Circulation Research. 2007 Jan 5;100(1):15-26

血管细胞衰老在动脉粥样硬化中的作用

Vascular Cell Senescence: Contribution toAtherosclerosis

Tohru Minamino, Issei Komuro 日本千叶大学医学研究生院心血管科学与医学系

通讯作者：Issei Komuro,Department of Cardiovascular Science and Medicine, Chiba University GraduateSchool of Medicine, 1-8-1 Inohana, Chuo-ku, Chiba 260-8670, Japan. E-mailkomuro-tky@umin.ac.jp

摘要

心血管专科医师和多数内科医师均认为，衰老是人类动脉粥样硬化（AS）的独立危险因素；而很多老年学家则认为，AS是人类衰老的特征性表现：原因在于AS属增龄性改变，不受人类自然选择的影响，故而有理由将AS作为衰老的特征。相应地，在研究人类AS的发病机制时，较之寻找AS特异性致病因子，似乎应更重视解释衰老的原因。近期，通过对各类动物模型进行遗传分析，已鉴定出某些重要的衰老相关分子。这些分子涵盖了DNA修复系统、肿瘤抑制通路、端粒维持系统、胰岛素/Akt通路，以及其他代谢通路。有趣的是，多数影响衰老表型的分子也调控细胞衰老，提示细胞衰老与机体衰老之间存在因果关系。例如，DNA修复失误可导致类似早衰的表型改变，而老年人的衰老细胞也可出现受损DNA的积聚。过多热量摄入可导致糖尿病和高胰岛素血症，而体外研究显示，胰岛素通路调节异常可诱发细胞衰老。体内研究发现，热量限制或胰岛素信号衰减可延长不同物种的寿命，并减少细胞衰老的生物标志物。新近证据表明，细胞衰老促进人类AS的发生。衰老的血管细胞在动脉粥样组织处聚集，并有不同的功能紊乱表现。本篇综述探讨如下假说，即细胞衰老可能会促进AS的发生，而AS是人类衰老的特征之一。

关键词：p53；胰岛素；糖尿病；血管紧张素 II；端粒

引言

流行病学研究显示，衰老是动脉粥样硬化（AS）性心血管疾病的主导性危险因素^[1，2]。随着年龄的增长，动脉粥样硬化性血栓性疾病（包括冠心病和脑卒中）的发病率和患病率增加^[1，2]。然而，衰老造成此类疾病发生危险增加的分子机制，依然尚不明朗。例如，动脉血管壁结构改变和内皮功能紊乱，可致动脉僵硬度增龄性升高；但是针对血管结构和功能的增龄性变化，尚无令人信服的解释。由于衰老有不同的生物学表现，心血管系统增龄性变化难以归因于一种分子机制；并且，目前尚无准确的衰老生物标志物，所以血管衰老研究面临诸多困难。

细胞衰老最初定义为，人类体细胞培养过程中表现的可复制阶段有限性。衰老细胞进入不可逆的生长停滞阶段后，形态扁平且增大，并表达一系列不同的基因，包括细胞周期的负调控因子（如p53、p16）。因为衰老细胞表型的变化在静止期细胞中并未显现，衰老细胞被认为可能与衰老及增龄性疾病有关^[3，4]。已知与年龄匹配健康人群的细胞相比，取自早老综合征[如沃纳综合征（Werner syndrome）、布卢姆综合征（Bloom syndrome）]患者的原代细胞的寿命缩短^[5，6]，这便支持了细胞衰老与机体衰老相关的观点。而细胞衰老的假说早在1960年代即由海弗利克提出^[7，8]，但细胞衰老在人类AS中的作用，在过去并未引起过多的关注；细胞衰老与增龄性疾病的关系也有争议。

近来，包括我们在内的一些研究团队，通过体内衰老细胞模型，开始重新审视这一假说，即血管细胞衰老可能促进增龄性血管病（如AS）的发生。采用衰老细胞模型，可能会确定与血管衰老相关的重要分子。虽然目前认为AS是慢性炎症性疾病，存在多种潜在的发病机制^[9]；但有越来越多的证据提示，血管细胞衰老在AS形成过程中扮演着重要角色。本文中，将综述支持血管细胞衰老假说的最新证据，并讨论抗衰老疗法在人类AS治疗中的潜力。

血管细胞衰老是否诱导增龄性血管功能紊乱？

血管增龄性改变包括顺应性降低和炎症程度增强^[10]。也有报道，增龄伴随血管生成功能的损伤^[11-13]，衰老降低内皮的抗血栓形成功能^[14，15]。以上提示，血管结构和功能的改变，对增加老年AS性心血管病的发生风险有一定作用^[1，16]。某些研究显示，衰老血管细胞的诸多改变与人类AS的表现相一致（列表见补充材料，可由http://circres.ahajournals.org获得），提示细胞衰老在血管病理生理学改变中发挥重要作用。在衰老的人类血管内皮细胞（vascularendothelial cell，VEC）中，NO生成减少，且内皮NO合酶活性降低^[17-19]。应对血流剪切力所致的NO生成增量，在衰老的VEC同样减少^[18]。而衰老细胞中活性氧（ROS）生成增多^[20-25]，导致NO的生物利用度降低和过氧亚硝基离子（peroxynitrite，ONOO^-）生成增加^[26]。此外，伴随体外VEC衰老，前列环素（prostacyclin）生成显著减少，而血栓烷A2（thromboxane A₂）和内皮素-1（endothelin-1）生成增多^[27-29]。最后，衰老内皮细胞显示可上调纤溶酶原激活物抑制物-1（plasminogen activatorinhibitor-1）^[30-32]。人类AS病变中内皮依赖性血管舒张功能受损，和血栓形成趋势增强，均与上述所有改变相关联。

由于VEC的衰老，单核细胞和VEC的相互作用增强^[33]，进而推动AS的进展；这一改变由上调的黏附分子（adhesionmolecule）和促炎因子（proinflammatory cytokine）所介导，并通过衰老内皮细胞NO生成减少而实现^{[18，19，34，35]}。有报道，体外衰老内皮细胞的毛细血管生成能力降低^[36]。已知外周循环的骨髓源性内皮祖细胞（endothelialprogenitorcell，EPC）参与出生后血管新生和血管修复^[37-39]，而冠心病患者的骨髓源性EPC经培养显示，其生长和功能均受损，且受损程度与冠脉AS多种危险因素（包括衰老）正相关^[40-41]。因此，机体衰老可能促进EPC和VEC的衰老，导致血管生成和血管修复功能的减弱。

亦有证据显示，血管平滑肌细胞（vascularsmooth muscle cell，VSMC）的功能性改变与增龄相关。体外的衰老VSMC对NO和β-肾上腺素受体刺激的反应减弱，而这一改变可能促进老年人内皮依赖性（和非内皮依赖性）血管舒张功能损害^[10，42]。通过研究老年人的动脉发现，衰老VSMC的弹性蛋白酶（elastase）生成增加^[43]，而衰老VEC的纤连蛋白（fibronectin）表达增强^[44，45]；这些变化可能与细胞外基质的增龄性修饰有关。有报道，衰老的成纤维细胞可耐受凋亡^[46]，而较之于成纤维细胞，衰老VEC的凋亡增多^[47，48]，从而促进人类AS中斑块糜烂（plaqueerosion）和血栓形成^[49]。

昼夜节律（Circadianrhythms）由一系列生物钟基因形成的转录反馈环（transcriptional feedback loop）所调控，由此形成24小时的昼夜振荡。伴随增龄，血压的昼夜节律常会受损，导致夜间血压不降（非杓型血压状态），已知这种改变会增加心血管病的风险^[50，51]。最新研究发现，体外和体内衰老细胞生物钟基因的节律性表达均受损，提示外周组织细胞衰老，是机体衰老导致外周动脉昼夜节律转换受损的基础^[52]。

血管细胞衰老的体内研究证据

源自人类AS斑块的血管细胞体外研究显示，其生长受损，且较源自正常血管的细胞较早开始衰老^{[44，53，54]}。对人类AS损伤组织学改变的广泛研究显示，受损部位的VEC和VSMC均具有衰老的形态特征^[55，56]，通过体内研究提示细胞衰老已发生。体外原代培养细胞衰老后显示β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-gal）活性增强（pH=6时测得），该酶活性可与内源性溶酶体β-gal活性相区别，后者可在pH=4时测得。故前一类型称为衰老相关β-gal（SA β-gal），其活性显示与细胞衰老相关。

Fenton等成功在损伤的兔颈动脉检测到SA β-gal阳性血管细胞^[58]。重复球囊内皮剥脱术后，SA β-gal阳性细胞聚集明显增多。缺血性心脏病患者冠脉AS斑块，亦显示存在SA β-gal阳性血管细胞^[19，59]。这些细胞绝大多数位于斑块的管腔面，经鉴定为VEC。而在相同患者AS病变轻微的乳内动脉未观察到SA β-gal阳性细胞（见图1）^[19]。在晚期斑块，仅在血管内膜和中膜可发现SA β-gal阳性VSMC^[60]，这可能是这些血管损害广泛复制的结果（类似于两次动脉内膜剥脱术后所见）。在人类AS部位的SA β-gal阳性细胞中，p53和p16的表达增强；因为体外衰老细胞中两分子的表达同样增加，故而此现象进一步提示体内有血管细胞衰老发生^[60]。这些衰老细胞同时还显示不同的功能异常，如内皮NO合酶表达减弱，促炎因子表达增强^[60]。尽管SA β-gal活性可能并非严格的衰老生物标志物，以上发现仍提示，细胞衰老可促进血管衰老发生。

细胞衰老的分子机制

过去数十年来，对细胞衰老机制的认识取得重大进步。一个广泛探讨的衰老假说是端粒假说^[61]。端粒是位于染色体末端的非核小体DNA/蛋白复合物，其功能是保护染色体帽，并作为特异性复制过程的底物。DNA半保留复制的后果是染色体最末端未能完全复制，导致端粒长度伴随细胞分裂连续缩短。研究认为，端粒过度缩短将引发细胞衰老；所以有人提出，端粒缩短是阻止人类体细胞无限增殖的有丝分裂钟（mitotic clock）。

端粒酶是一种核糖核蛋白，通过利用其RNA部分作为模板，添加端粒至染色体末端。由于早前研究报道，端粒酶活性仅在肿瘤细胞和干细胞可检测到，而正常体细胞未测得；有观点就认为，端粒酶活性可能对于肿瘤生长和干细胞的自我更新潜力是必不可少的^[62，63]。越来越多的证据提示，有活性的端粒酶调控正常体细胞增殖，是通过端粒的延长或非依赖端粒长度的机制完成的^[64-66]。通过某种蛋白激酶C依赖性通路^[67]，可产生促有丝分裂刺激，会强烈激活人类VEC和VSMC所表达端粒酶活性；而由于端粒酶逆转录酶（TelomeraseReverse Transcriptase，TERT）表达减少，体外衰老细胞的端粒酶活性降低，导致端粒缩短和细胞衰老^[68，69]。通过引入端粒酶可延长VEC和VSMC的寿命，提示端粒和端粒酶在血管细胞衰老过程中扮演着重要角色。

端粒过度缩短似乎可由细胞感知，并导致某一通路激活而促使细胞周期的退出。目前认为，细胞衰老可由各种不同的应激因素所诱发，而不依赖于细胞的复制阶段^[4，71]。一旦DNA损害无法修复或DNA修复系统彻底受损，细胞衰老即可发生^[72]。癌基因过表达产生的超生理性有丝分裂信号，也可引发许多正常细胞的衰老^[71]。最后，染色质组织的表观遗传学变化，可影响原癌基因或肿瘤抑制基因的表达，进而导致细胞衰老^[73]。因此，致AS的刺激可能也会加速AS部位细胞的转化，从而促使端粒缩短；也可能激活某种增殖信号来诱导衰老，而不依赖于端粒缩短。并且，氧化应激和DNA损伤也可加速血管细胞衰老，并进一步促进AS形成^[74，75]。

尽管多种刺激因素可诱导衰老，但集中起来，主要有两条通路单独或联合引发并维持细胞衰老的进程。这些通路由肿瘤抑制蛋白p53和pRb调控^[71，76]。两种蛋白均为转录调控因子（transcriptionalregulator），各自位于信号通路（负责细胞周期调节、DNA修复、细胞死亡）的中心，与很多上游调控因子和下游效应因子（effector）相关联^[77]。

p53是细胞对DNA损伤作出反应的决定性中介物，并诱导细胞周期蛋白依赖性抑制物p21^[78]。类似于受损的DNA，功能紊乱的端粒进而会引发一种p53依赖性反应^[79]。最近研究显示，在端粒极短或功能紊乱的细胞中，其细胞核聚集点（nuclear foci）含有双链DNA断裂结构的标志物^[80，81]，并且在老年灵长类动物的成纤维细胞中，也显示存在由上述端粒功能紊乱所致的细胞核聚集点^[82]。p53通路也是应对致癌刺激因子（如Ras激活）而发生衰老的重要通路^[83-85]。致癌因子Ras可通过增加ROS生成引发p53依赖性损伤，这是Ras激活所致的有丝分裂效应所必需的^[22]。

p16是pRb的正调控因子，可由各种应激刺激因子（包括Ras等癌基因的过表达）所诱导^[86]。在某些细胞中，p16可因其启动子（promoter）的甲基化而表达沉默^[87，88]。这些细胞衰老的发生最初有赖于p53依赖性通路；而最终在发生复制性衰老时，某些细胞（包括血管细胞）显示p16表达增强^[4，89]。小鼠如果p16缺失但保留p53依赖性通路，则易发生肿瘤^[90]；p16过表达则显示可阻止p53失活所致的衰老逆转^[91]。因此，p16/pRb通路似乎成为细胞增殖强大的壁垒，难以为p53的失活效应所逾越。有报道，p16/pRb通路可诱导染色质的重组，进而影响细胞周期调控因子的表达^[92-94]。通过pRb依赖性通路，衰老细胞形成致密的异染色质位点（dense foci ofheterochromatin），抑制E2F靶基因编码细胞周期正调节因子^[92-94]。

尽管由细胞周期调节因子调控的细胞衰老的全景远未呈现，并且相关亚通路（subpathway）的数量也不明了；但一般认为，DNA损伤和端粒功能紊乱所致的衰老，经由p53通路发生；而致癌刺激因子、染色质破坏及其他细胞应激所致的衰老，经由p16/pRb通路介导。

端粒依赖性衰老损伤血管功能

有证据显示，人类血管细胞可表现端粒缩短，并可能与增龄性血管病相关。腹主动脉和髂动脉VEC的端粒长度，与年龄成强烈的负相关^[70，95]。更重要的是，与乳内动脉相比，髂动脉VEC的端粒缩短速度更快^[70]。因此，对于血流动力学压力程度较高的血管，其VEC转化率可能会升高。与健康受试者相比，冠心病患者冠脉VEC的端粒缩短尤为显著^[96]。

健康受试者的白细胞端粒长度与脉压（至少在男性，脉压独立于生理年龄）成负相关^[97]。与对照者相比，重度冠心病患者白细胞端粒显著缩短，可能反映了各组织（包括冠脉）生理性衰老的加速^[98]。实际上，端粒缩短患者的心肌梗死风险增加2~3倍^[99]。端粒缩短与高血压患者颈AS增加相关^[100]，而老年人退行性主动脉瓣狭窄也与端粒缩短有关，且独立于冠心病^[101]。端粒缩短亦见于血管性痴呆患者^[102]。还有报道，各种不同的心血管病危险因素，如肥胖、吸烟、精神应激、胰岛素抵抗、高血压、糖尿病，均与白细胞端粒酶活性降低或端粒缩短有关^[103-108]。Cawthon等调查了143名互不相关的60岁以上正常受试者，发现白细胞端粒缩短者存活率较低，其心脏病死亡率增加3.18倍，感染死亡率增加8.54倍^[109]。但与之对照，最近两项研究显示，老年人中端粒长度与死亡率无关^[110，111]。

体外研究显示，干扰端粒完整性会导致内皮功能紊乱^[19]。端粒酶缺陷小鼠在第一代有正常表型，据推测是因为小鼠的端粒很长^[64，112]。但在接下来的数代，端粒开始缩短，到第六代时，生殖系统受到损伤，小鼠生育能力丧失^[64]。这些小鼠后代的某些改变，能够模拟衰老相关的现象：例如，小鼠的寿命缩短，应激（如外伤、造血系统破坏）反应能力减弱^[113]。端粒酶缺陷小鼠后代的血管新生功能同样受损^[114]；其原因可能在于，端粒的缩短造成VEC的功能和修复能力受损。在AS模型小鼠，端粒缩短可减小AS损伤的面积，据推测是因为巨噬细胞的增殖减弱^[115]。而在端粒酶缺陷小鼠却出现AS斑块并伴薄纤维帽，提示人类血管细胞端粒缩短可能会诱发AS斑块破裂。端粒酶活性缺陷小鼠的第一代和第三代会出现高血压，并由于内皮素转换酶过表达导致血浆内皮素-1水平升高^[116]。作为广泛应用的原发性高血压模型，自发性高血压大鼠（SHR）的血管过度生长且早于血压显著升高，并与VSMC数量和大小增加有关。为与端粒酶缺陷小鼠作对照，Cao等人的研究显示，SHR主动脉端粒酶活性较正常血压大鼠增强^[117]；并且其活性增强在大鼠3周龄时即可测得，大大早于高血压的发生时间。同样，动脉损伤也可致端粒酶活性增强，若动脉损伤后抑制端粒酶活性，则内膜形成减缓；提示端粒酶活性增强可推动血管重塑，促进血压升高^[67，118]。尽管端粒酶缺陷小鼠并非严格的衰老模型，将这一模型应用于探讨端粒和端粒酶在血管病理生理学中的作用，仍具有深入研究的前景。

血管紧张素II诱导早发性血管细胞衰老

动脉系统的血管紧张素II（Ang II）信号级联通路随增龄而增强，并促进AS的发生；抑制Ang II活性将改善心血管病的发病率和死亡率^[119]。在调控致血管衰老和AS发生的许多刺激因子和信号方面，Ang II信号通路似乎发挥着重要的作用。最近有报道，通过p53/p21依赖性通路，Ang II可诱导人类VSMC早发性衰老^[74]。通过Ang II抑制上述通路，可有效抑制对促炎细胞因子的诱导，以及VSMC早发性衰老的发生。在小鼠AS模型，Ang II即显示可增加衰老VSMC数量，诱导促炎因子和p21表达^[74]。p21缺失则可明显减轻Ang II对促炎因子的诱导，由此阻止AS的发生。Merched和Chan也报道，对于高脂饲养的载脂蛋白E（apoE）缺陷小鼠，p21缺失具有抗AS的保护效应^[120]。

在人类AS慢性炎症部位的血管细胞中，可测得p53免疫反应性，而在对照动脉只有少数细胞显示p53阳性^[60，121]。同样，p21免疫反应性亦见于人类AS组织，未见于正常血管；p21应该是与p53相共存。细胞周期蛋白依赖性激酶抑制物（cyclin-dependentkinase inhibitors）过表达，将诱导培养的血管细胞发生早发性衰老，并与细胞功能紊乱有关^[74]。以上现象提示，p53和p21在AS发生过程中具有病理学意义。研究显示，在p53/apoE双敲除小鼠，由于p53控制性细胞增殖加强，AS的程度加深^[122]。并且，在apoE*3-Leiden转基因小鼠（一种apoE敲除小鼠），经p53缺陷骨髓细胞进行骨髓重建后，AS进展速度加快^[123]。与之相比，某项研究对apoE敲除小鼠行血管套环术（perivascularcollar）后显示，p53过表达并致纤维帽区域细胞和细胞外成分明显减少，造成自发性斑块破裂^[124]；而p21缺失则可抑制血管炎症并诱导VSMC生长以阻止斑块破裂，从而稳定AS斑块^[74]。因此，若血管细胞过表达p53和p21，会对人类AS产生不利效应。

Ang II是激活Ras信号通路的重要分子。与Ang II对衰老的影响相一致，组成性激活（constitutiveactivation）Ras可诱导血管细胞衰老，并与血管炎症相关。在培养的血管细胞，经由激活细胞外信号调节激酶（extracellularsignal-regulatedkinase，ERK）的部分介导，Ras激活可致促炎因子的表达明显增加。与单独球囊损伤动脉相比，损伤动脉中再引入Ras可加重血管炎症和血管衰老。另外，人类AS斑块的衰老细胞也可表达炎症分子，同时激活ERK，提示Ras依赖性机制也可能促进人类AS血管细胞衰老。与以上研究相一致，抑制Ras活性可抑制促炎因子的释放，进而减轻apoE缺陷小鼠的损伤^[125]。因此，至少在部分程度上，Ang II/Ras信号通路可能通过p53/p21通路诱导血管细胞衰老，以促进人类AS形成。

氧化应激、线粒体和DNA损伤

氧化应激被认为在人类机体衰老和细胞衰老中发挥作用^[126]。化学氧化剂所致的慢性氧化应激可诱导端粒缩短，并加速人类VEC衰老^[127]和衰老相关死亡^[25]的发生。同型半胱氨酸作为AS的危险因素，可诱导端粒缩短并加速VEC衰老^[128]。有报道，通过抑制磷脂酰肌醇-3激酶（phosphoinositol3-kinase，PI3K）/Akt通路，VEC中的氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）可致端粒酶失活^[129]，并诱导早发性衰老^[130]。与之相反，至少在一定程度上，抑制氧化应激或低氧可通过增强端粒酶活性，保护端粒长度，延长细胞寿命^{[23，68，131]}。NO亦可激活端粒酶，并延缓VEC衰老的发生；可能是NO能够与细胞外自由基反应，减轻氧化应激程度，从而激活端粒酶^[132]。通过生成神经酰胺（ceramide），组成性激活rac-1（一种小GTPase）可致线粒体氧化应激，进而诱导VEC早发性衰老^[24]。神经酰胺在VEC出现复制性衰老时亦有所增加^[47，133]。衰老加强的氧化应激与VEC表达线粒体细胞色素c氧化酶减少有关^[20，134]。也有报道，线粒体其他基因表达的改变，也可能参与VEC的衰老^[135]。以糖化I型胶原（glycated type I collagen）为底物培养的VEC，可出现早发性衰老（抗氧化治疗可延缓衰老的发生^[136]），这可能与糖尿病血管病变的发病机制有关。非对称性二甲基L-精氨酸（ADMA）为内源性NO合成抑制剂，可提高细胞ROS水平，加速VEC衰老^[137]。与之相反，阿司匹林可减少ADMA生成，降低ROS水平，并增加NO生成，从而延缓VEC衰老的发生^[138]。采用L-精氨酸治疗可通过增加NO生成，进而诱导血红素氧合酶-1（heme oxygenase-1），由此有效抑制ADMA和同型半胱氨酸所致的VEC衰老^[139]。有报道，VEC暴露于电离辐射可诱导产生衰老样的表型变化^[140]。

绝大多数的ROS源自于线粒体。线粒体ROS的产生是氧化磷酸化的结果，氧化磷酸化可为氢离子穿透线粒体内膜提供势能。许多研究显示，线粒体完整性随衰老而降低^[141]。也有报道，在人类衰老进程中，线粒体DNA点突变或缺失突变会逐步累积；这些累积可促进线粒体的功能紊乱和ROS的产生，反过来诱导进一步的线粒体DNA突变。有证据提示，线粒体功能紊乱在细胞衰老中发挥重要作用^[142]。线粒体功能紊乱所致ROS增多，可诱导端粒缩短，并加速衰老的发生。有趣的是，无AS危险因素的年轻线粒体病患者，也常发生血管并发症^[143]。事实上，线粒体DNA损害亦与AS的程度相关^[144]，提示线粒体功能紊乱可通过诱导血管细胞衰老，促进AS的发生。

近年来，Trifunovic等提出证据，支持衰老的线粒体DNA突变理论。他们建立了线粒体突变小鼠，可表达线粒体DNA多聚酶校正缺陷。这些小鼠在成年早期显示正常表型，但随后出现多种早发性衰老的特征^[145]。与之相反，线粒体过表达过氧化氢酶可减轻氧化损伤，延长鼠类寿命，延缓血管衰老的发生^[146]。然而，近期更多的研究显示，线粒体DNA突变导致衰老表型并未影响ROS的产生^[147，148]。因此，线粒体DNA突变、氧化应激与血管衰老之间的因果关系，尚需深入探讨。

ROS针对细胞的靶点之一是DNA。从碱基修饰到DNA单链或双链断裂，已报道有多种氧化性DNA损伤形式^[149]。细胞进化形成DNA修复系统以对抗DNA损伤。DNA单链断裂修复可通过核苷酸切除或碱基切除，DNA双链断裂修复可通过同源重组（homologousrecombination）或非同源末端连接重组（nonhomologous recombination with end joining）。某些小鼠缺乏上述DNA修复系统组件，则表现提前出现与人类相对应的衰老相关改变^{[72，150-157]}，这些小鼠的成纤维细胞也表现出衰老加速。组成性激活p53^[158，159]（并非经由额外的完整p53基因拷贝介导以增强p53活性^[160]），可导致早发性衰老，其特征为寿命缩短、骨质疏松、脏器萎缩、应激耐受减弱。更重要的是，在早劳性衰老小鼠体内可检测出衰老细胞^[161]。因此，上述结果提供了从细胞衰老到脏器衰老的体内证据。然而，未见早老性衰老小鼠AS加速发生的报道。p16的表达可加速几乎所有组织的衰老进程，其可作为衰老的生物标志物^[162]。最近，三个独立的研究小组分别观察了3种组织（血液、胰腺、大脑）的再生情况，他们发现p16不仅是衰老的标志物，也是衰老的效应物（effector）^[163-165]。但仍不明了p16是否可促进血管衰老的发生。

早发性衰老综合征

在人类早老性综合征中，沃纳综合征（Wernersyndrome，WRN）和哈钦森-吉尔福特早老性综合征（Hutchinson–Gilfordprogeria syndrome，HGPS）患者可出现早发性AS，常死于心肌梗死^[6，149]。经鉴定，导致WRN的突变为解旋酶RecQ家族的一员。WNR解旋酶似乎与DNA重组、复制、修复、转录和维持端粒完整性有关。WRN解旋酶无效突变的小鼠发育正常，未见早衰^[166]。与之对照，WRN解旋酶缺陷小鼠端粒缩短，显示与人类WRN患者类似的一系列改变^[167，168]；提示端粒损耗是WRN发病的关键因素。

与WRN又称为成人早老症相区别，HGPS又称为儿童早老症。HGPS患者发生进展性AS，在平均年龄13岁时发生心肌梗死或脑血管事件^[6]。经鉴定，导致人类HGPS的突变为核纤层蛋白A（lamin A）基因^[169，170]；提示核纤层蛋白A突变积累，可致细胞核结构和基因表达的表观遗传控制产生进行性改变，进而诱发早衰^[171-173]。与WRN成纤维细胞类似，取自HGPS患者的成纤维细胞亦显示早衰^[171]。因此，有推测认为，血管细胞衰老加速是此类疾病早发性AS的基础。然而，在相关模型小鼠中尚未见血管衰老的改变，对上述早发性AS发生机制的认识，还需要更多研究加以证实。

糖尿病血管病变中的血管细胞衰老

已知从酵母到小鼠，热量摄入限制可延长生物体的寿命。低热量摄入可预防各类增龄性改变，例如恶性肿瘤和AS的发生、免疫力低下、炎症指标升高^[174-176]。通过热量限制，血浆葡萄糖、胰岛素、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）水平均下降；上述通路的改变是低热量摄入延长寿命的基础^[174]。与上述研究相一致，遗传学分析显示，胰岛素/IGF-1/PI3K/Akt信号通路的功能削减性突变（reduction-of-functionmutations），可延长秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的寿命^[176]。叉头转录因子（forkheadtranscription factor）Daf-16可被Akt磷酸化并失活，在长寿通路发挥重要作用。最近有报道，从酵母到小鼠，基因调控基因均具有保守性^[177-180]（见图2）。这些延长寿命的突变均与强化对抗氧化应激有关，部分经抗氧化物基因表达增强所介导^[181-185]。

最新研究显示，与调控线虫长寿的方式相类似，胰岛素/Akt信号通路同样对于调控人VEC原代细胞寿命发挥关键作用^[186]（见图2）。大剂量胰岛素处理人VEC，可增强p53活性和p21表达，进而加速VEC衰老。通过胰岛素激活Akt，可导致叉头转录因子（FOXO，为Daf-16在哺乳类的同源物）磷酸化，进而抑制锰超氧化物歧化酶（MnSOD）等抗氧化物基因转录。FOXO通过调节ROS水平影响p53的活性。

上述发现对人类疾病研究有何意义？由于促进AS的多种生长因子均可增强Akt活性^[187]，致AS的刺激因素可能会激活血管的Akt，进而促进AS的发生。与此观点相一致，在人类AS标本上可见Akt的激活，而正常动脉则未见^[186]。在人VEC，组成性激活Akt不仅导致细胞衰老，而且导致血管功能紊乱，如血管生成受损、炎症反应增强^[186]。作为2型糖尿病首要特征的胰岛素抵抗和高胰岛素血症，可诱导Akt依赖性血管细胞衰老。然而，最新研究提示，通过胰岛素激活Akt[而非激活细胞外信号调节激酶（ERK）]，可显著损害糖尿病患者的血管；而这种通路选择性胰岛素抵抗，可能诱导大血管并发症^[188]。与之对照，某些最新研究显示，在糖尿病患者，组织Akt活性的基础水平高于正常受试者，但Akt对胰岛素的反应程度并无差异^[189]。在伴高胰岛素血症的糖尿病动物，其血管壁可见Akt的组成性激活，但在脂肪组织等胰岛素的靶器官，Akt活性明显降低^[186]。这种组织选择性胰岛素抵抗可诱导全身高胰岛素血症，导致Akt依赖性血管细胞衰老，这一机制可能对糖尿病血管并发症发挥作用。

Rosso等发现糖尿病供体的EPC会出现早发性衰老，且与Akt信号通路的激活密不可分^[190]。Brodsky等报道，2型糖尿病大鼠的动脉亦可见VEC衰老，这些大鼠的VEC经诱导可表达p53、p16等细胞周期蛋白。并且这些大鼠表现细胞功能紊乱的迹象，如内皮依赖性舒张受损、血管生成减少；而抗氧化剂治疗，则可预防VEC衰老，减轻上述损害。Yokoi等最近报道，高葡萄糖也可诱导VEC衰老^[192]。

总之，上述结果提示，通过胰岛素/Akt通路和/或高血糖诱导性信号通路，糖尿病可促进EPC和VEC衰老，导致糖尿病血管病变的发生。血浆和组织中促炎因子和促栓因子（prothrombogenicfactors）增加，可使糖尿病抵抗加剧，并促进糖尿病并发症发生^[193，194]；而两种因子的增加正是体外衰老细胞的突出特征^[4]。相应地，2型糖尿病也可以被认为是早发性衰老综合征，胰岛素/Akt信号的失调可促进细胞衰老，并导致各种并发症。以上提示，抗衰老治疗可能不仅有益于糖尿病血管病变，也有益于其他并发症和胰岛素抵抗。

结论

已有证据显示，细胞衰老在机体衰老和各种增龄性疾病（包括AS）中发挥重要作用。目前，抗衰老治疗成为治疗人类AS的新策略，并可有若干种靶分子可供选择。候选者一是端粒酶。很多报道显示，他汀类^[195]、噻唑烷二酮类^[196]、阿司匹林^[138]、雌激素^[197]等药物和体液因子，均可激活端粒酶活性。通过抑制Ang II诱导性衰老，Ang II 1型受体拮抗剂也可有效治疗血管衰老^[74]。p53拮抗剂也可应用^[198]，但整体抑制p53活性可能会诱发肿瘤。还有报道，通过激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）依赖性组蛋白去乙酰化酶（deacetylase）Sir2的途径，采用热量限制可延长线虫寿命^[199]。研究显示，增强sirtuin（Sir2的功能性直系同系物）活性可延长哺乳类寿命^[200]。因此，热量限制的模拟物（包括sirtuin激活剂）可望成为抗衰老疗法中最好的候选药物之一^[201]。通过一种非细胞自主性的方式（non–cellautonomous manner），组织特异性抑制衰老信号通路，也可增强抗衰老信号^{[177，179，180，202]}，并具有改善AS等增龄性疾病的潜力。因此，经上述机制介导的因子，可能成为另一种候选的抗衰老手段。发现上述因子也将为人类AS治疗提供新的途径。

志谢

基金来源

本项研究受日本文部科学省支持（小室一成：普通研究、开发性研究、优先领域研究；南野彻：普通研究），受诺华公司（NOVARTIS）基金支持（南野彻）

声明

无

脚注

收稿日期：2006-09-19；修回日期：2006-10-30；接受日期：2006-11-17。

参考文献见附件

补充材料

血管细胞衰老相关分子（与其表达、细胞水平、活性有关）

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血管细胞衰老在动脉粥样硬化中的作用(Vascular cell senescence：contribution to ath.pdf