第 105 章:衰老(Aging)
引言(INTRODUCTION)
衰老本身究竟是一种病理状态还是一种诱发疾病的易感因素,这一问题至今尚未定论。一般而言,衰老的特征是分子、细胞与生理层面的多种改变,这些改变打破了机体的内稳态平衡,因而常与退行性疾病与肿瘤性疾病的患病率升高相关联。从分子机制层面看,参与衰老过程的机制多种多样,其中特别值得提及的包括 DNA 点突变率上升、端粒进行性缩短以及甲基化模式的改变。此外,与端粒损耗相关的复制性衰老,以及由氧化应激、癌基因激活或 DNA 损伤诱发的应激诱导早衰(stress-induced premature senescence, SIPS),亦均与衰老过程相联系。上述每一种分子事件均可改变参与细胞生长、基因组完整性维持以及细胞应激与炎症应答等过程中蛋白质的正常表达与功能。
聚焦于动脉壁组分的衰老,尤其是血管平滑肌细胞(VSMC)的衰老:流行病学研究与多组尸检系列共同表明,心肌梗死、脑卒中以及其他与动脉粥样硬化相关的严重血管疾病的发病率随年龄呈指数级上升,因此年龄被普遍视为这些疾病的重要风险因素。多项实验研究亦证明,动脉壁的增龄性改变使其对动脉粥样硬化性损伤的易感性显著增加。
动脉壁的增龄性改变(AGE-RELATED MODIFICATIONS OF ARTERIAL WALL)
血管平滑肌细胞(VSMC)的增龄性改变会引起动脉壁正常结构的多种变化,进而增加动脉粥样硬化风险。衰老导致动脉壁进行性的机械刚度与硬度增加,主要与弹性蛋白/胶原蛋白比值的反转以及内膜增厚(intimal thickening, IT)的出现相关。内膜增厚由若干层平滑肌细胞(图 105.1A)构成,其间夹杂薄层弹性纤维、胶原以及数量不等的糖胺聚糖(glycosaminoglycans, GAGs)。在第三、第四特别是第五个生命十年开始,可在增厚的内膜中观察到胆固醇、磷脂以及一定数量的泡沫细胞沉积(图 105.1B)。形态学上内膜增厚可呈弥漫性或偏心性:弥漫性内膜增厚是主动脉等大动脉的典型表现,而冠状动脉则多表现为偏心性增厚。该改变被认为是动脉壁对力学环境变化(作用于动脉壁的力的改变)所产生的适应现象。硬度增加也与增龄性的蛋白非酶糖基化相关,特别是对胶原的修饰,使相邻蛋白之间形成交联。弹性与可扩张性的丧失导致动脉顺应性下降,继而引起收缩压升高、舒张压下降,并造成心输出量以及肾、肝血流的适应性改变。
已有大量研究证实,衰老引起的动脉壁改变以及体液变化可独立于动脉粥样硬化过程而发生。先前研究描绘的若干增龄性改变中,最具临床意义的是进行性的机械刚度增加(与弹性蛋白/胶原蛋白比值反转相关)以及内膜增厚的出现(在人类以及实验动物中均观察到,被视为动脉粥样硬化的前驱病变)。同时,衰老过程中动脉壁内钙含量亦会增加。最相关的内膜改变是几乎所有动脉中出现的内膜增厚,可呈弥漫性或偏心性。在大面积弥漫性内膜增厚之上,可见局灶性亚内皮血浆样物质"渗入(insudation)"——这种改变在人类与老年动物中均有描述。其表现为内膜内大的嗜碱性糖胺聚糖基质沉积物,超微结构上呈多形不规则颗粒,可见丝状突起,与内皮细胞和 SMC 的质膜相关,符合 GAGs 的形态特征,提示动脉壁通透性的增加。在老年兔主动脉中亦可见到内皮细胞形态及连接的进行性改变。
内膜增厚可能是低强度刺激(如轻度高胆固醇血症和/或轻度高血压)引发更严重动脉粥样硬化病变的起始位点。这来自以下观察:正常情况下表现出显著内膜增厚的老年兔在接受长期低剂量胆固醇富集的高脂饮食后,所发生的动脉粥样硬化病变比年轻动物更为严重;内膜增厚与动脉粥样硬化斑块在空间分布上相互重合。Clarkson 等对不同年龄猴的动脉壁对致动脉粥样硬化饮食反应差异的观察也得出类似结论:在 Cebus albifrons 猴中,0.5% 胆固醇饮食可使成年猴的动脉粥样硬化病变在范围与数量上明显高于年轻动物。
作为衰老的结果,中膜也发生多种结构与生化改变。中膜厚度进行性增加、细胞密度进行性下降,同时胶原含量增加(沉积于相邻板层单元之间的"间隙"中)、弹性蛋白相对含量下降。增龄过程中,主动脉弹性蛋白的结构亦发生改变:进行性累积耐胶原酶、不溶于水的蛋白(胰蛋白酶可溶),电镜下呈现与弹性蛋白相关的纤维结构,使弹性蛋白呈现"结壳(encrusted)"外观。增龄过程中,中膜中段还可见到进行性钙化区、钙化沉积使弹性层板僵硬并"结壳",同时中膜内 GAGs(特别是硫酸化 GAGs)含量进行性增加,常见于板层间隙以及中膜内层,常与钙化区位置重合。
平滑肌细胞与内皮细胞关系的增龄性改变(Aging and Changes of Relationship Between SMC and Endothelium)
在哺乳动物中,衰老可引起血管内皮细胞形态及连接的进行性改变。类似的内皮改变也见于高血压与高胆固醇血症。三种情况下均出现基础及刺激后一氧化氮(NO)释放的减少。同时,衰老伴随内皮素-1 释放增加,但对其敏感性显著降低。上述内皮的改变对心血管疾病的发病机制具有重要临床意义。
作者团队先前报道了内皮屏障通透性改变的形态学证据:在正常胆固醇水平的老年兔主动脉内膜,弥漫性内膜增厚常出现大的基质沉积物(比相邻中膜更具嗜碱性)。在脂肪喂养的猴以及老年高脂血症兔中也报告了局灶性亚内皮"血浆湖",其中漂浮有泡沫细胞;该结构与儿童主动脉中描述的凝胶状病变(gelatinous lesions,图 105.1C)相似,后者被视为动脉粥样硬化的前驱病变,并为 Rokitansky 早先提出的"渗入学说(insudative theory)"提供了强有力的支持证据。内皮形态或更新的改变与剪切力增加相关,后者可能与增龄性动脉壁刚度增加有关。另一方面,胶原与 GAGs 的增龄性累积可能造成细胞外基质密度增加,从而阻碍溶质(脂蛋白、生长因子等)的扩散并促使其积聚;血浆脂蛋白以及生长与趋化因子流入的增加可能与动脉粥样硬化的起始阶段相关。事实上,白蛋白、纤维蛋白原以及 LDL 在人类动脉以及高胆固醇血症-高血压兔的主动脉与脑血管区段的内膜渗入物中均有检出。
老化平滑肌细胞增殖调控的失衡:细胞增殖(Unbalanced Homeostatic Control of SMC Population Growth: Cell Proliferation)
衰老可能引起血管 SMC 增殖控制机制的改变,这一改变亦被认为与增龄性动脉粥样硬化易感性相关。斑块中的细胞增殖受多种生长因子的合成与释放所调控。多项研究提示,老年大鼠来源的 SMC 较年轻大鼠来源的 SMC 具有更高的增殖速率,并伴随血小板衍生生长因子(PDGF)样活性增加与肝素样活性降低。体内实验中,老年大鼠主动脉在内皮剥脱后掺入的 ³H-胸苷多于年轻动物。源自老年大鼠的 SMC 表现出高复制活性,但同一动物来源的成纤维细胞并不表现出这种特性,提示老年动物不同组织来源的细胞并不一定在体外表现出刻板的复制潜能增加。衰老的 SMC 增殖活性改变在体外还伴随表型的改变:年轻大鼠的 SMC 培养呈典型的"峰谷"外观,而老年大鼠的 SMC 则呈多边形。此外,在胎牛血清存在条件下,老年大鼠来源的 SMC 中 α-SM 肌动蛋白与平滑肌肌球蛋白阳性细胞的百分比,以及 α-SM 肌动蛋白免疫印迹与 α-SM 肌动蛋白 mRNA 的表达量,均显著低于年轻大鼠。
微环境刺激(细胞因子、细胞外基质组分)的增龄性变化以及/或靶动脉细胞内在特性的改变均可影响 SMC 增殖。肝素对老年大鼠中膜来源的 SMC 增殖的抑制率高于年轻大鼠来源的 SMC,且与 α-SM 肌动蛋白及其 mRNA 表达的升高相关;而转化生长因子 α-1(TGF α-1)则表现出相反作用。McCaffrey 与 Falcone 证明,老年动物来源的 SMC 可正常产生具有抗增殖活性的 TGF β-1,但不能响应其自分泌生长抑制效应,导致增殖增强。
老化平滑肌细胞增殖调控的失衡:细胞凋亡(Unbalanced Homeostatic Control of SMC Population Growth: Cell Apoptosis)
细胞凋亡参与调控内膜细胞群规模,对过度的内膜增生起拮抗作用。在年轻或老龄正常血脂动物中,用常规方法(如 TUNEL、电镜、PCR)很难在动脉壁内观察到凋亡细胞,这使得在体内验证增龄性凋亡敏感性差异变得困难。Urano 等报道,老龄大鼠主动脉内膜 SMC 在球囊损伤后培养 15 天,对 7-酮基胆固醇诱导的凋亡比年轻大鼠更敏感。相反,由第二次血管成形术损伤诱导的内膜衰老 SMC 较单次损伤后获得的 SMC 对凋亡更具抗性。
老年小鼠动脉 SMC 表现出 α-凝血酶诱导增殖下降但活性氧(ROS)生成水平升高,且与年轻小鼠相比组成型丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)活性增加。这些变化导致老龄动物动脉壁中氧化损伤的优先累积,从而促进老龄动物动脉粥样硬化的进展。此外,线粒体 DNA 氧化损伤的累积可能促进 SMC 凋亡——间接证据来自以下观察:在血浆胆固醇水平相同的情况下,老龄兔早期脂肪条纹中的凋亡较年轻动物更为明显。中膜 SMC 的凋亡水平仍较低,与各自正常血脂对照相比无差异,提示该现象仅限于内膜细胞。尽管如此,目前仍难以明确增龄性凋亡调控的改变究竟是整个动脉细胞群体的内在特性,还是由对内膜增厚进展有贡献的特定亚群所介导;以及是否随衰老进展,具备响应微环境变化而增殖能力的常驻或迁移性干细胞亚群在动脉壁中逐渐占优,而其余细胞则走向衰老。
老化平滑肌细胞的分化特性:合成表型活性、ECM 与细胞信号改变(Differentiation Properties of Aged SMC (Activity of the Synthetic Phenotype, Changes of ECM and Cellular Signaling))
成年机体的血管 SMC 在局部环境因子(通常调节表型)的变化面前具有非凡的、可发生深刻而可逆改变的能力(参见第 95 章)。SMC 异质性已由多个实验室通过不同标准证实。除源自中膜与修复内膜的经典"收缩型"与"合成型" SMC 表型(图 105.1D、E)之外,更近的体内与体外研究借助强力分子工具证明,表型调控往往涉及整个间充质谱系,包括埋藏于多层基底膜样物质中的薄长梭形 SMC(图 105.1G、H、I)以及成骨细胞样细胞(图 105.1F)、软骨细胞样细胞与脂肪细胞样细胞。TGF-β 超家族信号的失调很可能是这些间充质分化中的一部分驱动力。这些表型对衰老中钙化与基质产生异常的贡献程度仍有待阐明。值得指出的是,Hutchinson-Gilford 早衰综合征患者会出现严重的早发动脉粥样硬化,其特征为血管 SMC 钙化与耗竭。
增龄性表型改变还包括四倍体细胞比率在年轻与老龄大鼠之间从 8% 增至 64%。四倍体与基质蛋白转录本的减少以及炎症相关分子(如巨噬细胞炎症蛋白-2(MIP-2)、补体成分 C4 与 Gal/GalNAc 特异性凝集素(MGL))的改变相关。此外,MCP-1 及其受体 CCR2 的 mRNA 与蛋白水平在老龄大鼠主动脉体内较年轻大鼠升高。
将新生大鼠与老龄大鼠主动脉中膜来源的两种 SMC 群体分别接种至剥脱内皮的颈动脉内膜时,老龄大鼠中膜来源的 SMC 继续产生细胞视黄醇结合蛋白-1 但仅少量产生 α-SM 肌动蛋白与平滑肌肌球蛋白重链;新生大鼠来源的 SMC 继续表达 α-SM 肌动蛋白与平滑肌肌球蛋白重链但不产生细胞视黄醇结合蛋白-1。这进一步支持动脉 SMC 表型异质性受遗传而非局部微环境因子控制、并在体内维持的观点。重要的是,VSMC 异质性及细胞骨架蛋白表达的增龄性差异可能促成增龄性主动脉壁重塑。
TNF-α 刺激下,老龄 SMC 中 NF-κB 的反式激活较新生动物 SMC 显著更强。这导致 NF-κB 依赖基因(如 iNOS 与 ICAM-1)在不同发育阶段 SMC 中的差异表达,可能对宿主防御与增龄性血管疾病的发病机制具有意义。老龄大鼠主动脉 SMC 局部产生血管紧张素原显著增加;增龄性局部肾素-血管紧张素系统活性升高可能参与血管张力调控。此外,老年动物血管 SMC 迁移相关信号通路可绕过 CamKII 激活的需求,因此不再需要底层中膜 SMC 释放 bFGF。
VSMC 中 β-肾上腺素受体介导反应的增龄性改变已被广泛研究。在大多数动脉中,肌源性 β-肾上腺素受体介导的舒张随增龄下降;α-肾上腺素受体激动剂反应结果不一致或随增龄不变。衰老还可诱导大鼠冠状动脉微动脉的表型改变,表现为内皮型 NOS 减少与 iNOS 转录本增加,从而促进氧化应激的发展并损害 NO 介导的舒张。
复制性衰老(Replicative Senescence)
复制性衰老最初由体外培养的人类体细胞有限的复制寿命所定义。进入不可逆生长停滞的衰老 VSMC 具有特征性形态:空泡化、扁平且体积增大。这些与衰老相关的表型改变被认为参与人类衰老过程。体外培养细胞的增殖潜力与物种平均最大寿命之间存在良好的相关性。
来自老龄大鼠主动脉的培养 VSMC 较来自年轻大鼠的 VSMC 表现出加速的增殖速率。此外,与来自年轻大鼠主动脉的早期传代 VSMC 相比,老龄大鼠主动脉来源的老 VSMC 在 S 期的群体比例更高,在 G0/G1 期的比例更低。这些差异部分是通过细胞周期调控失调实现的,涉及衰老过程中发生的 ERK1/2 信号改变。老龄大鼠早期传代主动脉 VSMC 对 PDGF-BB 表现出过度的趋化反应,而年轻主动脉来源的细胞需要额外的传代才能产生等效反应。在 PDGF-BB 与 MCP-1 的趋化梯度下,源自老龄主动脉的 VSMC 也表现出比年轻 VSMC 更高的侵袭能力。该增龄性差异可被氯沙坦(AT1 拮抗剂)、vCCI(MCP-1/CCR2 信号抑制剂)、GM 6001(MMP 抑制剂)、Ci 1(α-钙蛋白酶抑制剂)或 MFG-E8 沉默所消除或大幅减弱。因此,增龄相关的 VSMC 侵袭/迁移增加受血管紧张素 II 生物信号网络组分同时增加的调节。
衰老细胞表达衰老生物标志物——衰老相关 β-半乳糖苷酶(SAβ-gal),以及一组包含细胞周期负调控因子(如 p53 与 p16)的基因。SAβ-gal 已被描述为体外与体内衰老细胞的标志物。β-半乳糖苷酶是一种代谢酶,在早衰与衰老细胞中高度表达;SAβ-gal 活性对应于仅在 pH 条件下才能检测到高水平酶活性的 β-半乳糖苷酶活性,并与溶酶体含量成比例。在大鼠老龄动脉壁等实验模型中,SAβ-gal 活性可在富含 p16 与 Nox4 的 VSMC 中检出。在人类动脉粥样硬化斑块中,内皮细胞与 VSMC 均表现出细胞衰老的形态学特征。SAβ-gal 阳性血管细胞已在缺血性心脏病患者冠状动脉的动脉粥样硬化斑块中被检出。在晚期斑块中,SAβ-gal 阳性 VSMC 仅在内膜而非中膜可检出,可能反映这些病变中存在的大量复制。SAβ-gal 阳性 VSMC(来自人动脉粥样斑块)显示 p53 与 p16 表达增加,二者均为细胞衰老标志物。这些细胞还表现出多种功能异常,包括内皮型 NOS 表达下降与促炎分子表达增加。
氧化应激与活性氧(Oxidative Stress and ROS)
氧化应激是病理条件下细胞衰老最具生理相关性的触发因素之一。衰老与氧化损伤蛋白、脂质及核酸的累积之间存在相关性。这提示衰老过程中氧化蛋白的累积反映了凋亡能力的丧失(即氧化修饰蛋白主要在逃避凋亡的细胞中持续存在)。蛋白的氧化修饰会使羰基引入蛋白,导致受影响蛋白催化或结构功能丧失。因此,衰老过程中氧化修饰蛋白水平的增加将对细胞与器官功能产生有害影响。多项研究凸显了氧化剂与抗氧化剂平衡失调在增龄以及动脉粥样硬化(无论动物模型还是人类)发生发展中的重要性。
ROS——特别是超氧阴离子、过氧化氢(H₂O₂)以及羟自由基——可产生多种类型的 DNA 损伤,包括 DNA 链断裂与碱基修饰。在某些细胞类型中,ROS 可加速复制过程中的端粒损耗,但也可独立于端粒缩短而诱发早衰。体外慢性 H₂O₂ 处理、高氧培养条件或细胞抗氧化特性改变所诱导的氧化应激均可加速衰老。培养的成纤维细胞经 H₂O₂ 处理后可发生端粒单链断裂,促进端粒缩短并通过触发 G1 期细胞周期抑制因子(p21Cip1、p16ink4)激活的通路诱导过早的细胞周期停滞。个体细胞中由于端粒特异性碱基切除修复缺陷,每个分裂所致的端粒损耗增加。该机制导致 ROS 诱导的单链 DNA 断裂优先累积,阻止分裂时染色体远端区段的复制。另一方面,反复应激可使经历生长停滞的细胞比例显著增加,提示氧化应激可能对体内 VSMC 复制亚群形成选择压力。氧化应激也可独立于端粒缩短诱发早衰。成纤维细胞经低剂量脉冲式 H₂O₂ 处理后可引起不可逆的细胞周期停滞,伴随 SAβG 染色增加但端粒长度无伴随性改变。
基因组 DNA 氧化损伤的累积可促成应激诱导早衰(SIPS),亦可促成复制性衰老(因为体外衰老细胞中 8-oxoG 碱基修饰水平更高)。这些结果与以下观察一致:衰老细胞表现出更多的 DNA 损伤灶,即便在非端粒序列中也存在。因此,复制性衰老与氧化应激诱导的衰老之间的界限并非泾渭分明;尽管涉及的细胞周期抑制因子可能不同,二者均可导致 SAβG 过表达。
端粒损耗与端粒酶活性(Telomere Attrition and Telomerase Activity)
在大多数原代细胞中,染色体端粒因不完全复制而在每次细胞分裂时缩短。复制性衰老可在端粒达到临界长度或结构(如端粒融合、双着丝粒或端粒结合因子丧失)时被诱发。重复分裂后,端粒可能达到临界长度或结构,由此触发不可逆的生长停滞或衰老。此外,端粒酶表达与衰老表现之间存在显著的因果关系证据。hTERT(端粒酶催化亚基)的异位表达可在若干细胞类型(如成纤维细胞或上皮细胞)中阻止复制性衰老的出现,尽管端粒始终受到保护。hTERT 还可影响端粒与核基质的相互作用,增加染色体稳定性、减少端粒融合、降低自发性染色体断裂并增强 DNA 修复。这些效应独立于端粒酶对端粒长度的作用。端粒"脱帽"亦可独立于端粒长度与端粒酶活性引发细胞衰老——例如,过表达端粒帽蛋白 TRF2 的负性突变体可在成纤维细胞或纤维肉瘤细胞中引发衰老,即便这些细胞仍保留长端粒。这些实验支持如下观点:随端粒缩短,端粒逐渐丧失其蛋白结合特性,可能对 T 环结构造成不可逆损伤。
对早期与晚期传代人动脉 VSMC 转录组的比较分析共发现 327 个差异表达的探针组,包括 IL-1β、IL-8、ICAM-1 与 MCP-1。此外,衰老 VSMC 还分泌 IL-1、IL-6/8、MCP-1、PAI-1 与 MMP-2,与衰老成纤维细胞中所见的现象类似,被称为衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype, SASP)。因此,衰老 VSMC 转变为"非经典"炎症应答细胞(AAASP)。与 SASP 类似,AAASP 也可能使受损细胞与周围组织进行交流,在动脉衰老中提供补充性信号角色。
癌基因激活(Oncogene Activation)
细胞在激活的癌基因(如 Ha-Ras)和欠佳培养条件下发生 SIPS。体外可通过过表达 Ras 与 Raf 癌基因、辐射或产生任何形式 DNA 损伤与氧化应激的化学药物诱导 SIPS。复制性衰老与 SIPS 共同汇聚于肿瘤抑制基因 p53 与 RB,后者扩展角色并出现新范式。这两条途径的细胞周期抑制因子的表达由细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(cdkis)所调控,包括 p16 与 p21。pRB、p53、p21 或 p16 表达可诱导衰老,且在复制性衰老与 SIPS 中均常上调。端粒丧失或损伤通过 DNA 损伤感应机制激活 p53,继而转录 p21;而应激诱导的 p16 激活则可独立于端粒长度加速复制性衰老。此外,p16 表达可使基于端粒的衰老不可逆,部分通过促进含 E2F 转录因子靶点的位点形成抑制性异染色质。尽管复制性衰老与 SIPS 之间的区分具有实用性,但二者在多个区域存在重叠。事实上,基于端粒的 DNA 损伤与应激诱导的 p16 激活可能同时发生,诱导伴有细胞周期调控因子表达的增殖停滞,反映了两条通路的共同激活。
血管壁增龄性糖基化终末产物的累积(AGE-Related Accumulation of Advanced Glycosylation End Products in the Vessel Wall)
晚期糖基化终末产物(advanced glycosylation end-products, AGEs)是一组结构与光谱性质异质、可发生交联反应的杂环类物质。其前体来自非酶糖基化反应早期产物("早期糖基化产物",即 Schiff 碱与 Amadori 产物),经氧化、脱水与聚合反应进一步重排后生成 AGEs。目前已鉴定出四种 AGE 组分——FFI、AFGP、pyrraline 与 pentosidine——它们共有若干理化性质:黄褐色色素、特征性荧光谱,以及与多种蛋白形成不可逆交联的能力。因此,与慢周转蛋白(如胶原与晶状体)结合的 AGE 含量随时间持续累积。在血管壁中,由于胶原含量高,AGE 的累积随增龄与糖尿病而增多。
糖基化终末产物对血管壁的可能生物学效应(Possible Biological Effects of AGEs on Vessel Wall)
AGE 累积对血管壁与血清的病理生理后果尚未完全明确。然而,AGE 累积似乎通过增加 ROS 产生而显著促成 SMC 衰老。事实上,近来研究表明,AGE 与 AGE 受体(RAGE)结合可在多种血管细胞中产生 ROS,并触发炎症细胞因子分泌。此外,AGE 可能参与动脉粥样硬化发病机制的假说来源于以下观察:(i) AGE 在老年人以及更多见于糖尿病患者的动脉壁中累积;(ii) AGE 在血管壁中引起若干生物学改变,其中许多具有潜在致动脉粥样硬化作用。具体而言,胶原的交联导致其溶解度与酶消化敏感性下降,同时富含胶原的组织硬度增加。
人血管壁中 AGE 因增龄而增加的程度及其对血管壁生理功能的影响尚不清楚。然而,可推测:与大鼠主动脉所观察到的类似,老年人动脉弹性的降低可能主要源于 AGE 累积。此外,AGE 修饰蛋白经受体介导的内吞可在单核细胞中引起多种细胞因子的释放,如 TNF、白细胞介素-1(IL-1)、血小板衍生生长因子(PDGF)以及胰岛素样生长因子-1(IGF-1)。最后,体内与体外研究已表明 AGE 修饰蛋白干扰 NO 依赖的血管舒张,提示 AGE 是血管张力的主要调节因子。内皮功能障碍、循环单核细胞向血管壁的募集以及若干细胞因子与生长因子的释放被认为是动脉粥样硬化的主要环节。
尽管如此,目前对循环或血管壁 AGE 在增龄性动脉粥样硬化临床表现增加中的相关性仍存有疑问。此外,我们仍不清楚 AGE 是否存在一个阈值,低于该阈值时不产生任何病理相关性效应;或者低浓度 AGE 是否可因与其他风险因素(糖尿病除外)的协同作用而致动脉粥样硬化。后一假说得到 Bucala 等近期论文的部分支持:其报道磷脂样 AGE 可在体外与不饱和脂肪酸氧化平行形成;此外,在 LDL 葡萄糖孵育过程中可形成同时连接脂质与载脂蛋白部分的 AGE 片段,类似于氧化 LDL。氨基胍(一种 AGE 抑制剂)可抑制载脂蛋白与脂质两部分的糖基化以及氧化修饰。
结论(CONCLUSIONS)
以上数据表明,SMC 衰老相关改变伴随动脉壁一系列结构与生理功能改变,其中部分改变对增龄性实验性动脉粥样硬化易感性与进展具有重要意义。尽管年龄被视为一种不可修饰的风险因素(因其与基因修饰相关),但环境证据提示 SMC 衰老表型可由基因毒性因子(如 ROS 或 AGE)所决定。这一观点激起人们对这些生物学过程中所涉及分子机制的研究兴趣,以期发现可用于治疗或预防危及生命的心血管与脑血管疾病的靶点。
本章个人批注
本章系统地梳理了血管平滑肌细胞(VSMC)衰老的分子、细胞与组织学改变。在我看来,本章最具方法论价值的,是它把"衰老"从一个宏观的、不可分割的概念分解为几个层面:分子层(DNA 突变、端粒损耗、甲基化改变、表观遗传漂移);细胞层(复制性衰老、SIPS、凋亡失衡、ROS 累积、表型漂移);组织层(内膜增厚、弹性蛋白/胶原比值反转、钙化、GAGs 累积、内皮通透性增加);以及疾病层(动脉粥样硬化易感性增加)。这种"自下而上"的多层级框架本身就是衰老生物学研究的方法论骨架——理解衰老不能停留在单一层面。本章另一个值得特别关注的洞见是 VSMC 衰老的"双重叙事":一方面 VSMC 自身的衰老(增殖率改变、α-SM 肌动蛋白表达下降、NF-κB 激活增强、四倍体累积)促成了内膜增厚与中膜重塑;另一方面衰老血管壁中的微环境改变(AGE 累积、RAGE 激活、ROS 升高、NO 减少、内皮素敏感性下降)反过来加速 VSMC 衰老。这种细胞-微环境之间的正反馈环是动脉粥样硬化随年龄呈指数级上升的微观基础。第三,本章清楚地展示了"非典型"分泌表型(AAASP)的概念——衰老 VSMC 不仅是被动退化,而是主动分泌 IL-1、IL-6/8、MCP-1、PAI-1、MMP-2 等炎症与基质重塑因子,构成一种"炎性衰老"机制,这与第 95-102 章反复出现的"VSMC 表型调控"主题形成了直接呼应。
需要补充几点本书未充分展开的思考:(1) 本章对 Hutchinson-Gilford 早衰综合征的引用非常简短但极具价值——这说明血管 SMC 衰老不只是"老化"的副产品,而是可由单一遗传缺陷(核纤层蛋白 A 异常)独立驱动的生物学过程,由此可作为人类血管衰老的天然模型;(2) 本章提到 hTERT 异位表达可阻止体外 VSMC 衰老但对端粒长度影响有限,提示 hTERT 存在独立于端粒维持的基因组稳定化功能——这一观点对基于端粒酶的血管再生策略具有重要含义;(3) 端粒"脱帽"(uncapping)可独立于端粒长度诱发衰老,提示 DNA 损伤感应通路(ATM/ATR-p53-p21)才是真正的衰老执行者,端粒只是众多触发点之一。本章的局限是:(a) 偏重于 SMC 衰老,对内皮细胞衰老、单核细胞衰老以及其他血管壁细胞类型的衰老相对忽略;(b) 缺乏对"健康老龄化"与"病理衰老"分子差异的系统讨论;(c) 大部分数据来自啮齿类动物模型(大鼠、小鼠、兔),与人类血管衰老的差异并未充分讨论。
与上下章的衔接(一段话)
本章(105)紧接第 104 章从气道平滑肌与哮喘重新回到血管平滑肌的主题——但聚焦的视角从"局部器官性疾病"(哮喘)转换为"系统性的、随增龄累积的血管壁退化"。第 104 章关注的是气道这一特定平滑肌群体对环境刺激的可塑响应,而本章关注的是血管平滑肌细胞在整个生命跨度中的内源性退化轨迹;二者构成"可塑性 vs 衰老"这一平滑肌细胞命运的二元对照。本章随后将被第 106 章(血管钙化)与第 107 章(平滑肌祖细胞)所承接:第 106 章将本章提到的"中膜钙化灶"与"成骨细胞样 SMC 表型"作为中心议题展开,第 107 章则将本章末尾提到的"是否存在随增龄而逐渐占优的常驻或迁移性干细胞亚群"的开放性问题作为出发点,将讨论推进到祖细胞生物学与治疗策略的层面。在更宏观的层面上,第 105 章位于平滑肌卷(Part IV)的后段,其上承第 95-104 章对 VSMC 表型调控、动脉粥样硬化、哮喘、肺动脉高压等多种疾病状态的综述,为整卷提供了一个"增龄"作为共同疾病易感性底色的统一解释框架。