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.

細胞衰老是細胞應(yīng)對 DNA 損傷、氧化應(yīng)激等亞致死性刺激而進入的生長停滯狀態(tài)，通過 p53 及 CDK 抑制劑（如 p16、p21）等信號通路調(diào)控。該過程在年輕時對胚胎發(fā)育和腫瘤抑制有益，但在老年人群中，衰老細胞的累積會加劇癌癥、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。機械刺激（如血流紊亂）可誘導內(nèi)皮細胞衰老，引發(fā) DNA 損傷、活性氧（ROS）升高及促炎因子分泌，導致細胞形態(tài)改變（扁平增大）、一氧化氮（NO）生物利用度降低。衰老的內(nèi)皮細胞通過減少血管密度、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，最終推動動脈粥樣硬化、高血壓等血管疾病的發(fā)展。鑒于此，韓國仁荷大學醫(yī)學院細胞間通訊調(diào)控研究中心的研究團隊在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。文章旨在深入探究內(nèi)皮細胞衰老的分子機制，對于開發(fā)針對年齡相關(guān)性血管疾病的治療策略具有重要意義。

內(nèi)皮細胞衰老的特征

衰老的內(nèi)皮細胞呈現(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)典衰老標志物的激活與纖連蛋白、ICAM-1 和 iNOS 等分子的表達上調(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 等細胞因子，血流紊亂誘導的衰老 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)不同的細胞因子或趨化因子表達。

線粒體層面，衰老 HUVECs 的線粒體延長并相互連接，伴隨線粒體分裂關(guān)鍵蛋白 FIS1 和 DRP1 的表達下調(diào)，而 DRP1 缺失會誘導年輕細胞衰老、自噬受損，其在老年大鼠血管內(nèi)皮中的表達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 DRP1 亞磺酰化誘導線粒體碎片化及 ROS 產(chǎn)生，進而促進內(nèi)皮細胞衰老。

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

代謝上，衰老內(nèi)皮細胞表現(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，抑制該過程可選擇性清除衰老細胞；而功能失調(diào)的內(nèi)皮細胞對氧化磷酸化依賴性增強，其過度激活會加劇 ROS 生成與細胞損傷，高血糖應(yīng)激則通過代謝重編程推動這一過程。在病理模型與臨床樣本中，衰老內(nèi)皮細胞廣泛存在于兔動脈損傷、糖尿病大鼠血管及人類動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)疾病（如動脈粥樣硬化、高血壓）密切相關(guān)，單細胞測序及干預(yù)實驗進一步證實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。

圖1    衰老內(nèi)皮細胞的特征。

內(nèi)皮細胞衰老相關(guān)的分子作用因子與信號通路

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

圖2    介導內(nèi)皮細胞衰老和血管衰老的分子機制。

Sirtuins

Sirtuins 家族中的 SIRT1 和 SIRT6 是調(diào)控內(nèi)皮細胞衰老的關(guān)鍵分子。SIRT1 通過 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 NO 生成以抵抗氧化應(yīng)激，抑制 NF-κB p65 乙酰化來減輕炎癥反應(yīng)，還能通過 CDK5 磷酸化調(diào)控自身核定位，進而影響端粒功能與 p53、PAI-1 等衰老相關(guān)因子。最新研究發(fā)現(xiàn)，SIRT1 可通過 HERC2 介導的 LKB1 去乙酰化，防止衰老內(nèi)皮細胞中 LKB1 在核內(nèi)積累，從而維持血管平滑肌細胞與內(nèi)皮細胞的通訊平衡。而 SIRT6 作為染色質(zhì)穩(wěn)定蛋白，可通過維持端粒功能和抑制 NF-κB 過度激活來延緩內(nèi)皮細胞衰老，其在糖尿病血管中可減少動脈粥樣硬化斑塊形成，并通過調(diào)控 PCSK9-LDL 受體通路降低血脂。兩者通過多通路協(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)皮細胞衰老，成為血管衰老干預(yù)的重要靶點。

Klotho

Klotho 作為一種主要表達于腎臟、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)鍵保護角色。動物實驗證實，其可通過上調(diào) NO 生成改善血管舒張功能，同時通過胰島素 / IGF 信號激活 MnSOD 抗氧化酶，減少 H2O2 誘導的內(nèi)皮細胞凋亡；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 水平與冠狀動脈疾病、心力衰竭等心血管疾病風險呈負相關(guān)，且獨立于傳統(tǒng)危險因素（如血脂異常、高血壓），可作為動脈僵硬度的獨立預(yù)測指標。實驗?zāi)Ｐ椭校?span style="font-family: 宋體, SimSun; font-size: 17px;">Klotho 過表達能延緩腎臟與心血管衰老并延長小鼠壽命，而基因敲除則導致血管鈣化等早衰表型?？傊?，Klotho 通過多機制保護內(nèi)皮細胞功能，其血漿水平或可成為評估血管衰老及相關(guān)疾病的生物標志物，為干預(yù)血管衰老提供潛在靶點。

RAAS

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

IGFBP

胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白（IGFBP）家族在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞衰老中呈現(xiàn)復(fù)雜作用。IGFBP1 作為家族成員，參與代謝與細胞生長調(diào)控，但其同源配體 IGF1 在不同內(nèi)皮細胞類型中表現(xiàn)出矛盾功能：既能通過激活 IGF1 受體介導輻射誘導的人肺動脈內(nèi)皮細胞衰老，又能在人主動脈內(nèi)皮細胞中通過抗氧化應(yīng)激抑制衰老。IGFBP3 在復(fù)制性衰老的內(nèi)皮細胞中表達上調(diào)，其過表達可增強 HUVECs 的衰老表型，而沉默 IGFBP3 則能抑制這一過程。此外，IGFBP5 可通過 p53 依賴性通路誘導 HUVECs 衰老，成為輻射所致內(nèi)皮細胞衰老的潛在調(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)皮細胞衰老中起核心作用。激活 NRF2 可抑制細胞衰老，而 NRF2 基因缺失會加速老年腦動脈細胞衰老并增強炎癥反應(yīng)，同時加劇肥胖等心血管危險因素的不良影響。在非人類靈長類動物和老年大鼠模型中，衰老均導致 NRF2 核轉(zhuǎn)位障礙及靶基因（如 NQO1、GCLC）表達下降，伴隨線粒體 SOD2 活性降低，進而引發(fā)慢性氧化應(yīng)激。這種 NRF2 功能受損與氧化應(yīng)激增強的惡性循環(huán)，在 H2O2 和高糖等應(yīng)激條件下尤為明顯，可進一步激活 NF-κB 炎癥通路，推動血管衰老進程。總之，衰老會損害 NRF2 的功能，從而形成一個惡性循環(huán)，加劇衰老相關(guān)氧化應(yīng)激誘導的細胞損傷。

mTOR

哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）作為 PI3K 相關(guān)激酶家族成員，通過 mTORC1 和 mTORC2 復(fù)合物調(diào)控內(nèi)皮細胞衰老。低劑量雷帕霉素抑制 mTORC1 可延緩 HUVECs 復(fù)制性衰老，促進增殖與血管生成，其機制與抑制 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降低 mTOR 活性增強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 通路可誘導非經(jīng)典 SASP 反應(yīng)，通過自限性炎癥調(diào)控維持組織穩(wěn)態(tài)。mTORC2 在衰老內(nèi)皮細胞中活性升高，沉默 mTORC2 可通過調(diào)節(jié) NRF2 減輕氧化應(yīng)激誘導的衰老。研究揭示 mTOR 信號通路通過整合代謝、氧化應(yīng)激及炎癥信號，成為內(nèi)皮細胞衰老的關(guān)鍵調(diào)控樞紐，其抑制劑（如雷帕霉素）及上下游靶點（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)皮細胞衰老。成纖維細胞生長因子 21（FGF21）可通過 AMPK 依賴途徑抑制 p53 激活、誘導線粒體生物合成，從而減輕高糖或血管緊張素 Ⅱ 誘導的內(nèi)皮損傷與衰老。銜接蛋白 P66shc 通過調(diào)節(jié)氧化還原代謝，改善衰老內(nèi)皮細胞對乙酰膽堿的舒張反應(yīng)。導向受體 UNC5B 則可能通過激活 ROS-p53 通路促進內(nèi)皮細胞衰老。炎癥因子 IL-17A 可經(jīng) NF-κB/p53/RB 信號通路推動內(nèi)皮衰老，而消退素 E1（RvE1）能通過抑制 pP65、NLRP3 炎癥小體等減輕阿霉素或 IL-1β 誘導的衰老。此外，PPARα 可通過促進衰老相關(guān)蛋白 GDF11 的表達抑制內(nèi)皮衰老，DRG2 缺失會增強 NOX2 介導的 ROS 生成進而促進衰老，CTRP9 能通過 AMPKα/KLF4 通路抑制高血糖誘導的內(nèi)皮衰老，DPP4 則通過 PAR2-COX-2-TP 軸激活 NLRP3 炎癥小體來誘導內(nèi)皮細胞衰老。這些分子從代謝調(diào)控、氧化應(yīng)激、炎癥信號等多個維度參與內(nèi)皮細胞衰老過程，隨著研究的深入，更多相關(guān)分子機制將被揭示，為干預(yù)血管衰老及相關(guān)疾病提供新的思路和靶點。

總之，內(nèi)皮細胞衰老由端?？s短、DNA 損傷等多種因素誘導，在血管衰老及動脈粥樣硬化、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 等分子通過抗氧化應(yīng)激等機制抑制內(nèi)皮細胞衰老，而 Ang II、IGFBP3、mTOR 等因子則促進這一過程，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。未來需在細胞與動物模型中深入解析衰老調(diào)控機制，全面挖掘可藥物靶點，并通過鑒定新型標志物和改進檢測技術(shù)，提升體內(nèi)衰老內(nèi)皮細胞的識別效率。這些研究將為開發(fā)針對性干預(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)與實踐方向。

參考文獻：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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