張戎，鄂玲玲，劉洪臣

衰老是生命發(fā)展過程中的一個普遍自然規(guī)律。隨著人口老齡化現(xiàn)象的加劇，衰老相關疾病對國家和社會發(fā)展帶來了沉重的負擔，衰老已成為目前世界各國共同面對的社會問題[1]。目前普遍認為，機體衰老與干細胞衰老密切相關。干細胞衰老后其增殖能力減弱、多向分化紊亂，代謝失衡，極大限制了其在基礎研究和臨床治療中的應用[2]。因此，探究干細胞衰老的內(nèi)在機理，明確干細胞衰老與機體衰老的關系，對于逆轉(zhuǎn)干細胞衰老繼而延緩機體衰老，推動干細胞的廣泛應用具有重要意義。本文就干細胞衰老的機制、逆轉(zhuǎn)干細胞衰老的手段以及干細胞在機體抗衰老中的應用及其機制等內(nèi)容作一綜述，以期為干細胞在機體衰老和抗衰老以及衰老相關疾病治療中的應用研究提供參考。

1 衰老的概念、表現(xiàn)和檢測

衰老是一個在絕大多數(shù)生物體中普遍存在的病理生理過程，隨著年齡增加而緩慢出現(xiàn)，表現(xiàn)為機體組織器官生理功能的下降和紊亂，是機體間共有的、復雜的、不可逆的過程。具有普遍性、內(nèi)因性、進行性及有害性四個特征。

機體各系統(tǒng)在衰老后可出現(xiàn)以下表現(xiàn)：①內(nèi)分泌系統(tǒng)：主要表現(xiàn)為激素分泌水平的變化和靶器官對激素敏感性的改變。內(nèi)分泌腺之間的相互作用也出現(xiàn)異常，最終導致機體內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂和功能異常。②神經(jīng)系統(tǒng)：機體衰老后其大腦皮層中膠質(zhì)成分和凋亡神經(jīng)細胞數(shù)增加，神經(jīng)元數(shù)目減少，神經(jīng)元內(nèi)脂褐素沉著。同時，神經(jīng)末梢中分泌的神經(jīng)遞質(zhì)減少，神經(jīng)元傳導受到阻礙，引起神經(jīng)反射減弱[3]。③循環(huán)系統(tǒng)：心肌收縮力減弱，心臟每分輸出量減少，外周阻力增加，組織血液灌注和氧供應減少。心臟代償功能和耐受負荷能力減弱，較正常狀態(tài)更易發(fā)生心力衰竭。血管壁逐漸出現(xiàn)硬化，引起動脈粥樣硬化和高血壓[4]。④免疫系統(tǒng)：主要表現(xiàn)為免疫細胞中衰老相關標志物和細胞因子分泌水平的表達改變、免疫細胞亞群的變化、免疫細胞生物學功能的減退等。免疫系統(tǒng)功能紊亂，表現(xiàn)為對抗原的免疫反應減弱。因此，老年人抗病能力下降，更易罹患感染或自身免疫性疾病以及惡性腫瘤。⑤運動系統(tǒng)：衰老時血清甲狀旁腺激素水平增加引起骨吸收增加，血鈣增加，骨中礦鹽量減少，導致骨質(zhì)疏松發(fā)生。骨骼脆性增加，骨密度降低。導致老年人更易骨折，且骨折后恢復較慢。關節(jié)和關節(jié)軟骨出現(xiàn)退化，靈活性和活動度降低。肌肉含量減少，肌力和活動速度降低，發(fā)生肌肉疲勞和松弛[5]。

在機體衰老相關指標檢測方面，現(xiàn)已證明包括明膠酶、Q-淀粉酶、尿微量白蛋白、Tammhorsfall 蛋白（THP）、溶菌酶、8-羥基鳥嘌呤、Na-K-ATP 酶（鈉鉀泵）、尿鈣、高級氧化蛋白產(chǎn)物、丙二醛、同型半胱氨酸、紅細胞超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、紅細胞膜和血漿脂質(zhì)過氧化物（lipid peroxide,LPO）、全血谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase,GSH-PX）活性、紅細胞膜和血漿脂質(zhì)過氧化物（lipid peroxide,LPO）、C 反應蛋白（C reactive protein,CRP）水平在內(nèi)的多項指標可以用于檢測機體衰老狀態(tài)。此外，整合素亞基α2b（integrin subunit alpha 2b,ITGA2B）以及促泌素（secretagogin,SCGN）基因DNA 甲基化也被證明與機體衰老情況密切相關[6]。本課題組前期招募120 位健康志愿者，按其年齡分為青年組、中年組、老年組，檢測脂褐素在受試者血液和唾液中的表達水平。結果證明性別差異對于唾液和血漿中的脂褐素水平?jīng)]有明顯影響，血漿脂褐素水平和年齡均與唾液脂褐素水平呈正相關，表明脂褐素水平可以作為反映機體衰老狀態(tài)的一項指標[7]；此外，zeng的一項研究中檢測了143 位健康中國成人血漿和唾液中與年齡和性別相關的高級氧化蛋白產(chǎn)物（advanced oxidative protein products，AOPP）的表達情況，并研究了在不同溫度儲存下唾液中AOPP 的穩(wěn)定性，證明血液和唾液中AOPP 水平均隨年齡增加而顯著增加，與性別無明顯相關性，用唾液AOPP 作為血液AOPP 篩選衰老生化指標是可行的[8]。

2 干細胞衰老的機制

2.1 干細胞衰老的表現(xiàn) 衰老干細胞體積和胞核均增大，形態(tài)呈扁平狀，酶活性降低，細胞增殖減弱，細胞周期抑制性基因表達升高，衰老相關指標β-半乳糖苷酶活性上調(diào)；細胞分化方向改變，成脂分化能力增強，成骨分化能力減弱[9]。造血干細胞（Hematopoietic stem cells，HSCs）衰 老時其數(shù)量改變，再生能力下降，更傾向于分化為髓系細胞；老年患者的間充質(zhì)干細胞增殖能力減弱，分化潛能改變，同時端?？s短，細胞內(nèi)P53、BAX、P21 等與衰老相關的基因表達上調(diào)[10]；隨著年齡增長，骨骼肌干細胞逐漸喪失再生能力。與成人相比，老年個體骨骼肌干細胞數(shù)量下降約50%，同時凋亡細胞顯著增加。本課題組前期研究結果證實，隨著機體年齡增加，人骨髓間充質(zhì)干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSCs）的增殖和成骨分化能力均出現(xiàn)不同程度的減弱，而成脂分化能力則出現(xiàn)增強。此外我們還發(fā)現(xiàn)，不同胚層來源的干細胞在隨機體年齡增加后其出現(xiàn)的變化亦不相同：例如來自于外胚層神經(jīng)嵴的老年人頜骨來源BMMSCs 的增殖和成骨分化能力均明顯優(yōu)于四肢骨來源BMMSCs，可有效修復下頜骨骨缺損[11]。此外，本課題組首次成功分離高齡老年人牙髓干細胞，并證明其符合一般細胞學的生長規(guī)律，體外具有間充質(zhì)干細胞典型的多向分化潛能[12]。在衰老相關疾病的干細胞特性研究領域，本課題組發(fā)現(xiàn)與正常大鼠相比，骨質(zhì)疏松大鼠下頜骨成骨細胞在細胞超微結構、增殖、分化、ATP 和ROS 濃度、PCNA 和UCP2蛋白表達水平存在顯著性差異[13]。由此可見，干細胞衰老后出現(xiàn)的一系列功能改變可能與機體的衰老狀態(tài)或衰老相關疾病具有重要聯(lián)系。

2.2 干細胞衰老的機制 干細胞衰老所涉及的分子機制較多，目前學界主流觀點認為主要包括以下幾種學說：①氧化應激損傷學說：認為由于機體代謝所產(chǎn)生的活性氧（ROS）等衰老相關的毒性代謝物不斷積累產(chǎn)生細胞毒性，引起細胞損傷，誘發(fā)干細胞衰老[14]。②端粒與端粒酶學說：認為端粒的長度決定了細胞的壽命，當端?？s短到無法保證DNA 復制和染色體穩(wěn)定時會誘發(fā)干細胞衰老。端粒酶可維持端粒的長度，其活性與機體年齡和衰老狀態(tài)密切相關[15]。③蛋白質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)學說：認為蛋白質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)的破壞可導致干細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的異常折疊和損傷積累，致使細胞損傷，繼而導致組織器官出現(xiàn)功能障礙，引起干細胞衰老和機體衰老[16]。④DNA 損傷學說：認為當干細胞發(fā)生DNA 損傷而自身修復失敗將導致細胞衰老甚至凋亡。不良細胞外微環(huán)境可導致干細胞發(fā)生DNA 損傷，可抑制DNA 合成，并改變干細胞形態(tài)特征，促進衰老[17]。⑤表觀遺傳學說：表觀遺傳是指細胞的DNA 序列不變，而基因表達發(fā)生可遺傳的改變，主要包括組RNA 干擾、DNA 甲基化、染色質(zhì)重塑、蛋白修飾等。例如，DNA 甲基化可通過影響DNA 與蛋白質(zhì)間作用方式及DNA 構象來維持干細胞的正常功能，并與衰老過程密切相關[18]。

3 逆轉(zhuǎn)干細胞衰老的干預手段

目前針對干細胞衰老的干預手段，主要包括延緩干細胞衰老速度、恢復或增強干細胞活性及基因改造干細胞三方面。

3.1 延緩干細胞衰老速度 首先，采用體外三維培養(yǎng)法培養(yǎng)干細胞相對于傳統(tǒng)培養(yǎng)方法更符合體內(nèi)干細胞生存狀態(tài)，被證明可有效延緩復制性衰老。研究表明低氧及三維培養(yǎng)環(huán)境有助于延緩干細胞的衰老。應用組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑可有效延緩干細胞復制性衰老的發(fā)生。另外，研究表明藥物干預可延緩MSCs 的衰老。比如雷帕霉素可通過抑制蛋白穩(wěn)態(tài)失衡、調(diào)節(jié)線粒體功能失常、抑制受損的細胞間信號轉(zhuǎn)導延緩干細胞衰老，其內(nèi)在機制可能是通過調(diào)控mTOR 信號通路降低衰老相關標志物的表達水平，同時上調(diào)過氧化氫酶的表達，幫助清除細胞內(nèi)過量的ROS 和氧化應激[19]；褪黑素可通過抑制PI3K/AKT/mTOR 信號通路提高衰老牙周膜干細胞的自噬水平，從而延緩其衰老。阿卡波糖可通過影響細胞表觀遺傳學變化、抑制受損的細胞間信號轉(zhuǎn)導阻礙干細胞衰老[20]。多種生長因子諸如成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF-2）、β 型干擾素（interferon β，IFN-β）、巨噬細胞遷移抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）等均可不同程度抑制干細胞衰老[21]。此外，二甲雙胍、亞精胺、鋰鹽、非甾體類抗炎藥、甘氨酸、葡萄糖胺、雌二醇、維生素C、多效蛋白等藥物亦可通過不同機制調(diào)控細胞生物學功能，延緩干細胞衰老[22]。

3.2 恢復或增強衰老干細胞的活性 研究表明，抗氧化劑N-乙酰-L-半胱氨酸（N-acetyl-l-cysteine，NAC）可有效糾正活性氧自由基積累所引起的細胞損傷效應。抗壞血酸可通過增強端粒酶活性促進衰老BMMSCs 增殖。與傳統(tǒng)胎牛血清培養(yǎng)基相比，血小板裂解物可為干細胞提供其生長所必須的多種細胞因子，對于干細胞的生長分化潛能具有較好的維持作用[23]。含有成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor,FGF）、血管內(nèi)皮生長因子(vescular endothelial growth factor,VEGF)、血小板衍生生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）、抗壞血酸的培養(yǎng)基均可顯著增加干細胞的復制速率和倍增數(shù)目[24]。此外，黃芪、川穹嗪等中成藥或其提取物能提高衰老骨髓間充質(zhì)干細胞的活力，促進自我更新，增強其成骨分化和成神經(jīng)分化能力[25]。除去外加因子或者藥物的方法外，還有學者通過細胞共培養(yǎng)體系實現(xiàn)了恢復衰老干細胞功能的目的。Rohan 等[26]將年輕供體的MSCs 與年老供體的HSCs 共培養(yǎng)，以模擬其生長微環(huán)境中MSCs 與HSCs 的相互作用。發(fā)現(xiàn)MSCs可通過分泌細胞外囊泡傳遞自噬相關的mRNA，調(diào)控HSCs 自噬過程，修復衰老HSCs 的功能，從而有望在未來臨床應用中擴大骨髓移植的供體范圍，造福更多患者。

3.3 基因改造干細胞 這里主要指誘導多能干細胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）。2006 年，日本學者Takahashi 等首次借助特定轉(zhuǎn)錄因子重新編程將小鼠成纖維細胞改造為iPSCs[27]。經(jīng)過多年的研究改進，其誘導過程逐漸簡化，來源更加廣泛。iPSCs 因其經(jīng)歷基因改造，其細胞活力及增殖分化能力顯著增強，從而被認為是重要的間充質(zhì)干細胞來源。iPSCs 經(jīng)證明能夠在維持穩(wěn)定的生物學功能和一致的基因表達的前提下擴增至40 代，此過程中，繼而分化再生為多種組織器官以供器官移植和組織再生需要。目前已證明iPSCs 在心肌梗死、阿爾茲海默癥、帕金森氏病等多種衰老相關的心血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病的動物模型中均有治療效果[28]。但由于其誘導效率不穩(wěn)定和發(fā)育階段偏早期等方面的原因，其臨床應用目前受到一定制約，尚需進一步研究和改良。

4 干細胞在機體抗衰老中的應用及機制

目前，干細胞移植已被廣泛應用于衰老相關疾病的治療領域，例如肌肉萎縮癥、骨髓衰竭、骨質(zhì)疏松和骨關節(jié)炎、糖尿病、心血管疾病等[29,30]。目前普遍認為，干細胞的自我更新和多向分化、旁分泌功能、免疫調(diào)節(jié)能力和低免疫原性對于干細胞抗機體衰老功能的發(fā)揮至關重要。研究表明，MSCs在皮膚傷口修復中，可促進頑固性潰瘍愈合。向心肌內(nèi)局部注射自體間充質(zhì)干細胞，可出現(xiàn)持續(xù)性的心肌運動功能改善，從而有效緩解心肌梗死癥狀[31]。此外，MSCs 可通過其免疫調(diào)節(jié)作用維持Thl／Th2 細胞亞群之間的平衡，同時抑制T 細胞的活化，促進活化狀態(tài)的T 細胞凋亡，從而有效治療與免疫相關的衰老性疾病，如類風濕性關節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥等[32]。另有研究顯示，采用人臍帶血間充質(zhì)干細胞可有效恢復受損的卵巢功能和生殖能力[33]。在干細胞與皮膚抗衰老方面，脂肪干細胞（ASCs）經(jīng)證明可通過自身分泌作用或直接分化促進真皮細胞修復，減少或預防其光老化反應。同時也可促進老化過程中皮膚組織的再生[34]，其機制可能與其促進膠原合成、抑制膠原降解、抗氧化、抗炎癥浸潤、促血管生成、抑制黑色素等功能有關。另有研究表明，人臍帶間充質(zhì)干細胞可在體外分化為人內(nèi)皮前體細胞，后者的條件培養(yǎng)基可顯著提高表皮膠質(zhì)細胞和真皮成纖維細胞的增殖和遷移能力，促進其膠原合成，從而改善皮膚老化狀態(tài)，緩解皺紋和色素沉著[35]。此外，干細胞注射在顏面部年輕化中也有廣泛應用。如納米脂肪，其中含有豐富的脂肪間充質(zhì)干細胞、細胞外基質(zhì)以及多種生物活性因子，可有效改善皮膚質(zhì)地，減輕皺紋；改善皮膚色素沉著；改善面部凹陷；促進毛發(fā)再生，改善脫發(fā)過程[36,37]。而脂肪干細胞膠、活性納米脂肪等納米脂肪衍生物因其含有更多高質(zhì)量的干細胞和細胞外基質(zhì)表現(xiàn)出更好的促顏面部年輕化功效[38]。此外，干細胞分泌的外泌體中攜帶很多與衰老或抗衰老相關的miRNA，這些miRNA 可通過影響機體細胞的生物學功能，調(diào)節(jié)衰老相關信號通路，從而影響機體衰老過程[39]。Yu 等[40]發(fā)現(xiàn)老年恒河猴骨髓來源 MSC 外泌體中的 miR-125b 表達下降，而前期研究發(fā)現(xiàn)作為哺乳動物miR-125b 家族的同源物，miRNA（lin-4）可通過控制胰島素/胰島素樣生長因子1 途徑影響組織衰老速度[41];miRNA（lin-4）的過表達可延長壽命，而突變的喪失加速了組織的衰老，因此，可推測miR-125b 對抗衰老有重要作用。慢性炎癥可加速全身衰老，miR-181 家族成員具有抗炎作用，同時miR-181 也可調(diào)節(jié)MSC 的分化[42]，研究表明miR-181 家族成員在MSC 外泌體中隨著年齡的增長而下調(diào)。此外，Davis 等研究表明年齡相關的骨質(zhì)減少和骨質(zhì)疏松癥可能是由骨干細胞，特別是BMSCs 的潛在缺陷引起的，他們發(fā)現(xiàn)其中一個潛在的機制是miR-183-5p 隨著衰老而增加，導致MSC 的衰老并抑制成骨分化。上述miRNA 的下調(diào)誘導了與MSC 相關的年齡相關功能障礙，進一步研究其他的miRNA 將有助于闡明MSC 外泌體的抗衰老治療的關鍵分子機制。

5 展望

衰老和抗衰老一直是科學界關注的焦點問題。衰老是一個普遍存在的病理生理過程，隨年齡增加逐步加重，可引起體內(nèi)多系統(tǒng)組織器官的生理功能出現(xiàn)下降和紊亂。隨著干細胞相關研究的深入，干細胞與機體衰老和抗衰老的關系及其內(nèi)在機制逐漸引起人們的重視。目前已知機體衰老會引起體內(nèi)多種不同來源干細胞呈現(xiàn)衰老狀態(tài)，導致其生物學功能出現(xiàn)紊亂，從而加重機體衰老，同時也抑制干細胞在組織再生和細胞治療方面的應用。目前認為干細胞衰老與氧化應激、端粒與端粒酶、蛋白質(zhì)內(nèi)穩(wěn)態(tài)、DNA 損傷、表觀遺傳調(diào)控等多種機制有關。目前針對上述機制進行靶向調(diào)控對于逆轉(zhuǎn)干細胞衰老狀態(tài)，恢復其受損的生物學功能具有一定效果，但需要注意的是，干細胞移植領域目前缺乏統(tǒng)一管理，亟待設置完善的管理辦法，更好地規(guī)范行業(yè)發(fā)展，同時需要確保評價標準的可靠性和質(zhì)量的可控性，特別是細胞干性的評估和維持、細胞純度和均一性、細胞內(nèi)外致病因子的檢測和生物安全性的保證。做好術后并發(fā)癥的處理和預防工作。隨著研究的深入，尋找干細胞衰老的新機制，繼續(xù)深入探索干細胞衰老與機體衰老的內(nèi)在聯(lián)系，必將為逆轉(zhuǎn)干細胞衰老和機體抗衰老過程提供新思路和新希望。