lái)自線粒體呼吸，更主要源于 NADPH 氧化酶（NOX）及溶酶體等其他細(xì)胞器，NOX 家族中的 NOX1、NOX2 等亞型可通過(guò)誘導(dǎo)氧化損傷促進(jìn)內(nèi)皮功能障礙。盡管生理 ROS 維持細(xì)胞正常功能，但過(guò)量 ROS 會(huì)加速端粒縮短并激活衰老信號(hào)。

代謝上，衰老內(nèi)皮細(xì)胞表現(xiàn)出糖酵解和氧化磷酸化水平降低的特征，卻依賴谷氨酰胺分解維持存活，抑制該過(guò)程可選擇性清除衰老細(xì)胞；而功能失調(diào)的內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)氧化磷酸化依賴性增強(qiáng)，其過(guò)度激活會(huì)加劇 ROS 生成與細(xì)胞損傷，高血糖應(yīng)激則通過(guò)代謝重編程推動(dòng)這一過(guò)程。在病理模型與臨床樣本中，衰老內(nèi)皮細(xì)胞廣泛存在于兔動(dòng)脈損傷、糖尿病大鼠血管及人類動(dòng)脈粥樣硬化斑塊等組織中，其累積與血管應(yīng)激、衰老及年齡相關(guān)疾?。ㄈ鐒?dòng)脈粥樣硬化、高血壓）密切相關(guān)，單細(xì)胞測(cè)序及干預(yù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了其在血管衰老中的病理意義，為相關(guān)疾病的防治提供了潛在靶點(diǎn)。

圖1    衰老內(nèi)皮細(xì)胞的特征。

內(nèi)皮細(xì)胞衰老相關(guān)的分子作用因子與信號(hào)通路

許多分子機(jī)制與內(nèi)皮細(xì)胞和血管細(xì)胞的衰老相關(guān)。以下將描述其中特征最明確的機(jī)制，并在圖 2 中進(jìn)行總結(jié)。

圖2    介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞衰老和血管衰老的分子機(jī)制。

Sirtuins

Sirtuins 家族中的 SIRT1 和 SIRT6 是調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞衰老的關(guān)鍵分子。SIRT1 通過(guò) NAD + 依賴的去乙?；富钚?，維持血管內(nèi)皮穩(wěn)態(tài)：其可激活 eNOS 促進(jìn) NO 生成以抵抗氧化應(yīng)激，抑制 NF-κB p65 乙?；瘉?lái)減輕炎癥反應(yīng)，還能通過(guò) CDK5 磷酸化調(diào)控自身核定位，進(jìn)而影響端粒功能與 p53、PAI-1 等衰老相關(guān)因子。最新研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1 可通過(guò) HERC2 介導(dǎo)的 LKB1 去乙酰化，防止衰老內(nèi)皮細(xì)胞中 LKB1 在核內(nèi)積累，從而維持血管平滑肌細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的通訊平衡。而 SIRT6 作為染色質(zhì)穩(wěn)定蛋白，可通過(guò)維持端粒功能和抑制 NF-κB 過(guò)度激活來(lái)延緩內(nèi)皮細(xì)胞衰老，其在糖尿病血管中可減少動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成，并通過(guò)調(diào)控 PCSK9-LDL 受體通路降低血脂。兩者通過(guò)多通路協(xié)同作用，在氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、代謝調(diào)控等層面拮抗內(nèi)皮細(xì)胞衰老，成為血管衰老干預(yù)的重要靶點(diǎn)。

Klotho

Klotho 作為一種主要表達(dá)于腎臟、少量存在于血管組織的蛋白，在血管衰老調(diào)控中扮演關(guān)鍵保護(hù)角色。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，其可通過(guò)上調(diào) NO 生成改善血管舒張功能，同時(shí)通過(guò)胰島素 / IGF 信號(hào)激活 MnSOD 抗氧化酶，減少 H2O2 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡；此外，它還能抑制 caspase 活性、削弱 p53/p21 衰老通路，直接發(fā)揮抗內(nèi)皮衰老作用。臨床研究表明，血漿 Klotho 水平與冠狀動(dòng)脈疾病、心力衰竭等心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)，且獨(dú)立于傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素（如血脂異常、高血壓），可作為動(dòng)脈僵硬度的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校?span style="font-family: 宋體, SimSun; font-size: 17px;">Klotho 過(guò)表達(dá)能延緩腎臟與心血管衰老并延長(zhǎng)小鼠壽命，而基因敲除則導(dǎo)致血管鈣化等早衰表型?？傊?，Klotho 通過(guò)多機(jī)制保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞功能，其血漿水平或可成為評(píng)估血管衰老及相關(guān)疾病的生物標(biāo)志物，為干預(yù)血管衰老提供潛在靶點(diǎn)。

RAAS

腎素 - 血管緊張素 - 醛固酮系統(tǒng)（RAAS）中的 Ang II 是驅(qū)動(dòng)內(nèi)皮細(xì)胞衰老的關(guān)鍵因子。Ang II 通過(guò) AT1R 介導(dǎo) ROS 生成、炎癥反應(yīng)及 MAPK 通路激活，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞周期阻滯與衰老，其過(guò)度激活與動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓等年齡相關(guān)血管疾病密切相關(guān)，而 AT1R 阻滯劑可拮抗這一過(guò)程。在衰老小鼠模型中，Ang II 及其受體 AT1R 表達(dá)上調(diào)，伴隨 NOX2 及細(xì)胞外基質(zhì)成分增加，而保護(hù)性受體 Mas 和 AT2R 表達(dá)下降。作為 RAAS 保護(hù)性分支的 Ang-(1-7) 可通過(guò)作用于 Mas 受體，減少端粒 DNA 損傷、抑制 p53 信號(hào)及 SA-β-Gal 活性，從而逆轉(zhuǎn) Ang II 誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞衰老。研究證實(shí)，Ang-(1-7)/Mas 軸在調(diào)控血管衰老中具有多效性保護(hù)作用，不僅拮抗 Ang II 的促衰老效應(yīng)，還能通過(guò)維持 DNA 完整性和抑制炎癥信號(hào)，成為干預(yù)內(nèi)皮細(xì)胞衰老及相關(guān)血管疾病的潛在靶點(diǎn)。

IGFBP

胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白（IGFBP）家族在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞衰老中呈現(xiàn)復(fù)雜作用。IGFBP1 作為家族成員，參與代謝與細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控，但其同源配體 IGF1 在不同內(nèi)皮細(xì)胞類型中表現(xiàn)出矛盾功能：既能通過(guò)激活 IGF1 受體介導(dǎo)輻射誘導(dǎo)的人肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞衰老，又能在人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中通過(guò)抗氧化應(yīng)激抑制衰老。IGFBP3 在復(fù)制性衰老的內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，其過(guò)表達(dá)可增強(qiáng) HUVECs 的衰老表型，而沉默 IGFBP3 則能抑制這一過(guò)程。此外，IGFBP5 可通過(guò) p53 依賴性通路誘導(dǎo) HUVECs 衰老，成為輻射所致內(nèi)皮細(xì)胞衰老的潛在調(diào)控因子。

NRF2

核因子 E2 相關(guān)因子 2（NRF2）作為氧化應(yīng)激敏感的轉(zhuǎn)錄因子，通過(guò)結(jié)合抗氧化反應(yīng)元件（AREs）激活抗氧化基因轉(zhuǎn)錄，在拮抗內(nèi)皮細(xì)胞衰老中起核心作用。激活 NRF2 可抑制細(xì)胞衰老，而 NRF2 基因缺失會(huì)加速老年腦動(dòng)脈細(xì)胞衰老并增強(qiáng)炎癥反應(yīng)，同時(shí)加劇肥胖等心血管危險(xiǎn)因素的不良影響。在非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物和老年大鼠模型中，衰老均導(dǎo)致 NRF2 核轉(zhuǎn)位障礙及靶基因（如 NQO1、GCLC）表達(dá)下降，伴隨線粒體 SOD2 活性降低，進(jìn)而引發(fā)慢性氧化應(yīng)激。這種 NRF2 功能受損與氧化應(yīng)激增強(qiáng)的惡性循環(huán)，在 H2O2 和高糖等應(yīng)激條件下尤為明顯，可進(jìn)一步激活 NF-κB 炎癥通路，推動(dòng)血管衰老進(jìn)程。總之，衰老會(huì)損害 NRF2 的功能，從而形成一個(gè)惡性循環(huán)，加劇衰老相關(guān)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷。

mTOR

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）作為 PI3K 相關(guān)激酶家族成員，通過(guò) mTORC1 和 mTORC2 復(fù)合物調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞衰老。低劑量雷帕霉素抑制 mTORC1 可延緩 HUVECs 復(fù)制性衰老，促進(jìn)增殖與血管生成，其機(jī)制與抑制 S6K 磷酸化及核糖體蛋白 S6 激活相關(guān)。熱量限制或雷帕霉素處理可通過(guò)降低 mTOR 活性增強(qiáng)衰老小鼠和大鼠的內(nèi)皮功能，表現(xiàn)為 NO 生成增加及血管舒張能力改善。此外，抑制 PI3K/AKT/mTOR 通路可誘導(dǎo)非經(jīng)典 SASP 反應(yīng)，通過(guò)自限性炎癥調(diào)控維持組織穩(wěn)態(tài)。mTORC2 在衰老內(nèi)皮細(xì)胞中活性升高，沉默 mTORC2 可通過(guò)調(diào)節(jié) NRF2 減輕氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的衰老。研究揭示 mTOR 信號(hào)通路通過(guò)整合代謝、氧化應(yīng)激及炎癥信號(hào)，成為內(nèi)皮細(xì)胞衰老的關(guān)鍵調(diào)控樞紐，其抑制劑（如雷帕霉素）及上下游靶點(diǎn)（如 S6K、NRF2）為干預(yù)血管衰老提供了多維度的治療策略。

其他分子

除已闡述的關(guān)鍵分子外，諸多其他因子也參與調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞衰老。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子 21（FGF21）可通過(guò) AMPK 依賴途徑抑制 p53 激活、誘導(dǎo)線粒體生物合成，從而減輕高糖或血管緊張素 Ⅱ 誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷與衰老。銜接蛋白 P66shc 通過(guò)調(diào)節(jié)氧化還原代謝，改善衰老內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)乙酰膽堿的舒張反應(yīng)。導(dǎo)向受體 UNC5B 則可能通過(guò)激活 ROS-p53 通路促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞衰老。炎癥因子 IL-17A 可經(jīng) NF-κB/p53/RB 信號(hào)通路推動(dòng)內(nèi)皮衰老，而消退素 E1（RvE1）能通過(guò)抑制 pP65、NLRP3 炎癥小體等減輕阿霉素或 IL-1β 誘導(dǎo)的衰老。此外，PPARα 可通過(guò)促進(jìn)衰老相關(guān)蛋白 GDF11 的表達(dá)抑制內(nèi)皮衰老，DRG2 缺失會(huì)增強(qiáng) NOX2 介導(dǎo)的 ROS 生成進(jìn)而促進(jìn)衰老，CTRP9 能通過(guò) AMPKα/KLF4 通路抑制高血糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮衰老，DPP4 則通過(guò) PAR2-COX-2-TP 軸激活 NLRP3 炎癥小體來(lái)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞衰老。這些分子從代謝調(diào)控、氧化應(yīng)激、炎癥信號(hào)等多個(gè)維度參與內(nèi)皮細(xì)胞衰老過(guò)程，隨著研究的深入，更多相關(guān)分子機(jī)制將被揭示，為干預(yù)血管衰老及相關(guān)疾病提供新的思路和靶點(diǎn)。

總之，內(nèi)皮細(xì)胞衰老由端?？s短、DNA 損傷等多種因素誘導(dǎo)，在血管衰老及動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓等年齡相關(guān)血管疾病中起關(guān)鍵作用。目前研究已揭示 SIRT1、SIRT6、Klotho 和 NRF2 等分子通過(guò)抗氧化應(yīng)激等機(jī)制抑制內(nèi)皮細(xì)胞衰老，而 Ang II、IGFBP3、mTOR 等因子則促進(jìn)這一過(guò)程，其中 Ang II 抑制劑奧美沙坦已顯示出抑制血管炎癥和衰老的作用。未來(lái)需在細(xì)胞與動(dòng)物模型中深入解析衰老調(diào)控機(jī)制，全面挖掘可藥物靶點(diǎn)，并通過(guò)鑒定新型標(biāo)志物和改進(jìn)檢測(cè)技術(shù)，提升體內(nèi)衰老內(nèi)皮細(xì)胞的識(shí)別效率。這些研究將為開發(fā)針對(duì)性干預(yù)策略、延緩血管衰老及改善相關(guān)疾病預(yù)后提供重要理論基礎(chǔ)與實(shí)踐方向。

參考文獻(xiàn)：Hwang HJ, Kim N, Herman AB, Gorospe M, Lee JS. Factors and Pathways Modulating Endothelial Cell Senescence in Vascular Aging. Int J Mol Sci. 2022 Sep 4;23(17):10135. doi: 10.3390/ijms231710135. PMID: 36077539; PMCID: PMC9456027.

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