Nature系列重磅論文：首次全面總結細胞衰老和組織衰老的標誌物

細胞衰老是一種穩定的細胞周期停滯狀態，在人類、小鼠和其他一些物種中，衰老細胞的積累已被證明可加速多種疾病的發生。

衰老受各種內在和外在因素的影響，早在胚胎發生期間就可以觀察到衰老。儘管衰老在組織修復、傷口癒合和胚胎發育過程中是一種重要的生理程序，但在其他情況下，它通常是隨機應激的結果，要麼是急性發生的，要麼是長期積累的。例如，許多抗癌療法對健康的非癌細胞具有誘導衰老的不良作用，從而導致局部和全身炎症。

儘管組織中驅動細胞衰老的機制尚不完全清楚，但有證據表明，衰老細胞的積累與慢性炎症有關，並導致組織功能障礙。衰老細胞隨着年齡的增長而積累的原因（是產生更多的衰老細胞還是衰老細胞清除減少）目前還沒有得到很好的理解。一些證據表明，免疫系統清除衰老細胞的能力隨着年齡的增長而下降，這也導致它們在組織中積累。

近年來，科學家對揭示細胞衰老的生理功能和病理后果及其潛在分子機制的興趣日益濃厚。然而，體內衰老細胞的鑑定、表徵和分離面臨着相當大的挑戰，部分原因是技術上的複雜性，導致對哺乳動物細胞衰老的瞭解過於片面。這其中一個關鍵的挑戰是缺乏細胞衰老的特定標記，因為幾乎所有已經提出的標記都可能在特定背景下(例如，細胞類型，衰老類型)缺失，或者它們可以存在於非衰老細胞中。此外，缺乏被廣泛接受的衰老表型定義進一步阻礙了這一領域的進展。

美國國立衞生研究院(NIH)細胞衰老網絡(SenNet)聯盟旨在利用最先進的單細胞技術，繪製人類和小鼠一生中多種組織中的衰老細胞圖譜。SenNet的生物標誌物工作組觀察到，在衰老和與年齡相關的條件下，科學文獻中關於各種組織中細胞衰老的反覆出現的問題，即細胞狀態註釋過度簡化的趨勢，由於缺乏普遍接受的細胞衰老定義而加劇。而且，相當一部分文獻嚴重依賴於均質組織樣本的分析，大大忽視了不同細胞類型的獨特屬性。

2024年6月3日，來自美國國立衞生研究院SenNet聯盟的多位教授在Nature Reviews Molecular Cell Biology（IF=112）雜誌發表題為「SenNet recommendations for detecting senescent cells in different tissues」的文章。

在這篇專家推薦中，研究團隊首先介紹細胞衰老的九大標誌。隨后，研究團隊探討了正常衰老和疾病過程中，14種組織中的衰老標誌物，並指出目前識別組織衰老細胞的挑戰。最后，研究團隊提出了使用衰老標記物、人工智能和循環標記物和技術來識別和表徵衰老細胞的建議。

細胞衰老的標誌

衰老細胞的特徵是缺乏增殖和抗凋亡途徑上調。它們分泌大量趨化因子、細胞因子、生長因子和蛋白酶，稱為 衰老相關分泌表型(SASP)。細胞衰老的其它特徵是染色質結構的變化、代謝適應、受損大分子的積累和基因組不穩定性。值得注意的是，單個標誌的存在不足以定義衰老狀態，因為它們也可以在其他細胞狀態中找到。因此，需要存在多個標誌才能識別衰老細胞。在本節中，重點介紹了已知的九種主要衰老標誌。

1、細胞周期停滯

許多衰老細胞會積累CDK2抑制劑CDKN1A和CDK4/6抑制劑CDKN2A，導致RB家族蛋白持續低磷酸化，抑制E2F轉錄因子，下調增殖標誌物MKI67，隨后導致細胞周期停滯。這種阻滯是由多種因素造成的，包括E2F靶基因的染色質變化和核糖體生物發生缺陷。然而，目前還沒有特定的標誌物專門指示衰老細胞周期阻滯。例如，RB和p53的激活(在人類中由TP53編碼，在小鼠中由Trp53編碼)也發生在其他形式的細胞周期阻滯中，CDKN2A在某些非衰老細胞中也有表達。因此，檢測與衰老相關的細胞周期阻滯需要量化多種因素和特徵。

2、SASP

衰老細胞會分泌多種促炎細胞因子、趨化因子、白細胞介素（如 IL-6、IL-1α 和 IL-1β）、細胞生長調節劑、蛋白酶及其抑制劑、血管生成因子和不溶性因子，如纖連蛋白、膠原蛋白和層粘連蛋白，以及其他炎症分子，如 GDF15、TGFβ1 和 IFNγ，統稱為 SASP。SASP的組成和強度可能因衰老持續時間、衰老刺激的來源和特定細胞類型而異。單細胞 RNA 測序揭示了 SASP 因子表達的細胞間差異很大。衰老可以傳遞到鄰近細胞，這種現象通常稱為繼發性衰老。已描述了兩種傳遞機制：旁分泌衰老由 SASP 介導，而近分泌衰老涉及細胞與細胞之間的直接接觸，由 NOTCH1–JAG1 信號傳導介導。

3、核變化

衰老細胞的細胞核經歷了具有重要功能意義的實質性變化。組蛋白的翻譯后修飾和DNA甲基化變化有助於衰老過程中異染色質的全局丟失和局部異染色質的增加、LINE-1的激活和衰老相關膨脹(SADS)的出現。Lamin B1 (LMNB1)的缺失導致了Lamin相關結構域的缺失和基因表達的改變。癌基因誘導的衰老的特徵是形成衰老相關的異色灶(SAHF)，這是可見的DAPI密集灶，由Lys9位點三甲基化的組蛋白H3修飾的染色質核(H3K9me3)和H3K27me3修飾的染色質殼組成。這種表型可以在細胞培養的其他形式的衰老中觀察到，例如複製性衰老，儘管程度較輕。據報道，PML核小體通過調節E2F因子介導衰老。HMGB1是一種高遷移性蛋白家族的蛋白，參與染色質結構和基因表達的調控，在細胞衰老過程中從細胞核釋放到細胞外環境。它在細胞外的存在對免疫細胞來説是細胞應激或損傷的信號。

4、細胞表面標誌

已經研究了幾種蛋白作為細胞培養和組織中使用可誘導的CDKN2A或CDKN1A表達系統(DEP1, NTAL, EBP50, STX4, VAMP3, ARMCX3, B2MG, LANCL1, PLD3和VPS26A)鑑定衰老細胞的潛在標記。此外，DPP4、TNFRSF10D(也稱為CD264)、NOTCH1、NOTCH3、CD36、氧化Vimentin、ICAM1、uPAR、CD274、PDL2和MHC I類分子也被用作衰老的標記物。

5、細胞形態的變化

在細胞培養中，衰老細胞會發生明顯的形態變化：它們變得扁平、增大和空泡化，並且可能顯示多個或增大的細胞核。衰老細胞建立細胞質橋，使它們能夠通過直接的細胞間蛋白質轉移向鄰近細胞發出信號。培養中的衰老細胞已被觀察到顯示增大的細胞核、核起泡和細胞質染色質碎片 (CCF) 的形成。CCF 是由染色質通過核膜起泡而產生的，而這種起泡是由核層完整性受損介導的，並通過 cGAS-STING 通路觸發干擾素反應。

6、溶酶體含量增加

在衰老細胞中，溶酶體的數量和大小都會增加。這種增加主要包括含有不可消化的自發熒光物質的溶酶體，例如脂褐素，它是氧化蛋白質、脂質和金屬的聚集體，會積聚並可通過組織化學染色蘇丹黑 B 檢測出來。溶酶體質量的增加與衰老相關的 β-半乳糖苷酶(SA-β-gal) 活性有關。

7、代謝適應

衰老細胞的特點是產生能量的氧化代謝增強，超過增殖細胞，從而維持對細胞生存至關重要的 ATP 消耗蛋白質應激途徑 。線粒體功能障礙的許多驅動因素也會導致細胞衰老。這些驅動因素包括線粒體 DNA ( mtDNA ) 的耗竭和突變、電子傳遞鏈的抑制劑、HSPA9 的丟失、SIRT3 和 SIRT5 的丟失以及複合物 I 組裝的中斷。線粒體功能障礙相關的衰老主要是由細胞漿 NADH 的積累引起的，導致 ATP 耗竭和 AMPK 激活以及細胞周期停滯。

衰老細胞的特徵還在於活性氧 (ROS) 生成增加，主要由功能失調的線粒體產生。細胞內和細胞外的 ROS 均可促進衰老的誘導和穩定細胞周期停滯。衰老細胞中的部分線粒體表現出線粒體外膜通透性，mtDNA 由此釋放到細胞質中，從而促進 SASP 。

8、DNA損傷

為應對 DNA 損傷，細胞會激活 DNA 損傷反應 (DDR)。DDR 通過 ATM 介導和 ATR 介導的 p53 穩定化觸發細胞衰老，從而激活 CDKN1A 以停止細胞周期進程。持續的 DDR 還會觸發 SASP 。DNA 損傷位點的組蛋白 H2AX（稱為 γH2AX）的 Ser139 磷酸化促進了檢查點因子和 DNA 修復因子的聚集，包括 TP53BP1、MDC1、NBS1 和磷酸化的 SMC1；在衰老的成纖維細胞中也可以觀察到 RAD17 的磷酸化。在衰老過程中，端粒DNA損傷和磨損已被證明會導致與端粒共定位的 DDR 焦點（例如 γH2AX 和 TP53BP1）的形成，稱為端粒相關焦點 (TAF )。

9、抗凋亡途徑的上調

衰老細胞通常表現出參與抗凋亡途徑的蛋白上調。RNAi靶向生存途徑因子(ABL1、EFNB1、BCL2L1、EFNB3、SERPINB2和PI3K)，顯示衰老細胞的活力比非衰老細胞更大程度地降低。

組織中的衰老標誌物

在本節中，重點討論了在正常衰老和衰老相關疾病的背景下，對小鼠和人體組織中衰老標誌物的理解。該研究的重點是利用多種特徵來支持細胞衰老的存在。按組織分類標記的數據庫包含來自224篇同行評審論文和328種標記物的信息，涵蓋了14種小鼠和人體組織，以及循環標記物。

表 1列出了數據庫中記錄的三種或更多種組織中的衰老標記物。總的來説，這些標記代表了9個衰老標誌中的6個，其中SASP最具代表性。在SASP中，IL-6、TNF、IL-1α、IL-1β、SERPINE1(也稱為PAI-1)和tgf - β1已在十多個組織中被報道。值得注意的是，CDKN2A和CDKN1A是細胞周期阻滯的主要標記物。H2AX是評估組織間DDR最常用的標記物，其次是端粒長度和TAF。SA-β-gal染色顯示11個組織中溶酶體含量增加，5個組織和7個組織中分別記錄了LMNB1和核HMGB1缺失所證明的核變化。抗凋亡因子BCL2在4個組織中上調。

表 1 在三種或更多組織中描述的細胞衰老標誌物

除了標記優先級之外，不建議使用單個標記來確定細胞的衰老狀態，因為存在充足的所謂假陽性衰老的證據(框1)。因此，專家建議是要求在同一細胞中存在多個衰老標誌，如框2所述。隨后，進一步討論了衰老和疾病中每個組織中存在的衰老標誌物的主要發現。

框1 在體內組織中識別和表徵衰老細胞的關鍵挑戰

框2  關於使用衰老標誌物的建議

1、心血管系統

多項研究表明，在衰老和心血管疾病背景下，各種心血管細胞譜系(如心肌細胞、心臟間充質基質細胞、心臟成纖維細胞和心臟祖細胞)中都存在衰老相關標記物的積累。

在正常衰老過程中，小鼠心肌細胞積累了以下衰老相關標誌物:TAF、周期蛋白依賴性激酶抑制劑(CDKN1a、CDKN2B(也稱為p15INK4b)和CDKN2a)、SA-β-gal活性、SADS和促纖維化SASP。在小鼠中，衰老的心臟間充質間質細胞鑑定爲PTPRC-PECAM1-ATXN1+PDGFRA+(也稱為CD45-CD31-SCA1+ PDGFRA+)的克隆生成和增殖能力下降，這與Cdkn1a, Cdkn2b和Cdkn2a和SASP因子的mRNA表達增加有關。在人類中，定義為KIT+PECAM1-PTPRC-(也稱為c-kit+CD31-CD45-)的心臟祖細胞顯示CDKN2A水平增加，SA-β-gal活性增加，γH2AX灶減少。血管衰老的特徵是動脈增厚、僵硬和內皮功能障礙。多種衰老相關標誌物，包括細胞周期抑制劑(Cdkn2a、Cdkn1a和Trp53)、DNA損傷灶和SASP因子，在衰老小鼠的主動脈中上調。內皮細胞和血管平滑肌細胞是主動脈的主要細胞類型，在小鼠衰老過程中表現出衰老相關的標誌物。

小鼠心肌梗死與衰老相關標誌物(如CDKN2A和CDKN1A)、SA-β-gal活性、TAF表達增加以及小鼠心肌細胞和心肌成纖維細胞中SASP成分表達增加有關。在人類和小鼠模型中，衰老相關標誌物也被發現存在於血管疾病，如動脈粥樣硬化、腹主動脈瘤和胸主動脈瘤。在小鼠動脈粥樣硬化模型(Ldlr -/-)中，晚期動脈粥樣硬化病變表現爲SA-β-gal表達和Cdkn2a和典型SASP成分上調。此外，在人類中，從動脈粥樣硬化斑塊中分離的血管平滑肌細胞也表達衰老相關標誌物，包括CDKN1A、CDKN2A和SA-β-gal活性。衰老相關的標誌物，包括CDKN1A、p53、端粒相關的總γ - h2ax和γ - h2ax (TAF)以及SASP因子，也在胸主動脈瘤和腹主動脈瘤的人和小鼠模型中被觀察到。

2、免疫系統

免疫衰老導致機體對感染性疾病的易感性增加，對疫苗的反應性降低。這種表型可能涉及免疫細胞衰老，特別是在T細胞中。研究表明，免疫細胞，包括單核細胞和組織內巨噬細胞，是SASP因子如IL-1α、IL-1β、IL-6、TNF和HMGB1的主要產生細胞。由於SASP的特徵與免疫細胞的特徵重疊，因此必須確定能夠區分活化的常駐免疫細胞和真正的衰老細胞的標記物。這一未滿足的需求仍然是該領域的一個重大空白，對免疫系統衰老的研究提出了挑戰。

組織駐留免疫細胞，如巨噬細胞、2型先天淋巴樣細胞、自然殺傷細胞、B細胞和效應記憶T細胞依靠增殖來維持自身功能。這些細胞亞羣中的每一個都表現出與年齡相關的功能障礙，併產生與SASP因子重疊的促炎細胞因子，從而為年齡和衰老對免疫細胞的影響提供了證據。最近對老年人血小板的研究發現，SELP (CD62P)、CD40LG和CD63水平升高，表明存在與年齡相關的血小板活化增加。具有高SA-β-gal活性的CD8A+ T細胞亞羣(也表現出端粒功能障礙介導和Cdkn2a介導的衰老特徵)和CD8A+效應記憶T細胞顯示由p38 MAPK調節的SASP。

使用大量外周單核血細胞的轉錄和翻譯測量已經鑑定出各種細胞周期調節因子，包括CDKN2A、p53、CDKN1A、CDKN1B和p38 MAPK，其中一些標記物的變化與衰老和/或各種慢性疾病有關。從老年小鼠和缺乏ERCC1(一種關鍵的DNA修復蛋白)的小鼠血液中分離的CD3+ T細胞表現出多種衰老標誌物水平升高，包括Ccl2、Tnf、Il1b、Inhba、Spp1、Cdkn2a和Cdkn1a。相比之下，疫苗激活的小鼠CD8A+ T細胞轉移到新小鼠后，在原小鼠的壽命之外仍能保持功能和增殖能力，這表明衰老的決定因素不隨T細胞轉移，而可能來自新宿主。同樣值得注意的是，由於表達CDKN2A的外周單核血細胞似乎不能在低温保存中存活，因此定量PCR (qPCR)測定外周T細胞中CDKN2A mRNA水平的方法主要使用從新鮮血液中分離的CD3+細胞來確保衰老亞羣的特徵。最近，有報道稱循環衰老的髓樣細胞會驅動神經變性和腦炎症。

3、骨髓

骨髓具有動態的組織微環境，依賴於間充質干細胞、造血干細胞和其他細胞的增殖和分化。骨髓血管細胞、間充質細胞和小梁細胞羣之間的生理平衡支持適當的造血干細胞生態位，這是產生不同血細胞譜系所必需的。研究已經確定癌基因誘導、輻射誘導和衰老誘導會使骨髓衰老細胞積累。這些細胞存在於不同的組織室中，與正常細胞相比，它們的功能受損，從而導致免疫系統衰退、骨質疏松和癌症等疾病。

在小鼠急性髓性白血病模型中，骨髓細胞qPCR顯示衰老標誌物Cdkn2a、Cdkn1a和SASP因子上調，Lmnb1下調。在輻照誘導的衰老模型中，SA-β-gal活性陽性的細胞比例，以及標記Cdkn2a、Cdkn1a和幾種SASP因子的比例都顯著上調。與小鼠類似，在老年人的骨髓樣本中也發現了骨髓衰老的標記。通過qPCR分析，含骨和骨髓組織的針活檢顯示CDKN2A和CDKN1A水平升高，SASP隨着年齡的增長而增加。單細胞轉錄組學顯示CDKN1A、TGFB1和SASP因子也隨年齡顯著增加。

4、中樞神經系統

人類和小鼠的有絲分裂后細胞和中樞神經系統的祖細胞類型，包括神經元、小膠質細胞、星形膠質細胞、少突膠質細胞譜系細胞和內皮細胞，在衰老和疾病的背景下表現出衰老相關的細胞周期調節因子(CDKN2A、TP53和CDKN1A)和SASP因子(CCL2、IL1A、IL1B、IL6、MMP1、MMP3、SERPINE1、SPP1和TNF)的組合過表達。SA-β-gal活性水平升高、凋亡(Bcl2)和DNA損傷(γ - h2ax和磷酸化p38 MAPK)調控因子的表達以及LMNB1的下調是年齡相關或神經退行性相關的神經元和膠質細胞的額外特徵。衰老細胞的藥理學和藥理學清除小鼠模型已被用於驗證這些標記和相應的衰老或病變表型的調節。重要的是，衰老小鼠和人類大腦中衰老的複雜異質性保證了細胞類型特異性和區域特異性的表徵。

大腦衰老的衰老譜也發現於受神經退行性病變影響的組織，如阿爾茨海默病和帕金森病。阿爾茨海默病個體大腦的單核測序顯示，興奮性神經元中的衰老標記與Tau病理一致，CDKN2D通過計算被確定為阿爾茨海默病的顯著衰老標記。阿爾茨海默病組織中內皮細胞和小膠質細胞中的SERPINE1、CDKN2A、CDKN2D、CDKN1A、IL-1β、IL-6和CXCL8水平也高於對照腦組織。

與健康人的大腦相比，帕金森病患者的黑質中SATB1(一種CDKN1A抑制因子)水平降低，CDKN2A、MMP3、IL-6、IL-1α和CXCL8水平升高，表明衰老負擔增加。最后，小鼠氧化應激(包括輻射)、代謝和炎症應激(包括肥胖和酒精中毒)模型概括了小鼠大腦中年齡相關和疾病相關衰老的特徵，其特徵是CDKN2A、CDKN2D、CDKN1A、p53、IL-1α、IL-1β、IL-6和SA-β-gal表達增多。

5、脂肪組織

脂肪組織中衰老細胞的積累與衰老和年齡相關疾病的組織功能障礙有關。人和小鼠脂肪組織中的衰老細胞的特徵是CDKN2A和CDKN1A的表達，SA-β-gal活性升高，DNA損傷(γ - h2ax)和細胞增殖阻滯(MKI67)，以及SASP因子的表達，包括IL-6、CXCL8(也稱為IL-8)、IL-1β、TNF、CCL2、SERPINE1、MMP3和MMP12。

來自老年供體(人和小鼠)的脂肪組織來源的間充質干細胞表現出衰老特性和受損的再生潛力。一項單細胞轉錄組學研究發現，老年小鼠脂肪組織來源的間充質干細胞中存在Cdkn1高衰老樣細胞羣，並伴有Il6、Il15、Vegfa、Cxcl2、Ccl2和Cxcl1的上調。值得注意的是，在自然衰老和肥胖中，Cdkn1高表達細胞的積累比Cdkn2高表達細胞的積累更多，這表明脂肪組織中衰老細胞羣的異質性和複雜性。

成熟的人類脂肪細胞在肥胖和高胰島素血癥刺激下經歷衰老，表現出過早衰老的轉錄組和分泌特徵，包括CDKN2A、CDKN1A和CCND1基因表達上調，HMGB1和HMGB2基因表達下調。此外，SASP蛋白CXCL8、SERPINE1、CXCL2和MMP14的分泌增加。隨着衰老和肥胖，來自衰老細胞的SASP因子上調脂肪免疫細胞中的CD38，從而降低NAD+水平，從而導致代謝功能障礙增加和整體健康水平下降。肥胖時，TNSF8+PDCD1+CD44+CD4+ T細胞在脂肪組織中積累，呈現衰老特徵，SPP1、CDKN2A、CDKN1A表達增加，SATB1、DUSP10、EEF1A表達減少。

此外，在衰老等條件下，脂肪組織中某些標誌物的表達與衰老呈正相關，包括IFI27、INHBA、BDNF、NRIP1和CCAR2。相比之下，KL、SIRT1、SREBF1、GDF15、MDM2、RRAD和GBP1等標記物被報道為脂肪組織細胞衰老的負調控因子。

6、腎臟

在健康衰老和腎病期間，在幾種人類和小鼠腎細胞類型中觀察到衰老。小鼠腎小球內皮細胞和近端小管上皮細胞(TECs)隨着年齡的增長而衰老，SA-β-gal染色和Cdkn2a表達增加。衰老的腎小球內皮細胞過表達CDKN1A、TP53BP1、γ -h2ax以及SERPINE1。Serpine1過表達導致足細胞脱離和凋亡，導致腎小球硬化。老年小鼠腎臟衰老足細胞過表達衰老標誌物和SASP因子，包括Irf5、Cebpb、Jdp2、Ccl2、Ccl3、Ccl5、Ccl8、Mmp12、Mmp13和Gsk3b。Il1b、Il6和Mmp13在老年小鼠腎臟中也上調。在急性腎損傷、糖尿病腎病、腎小球腎病、慢性腎病和慢性缺血性腎損傷的小鼠模型中也觀察到衰老細胞。不同腎臟疾病動物模型均表現出SA-β-gal活性升高，Cdkn2a、Cdkn1a、Trp53和SASP成分(包括SERPINE1、IL-1β、IL-6、TNF和MMP13)過表達。SERPINE1在糖尿病早期腎損傷中驅動腎小球硬化。

大多數人類腎臟腎病與細胞加速衰老有關，CDKN2A在tec中過度表達最多，此外，核CDKN2A水平在腎小球疾病患者的腎小球和間質細胞中升高，在糖尿病腎病患者的小管和足細胞中升高。值得注意的是，最近的一項研究表明，由於血管和溶血損傷或其他原因，鐵的積累會促進腎臟和其他器官的纖維化和衰老。衰老細胞也持續積累鐵，即使細胞外鐵水平在損傷后恢復正常。

7、肝

細胞衰老與年齡依賴性肝功能障礙和各種慢性肝病(如纖維化、肝硬化、非酒精性脂肪性肝病、酒精性肝病和慢性肝炎)的發展有廣泛的關係。多種肝細胞類型，包括肝細胞、肝星狀細胞、內皮細胞、庫普弗細胞和膽管細胞，在衰老和與年齡相關的疾病中表現出與衰老相關的標記。

對衰老小鼠肝細胞的研究表明，存在衰老相關標誌物，如SA-β-gal、TAF54、核肥大、SADS、LINE-1和SASP因子表達。儘管對人類肝細胞衰老的瞭解比小鼠少，但在人類肝硬化中已經發現了衰老相關的標誌物，如SA-β-gal。此外，CDKN1A、CDKN2A的表達和TAF的存在已在非酒精性脂肪性肝病中被發現，TAF也已在酒精性肝病患者的肝臟中被報道。

小鼠肝星狀細胞在肝損傷模型中也顯示出衰老相關的標誌物，如SA-β-gal活性和Cdkn1a、Cdkn2a和SASP成分的表達。原發性膽汁性肝硬化是一種以慢性進行性膽汁淤積和肝功能衰竭為特徵的自身免疫性疾病，在膽管細胞中發現了衰老相關標誌物。

8、肺

CDKN2A是與肺衰老相關的主要標誌物。已經開發了各種小鼠模型來研究Cdkn2a驅動的肺細胞衰老對外部壓力的反應。此外，CDKN1A、p53和γ- h2ax在小鼠和人的肺部也隨着衰老而上調。此外，研究顯示SERPINE1通過激活纖維化肺病中的p53-CDKN1A-RB1通路誘導小鼠肺泡2型(ATII)細胞衰老。TGFβ1介導肺細胞衰老，TGFβ1-IL11-MEK-ERK信號傳導介導小鼠衰老相關的肺纖維化。細胞外HSP90AA1激活TGFβ1信號，促進Trp53和Cdkn1a表達，誘導小鼠和人肺成纖維細胞衰老。在損傷性衰老小鼠模型中，SASP因子包括細胞因子(IL-1α、IL-1β、IL-10、TNF、TNFRSF1B和TNFSF12)、趨化因子(CXCL2和CXCL12)和蛋白酶(MMP8和MMP12)顯著上調。

衰老細胞的積累也與肺的結構變化有關，通常被稱為「老年性肺氣腫」。最近的研究表明，老年哮喘患者氣道平滑肌細胞中Trp53和Cdkn1a的表達增加。

越來越多的證據表明，肺氣腫疾病肺II型上皮細胞、內皮細胞和成纖維細胞的細胞衰老增加。研究表明，細胞周期阻滯標誌物(CDK1A和p53)、SASP因子(CXCL5、CXCL8和VEGFA)、SA-β-gal活性和γ - h2ax的增加與慢性阻塞性肺疾病的細胞衰老增加有關。在慢性阻塞性肺疾病小鼠模型中，Cdkn2a介導的衰老也被證明可以調節香菸煙霧介導的衰老反應。同樣，衰老的肺成纖維細胞在纖維化肺病的發病機制中起着關鍵作用。血漿中GDF15、IL-6、CRP和TNFRSF1B的上調與肺間質性異常發生的易感性有關。在特發性肺纖維化中，衰老成纖維細胞的另一個標誌是抗凋亡BCL2家族蛋白(如BCL2L2、BCL2和BCL2L1)的表達增強，以及促凋亡蛋白BAK1和BAX1的水平降低。相比之下，最近的研究提供了鐵在小鼠和人類衰老纖維化組織中積累的證據，從而強調了細胞代謝在衰老中的作用。鐵螯合療法是否能逆轉衰老、纖維化或阻塞性肺病還有待觀察。

9、胰腺

據報道，人屍體胰島中SA-β-gal+細胞比例存在年齡依賴性增加現象。Ⅱ型糖尿病在所有年齡段中顯著增加了這一比例，並伴有更高強度的DNA損傷標記TP53BP1。高脂飲食和胰島素受體拮抗劑S961誘導的胰島素抵抗小鼠模型顯示SA-β-gal活性升高，Cdkn1a、Cdkn2a和SASP因子Il1a、Il6、Tnf、Ccl3、Ccl4、Ccl5、Cxcl1和Cxcl10的表達升高。通過對衰老(SA-β-gal+)和非衰老(SA-β-gal -)小鼠和人胰島細胞的蛋白質組學分析，證實了SASP蛋白因子的分泌，並在β-細胞中描述了一種獨特的SASP。在Ⅰ型糖尿病(NOD)小鼠模型中，觀察到幾種衰老標誌物如Cdkn1a、Cdkn2a、H2ax、Il6、Mmp2、Serpine1、Il6和Igfbp3的表達。其中一些因素也在Ⅰ型糖尿病供體的胰島中被發現。此外，性別偏倚的胰島β細胞功能障礙可由一種繼發於MAFA S64F變異的年輕人的成熟型糖尿病引起，其中轉錄因子MAFA中的單個氨基酸替換導致男性糖尿病和衰老細胞的積累。這些細胞的特徵是表達Cdkn1a、Ankrd1、Bcl2a1d、Ccl11、Cd68、Cxcl12和Icam1, SA-β-gal活性，Lmnb1表達降低，γ-h2ax185表達升高。

在NOD小鼠的α-細胞中也發現了衰老的標記，如Cdkn1a、Cdkn2a和核Hmgb1的丟失，儘管其速率低於相同小鼠的β-細胞。然而，另一項研究沒有在NOD小鼠的α-細胞或Ⅰ型糖尿病供體的胰腺中發現任何衰老標誌物。在胰腺的成年細胞系中，腺泡細胞表現出最高的可塑性，允許它們在被稱為腺泡到導管化生的過程中經歷去分化或轉分化到表達導管標記的胚胎祖表型。在腺泡向導管化生過程中，去分化的腺泡細胞進入衰老狀態，其特徵是細胞周期阻滯，p53、CDKN1A、CDKN2A和SA-β-gal活性的誘導。在慢性胰腺炎患者中也發現了同樣的情況。

在一項對140名無胰腺疾病個體的死后胰腺的研究中，114人(81%)表現出導管病變，如粘膜細胞增生，通常與KRAS激活突變相關;導管病變在40歲以后呈增加趨勢。這些KRAS突變也在胰腺導管腺癌的早期階段被發現，在衰老標誌物如p53、CDKN2A和SMAD4196出現之前。然而，由於這是一項橫斷面研究，這種關係只是隱含的，需要進行縱向研究來證實這些事件的時間性。

在一項涉及158例導管內乳頭狀粘液瘤和10例正常對照的研究中，在正常對照中既沒有觀察到SA-β-gal活性，也沒有觀察到SAHF形成。然而，在腫瘤組織中，特別是在低級別發育不良的情況下，檢測到四種衰老標誌物(CDKN2A, CDKN2B, SA-β-gal活性和CBX5-γ) 。有趣的是，這些標記物在向導管內乳頭狀黏液瘤的轉變過程中丰度下降。這些發現表明衰老是在早期腫瘤階段誘導的，可能在防止惡性腫瘤的進展中起作用。

10、骨骼

在老年小鼠中，利用磁激活細胞分選和qPCR技術在成骨細胞祖細胞、成骨細胞和骨細胞中發現了衰老標記。成骨細胞祖細胞和成骨細胞除少量SASP因子增加外，Cdkn2a顯著增加。除了Cdkn2a、Cdkn1a和Trp53以及大量SASP轉錄增加外，骨細胞的SADS也隨着年齡的增長而增加。

最近的一項研究使用CyTOF的大量細胞術分析了年輕和老年小鼠骨骼中的蛋白質水平。骨微環境中的衰老細胞主要由CD24+骨系細胞和晚期成骨細胞/骨細胞組成，定義為CDKN2A+ Ki67-BCL2 +和CDKN1A+ Ki67-BCL2 +，其他衰老標誌物、SASP因子和DNA損傷標誌物顯著增加。儘管在小鼠中，消除表達Cdkn2a的破骨細胞祖細胞並不能減輕與年齡相關的骨質流失，但破骨細胞是否也會經歷衰老尚不清楚。

在人體骨骼活檢中，與年輕女性相比，老年女性(平均年齡78歲)CDKN2A、CDKN1A和衰老相關趨化因子(例如，CCL2、CCL3、CCL8和CSF1)的mRNA表達上調。在青春期后期，間充質干細胞/祖細胞經歷正常的程序性衰老，這表明巢蛋白表達的喪失。

小鼠骨折后，來自骨折愈傷組織的細胞表現出Cdkn1a mRNA表達的初始增加，隨后Cdkn2a表達增加，並伴隨着由大量白細胞介素、NF-κ b下游因子和tgf - β1表達組成的SASP表達。局灶性放射治療引起的疾病狀態也會誘導骨骼衰老，其特徵與骨折相似，是Cdkn1a的早期表達和Cdkn2a的晚期表達。靶向表達Cdkn1a而非Cdkn2a的衰老細胞可以減輕局灶性放療誘導的骨質丟失，這表明衰老細胞亞型之間存在功能異質性。

Ⅱ型糖尿病也與骨骼細胞衰老有關。在Ⅱ型糖尿病小鼠模型(高脂肪飲食加鏈脲佐菌素)中，骨細胞富集的樣本顯示Cdkn2a和Cdkn1a的表達增加，以及主要與NF-κB信號傳導和基質金屬蛋白酶相關的SASP標記物。在衰老和上述疾病狀態下，也可以通過SA-β-gal活性的組織學染色、SADS和TAF觀察到骨骼細胞衰老，通常在骨嵌入骨細胞中。

11、皮膚

皮膚衰老受到暴露於環境因素(如紫外線輻射)的影響，這使得建立可靠的衰老標記具有挑戰性。皮膚衰老是通過表皮和真皮層中SA-β-gal、α-聚焦酶、CDKN2A、CDKN1A和脂褐素的表達來鑑定的。這種表達模式與較低的MKI67表達相關，僅與端粒長度減少輕微相關。增強衰老的染色質畸變是皮膚衰老的共同特徵，其特徵是TP53BP1和pml的核灶陽性。在曬過的皮膚中，黑素細胞的衰老率最高，這可以通過CDKN2A的表達和TAF數量的增加以及核HMGB1的丟失來確定。

儘管具有很高的可變性(例如，體內固有衰老的人成纖維細胞的SASP包括27種不同的蛋白)，但GDF15、TNF、SPP1、TNFRSF1A、FAS、CCL3、IL-15和激活素A表達與年齡相關的疾病結局之間存在關聯。在體外培養的成纖維細胞、角化細胞和黑色素細胞中，經典的SASP通常包括IL-6、IL-1α、IL-1β、MMP1、MMP3、MMP9和TNF，而在衰老皮膚的真皮成纖維細胞中，SASP中發現了高水平的趨化素。

12、乳腺

TNFRSF11A在衰老過程中表達增加，通過Cdkn2a導致DNA損傷和衰老。衰老標誌物在老年小鼠乳腺和培養的原代人乳腺上皮細胞中均有發現。Cdkn2a在老齡小鼠(25-32月齡)乳腺基質細胞中的表達上調約20倍。免疫染色顯示，隨着年齡的增長，表達SASP因子COX2的導管頻率增加。炎症的其他特徵，如巨噬細胞冠狀結構和Cxcl1、Cxcl2、Cxcl16、Csf1、Csf3、Ccl5和Il6，在老年小鼠的乳腺中也升高。

13、卵巢

大多數關於卵巢衰老的研究都是在動物模型上進行的。卵巢比人體其他器官衰老得更早，因為女性的生殖功能在35歲左右開始下降，並在絕經時完全停止。這一衰老過程的特點是配子數量和質量的減少，導致生殖衰老。此外，卵巢表現出年齡依賴性炎症和纖維化。然而，這些是否與衰老有關還沒有最終確定。

在高齡生殖小鼠卵巢中，被歸類為衰老的細胞的特徵是Cdkn2a、Cdkn1a、 Serpine1和Hmgb1的表達增加。此外，這些細胞表現出溶酶體含量的增加，這可以通過脂褐素聚集體(稱為「聚集體」)的積累和基質室中SA-β-gal染色來證明。SASP因子如Ccl8、CCL5和促炎相關基因Crlf1 的分泌也隨着年齡的增長而增加。

除了生理衰老外，遺傳毒性藥物也會加速生殖衰老，如化療藥物順鉑和阿黴素，會導致SA-β-gal、CDKN2A表達增加。此外，它們引發了SASP的成分，如IL-6、Ccl2 和Tgfb1 分泌增加。在卵巢加速衰老的遺傳小鼠模型中，Cdkn2a、Cdkn1a、Il1a和Il1b水平升高。此外，在卵巢功能不全小鼠模型中，觀察到卵巢中SAHF的形成，表現爲H3K9me3和CBX5染色升高，HMGA1和HMGA2蛋白表達升高。

絕經后卵巢的單細胞表達和染色質可及性分析顯示，SASP相關基因在基質細胞(SERPINE1、TIMP1、TIMP2、IGFBP2、IGFBP3和IGFBP4)、內皮細胞(IGFBP7)和血管周圍內皮細胞(CDKN1A)中表達。此外，一些CCL和CXCL基因在絕經后人類卵巢的免疫細胞中表達，可能逆轉衰老的一些有害影響。

14、胎盤

發育性衰老是一種程序性的短暫細胞衰老，在哺乳動物胚胎發育中起着至關重要的作用，不僅發生在胚胎中，也發生在胎盤中。細胞滋養細胞分化為大型間充質外滋養細胞和多核連續合胞滋養細胞表現出衰老的幾個特徵，包括複製潛能的喪失，細胞周期抑制劑(特別是CDKN1A、CDKN1C、p53和MAPK14)的表達增加，SA-β-gal活性和脂質色素的表達增加，SAHF形成，AF和SASP因子如IL-6、IL-1β、MMP9、HMGB1、GDF15和tnf介導免疫監視和組織重構。此外，胞外滋養層細胞表現出細胞核增大，合胞滋養層細胞表現出衰老和老化的特徵，如合胞結增加、纖維蛋白沉積和細胞骨架重組。此外，合胞滋養層細胞的線粒體發生形態和功能變化，其特徵是體積減小和ATP產生減少，從而導致ROS產生增加，以適應胎盤中氧張力的變化。

胎盤也可能在不良妊娠結局中加速或過早衰老，如先兆子癇和胎兒生長受限。與正常胎兒胎盤相比，限制性胎兒胎盤的端粒更短，CDKN2A和CDKN1A蛋白以及EEF1A1 RNA的表達水平更高。

15、結腸

關於結腸衰老的信息有限，研究團隊沒有將該組織納入數據庫。據報道，勻漿組織中衰老小鼠結腸中幾種衰老標記物增加。衰老相關的組織微環境促進人類結腸上皮細胞和人類衍生的結腸類器官中結腸癌的形成。

結論和展望

總的來説，根據已發表的人類和小鼠研究資料，研究團隊概述了目前各種組織特異性衰老標誌物，指出了對這些標記理解中的差距。爲了彌補這些差距，建議採用包括幾種衰老標誌的多種標記方法並開發新的衰老特徵框架，從而實現對組織內衰老細胞的準確識別。

經過驗證的衰老生物標誌物的開發代表了在理解發育階段、衰老和各種疾病的細胞衰老方面取得的重要進展。這些生物標誌物不僅有助於識別衰老細胞內潛在的治療靶點，還有助於監測衰老細胞的清除。儘管某些標誌物可能與成熟的衰老相關特徵(如SASP、DNA損傷和炎症)有相似之處，但它們的全面分類仍在進行中。

衰老標記與炎症或纖維化相關的條件或實驗模型重疊，這是一個重大的研究挑戰。這種重疊使因果關係的建立變得複雜，因為這些標記的存在可能意味着同時發生的各種生物過程。SenNet 旨在精確定位新的特定衰老標誌物，使科學家能夠將它們與衰老過程中可能發生的其他類型的細胞變化區分開來。

此外，正在開發創新的機器學習和人工智能技術，以根據形態差異區分衰老細胞和非衰老細胞。再加上轉基因模式生物和先進成像平臺的使用，在不久的將來，人類對細胞衰老的理解會有很大的提升。

儘管對現有文獻進行了全面的搜索，但該專家推薦仍有侷限性。具體地説，本文集中討論了衰老標誌物在個體組織中用於衰老細胞的鑑定，建議讀者閲讀更多的綜述文章，包括細胞衰老、轉移性癌症和內分泌疾病之間的聯繫，以及抗衰老藥物的研究現狀。

參考文獻：

https://www.nature.com/articles/s41580-024-00738-8