是不是覺得在一個人的衰老過程中，每一個細胞的衰老都不是無辜的？的確，衰老細胞會通過分泌炎性因子誘發(fā)慢性炎癥，還直接和干細胞衰竭掛鉤[1]。

2013年的衰老標識大評選（Cell衰老學經(jīng)典巨制《The hallmarks of aging》）中，細胞衰老憑借著強大的促衰能力，成功位列九大衰老標識之一[2]。自此，衰老細胞清除策略（senolytics）相關研究在衰老生物學領域備受關注，長盛不衰[3-4]。

難道衰老細胞真的只能促衰嗎？加州大學舊金山分校的華裔教授Tien Peng、博士后研究員Nabora S. Reyes等，近日在《Science》正刊上發(fā)表的文章顛覆了這一觀點：年輕組織中的衰老細胞可有效促進組織器官修復和再生[5]。

要討論這項衰老細胞的顛覆性作用，不得不提到一種衰老細胞中的關鍵蛋白：p16INK4α。p16INK4α是一種和細胞周期調(diào)控密切相關的蛋白，隨著它的表達增加，一個細胞會慢慢停止分裂增殖的復制周期，進入“低能耗”狀態(tài)[6]。

除了停止增殖，p16INK4α陽性細胞也表現(xiàn)出廣泛的衰老細胞特征：衰老相關分泌表型、衰老細胞形態(tài)和經(jīng)典衰老標記。

圖注：衰老細胞的部分特征

衰老相關分泌表型

p16INK4α陽性細胞中衰老相關分泌表型SASP編碼基因顯著表達：如白細胞介素6（IL6）、趨化因子8（CCL8）等。

圖注：肺泡及其基底膜上表達p16INK4α蛋白的細胞的SASP表達情況

細胞形態(tài)變化

同時，p16INK4α陽性細胞大多存在兩個或多個細胞核，細胞體積一定程度變大，也是細胞走向衰老的典型形態(tài)特征。

存在衰老經(jīng)典標記

p16INK4α陽性細胞中還廣泛存在DNA損傷標記物和β-半乳糖苷酶，這些都是在之前文獻中受到廣泛證實的衰老標記物。

三重驗證下，研究者們核實了p16INK4α的衰老細胞關鍵標志身份，p16INK4α正式上崗“衰老哨兵”。

之前的研究中已經(jīng)證實了p16INK4α陽性細胞在年輕成人組織中的存在[7]，表明它們可能具有一些正常的生理功能。為了驗證這一點，研究者們?nèi)ブ貜吞骄苛瞬煌挲g生物體內(nèi)衰老細胞的分布。

他們發(fā)現(xiàn)：衰老細胞不僅存在于衰老個體，在年輕個體的健康組織中也廣泛存在，只不過衰老個體中衰老細胞的數(shù)量要遠超年輕個體。

圖注：在年輕小鼠肺中檢測到的衰老成纖維細胞（上），p16INK4α陽性細胞在生命早期就出現(xiàn)在了身體里，并隨年齡增加而增多（下）

這些出現(xiàn)在年輕個體健康組織中的p16INK4α陽性細胞主要集中在兩個群體中：成纖維細胞和白細胞，它們集中存在于各個器官的基底膜周圍，并在生命早期就開始出現(xiàn)，長期存在。

基底膜存在于各個器官的表層，它不僅支持器官的細胞層，還通過影響細胞粘附、遷移、增殖和分化對組織形成產(chǎn)生重要作用。

隨著年齡的增長，生物體內(nèi)p16INK4α陽性衰老細胞數(shù)量不斷攀升，但是它們在基底膜細胞總數(shù)中所占的比例卻不會發(fā)生很大的改變，也就是說，它們其實是器官組織中的常備功能性成分，而非機體衰老的產(chǎn)物。

與之相反的是，器官損傷卻會造成p16INK4α陽性細胞比例的上升，也正是這一點引起了研究者們的注意：p16INK4α陽性細胞難道和器官組織的修復和再生有關？

圖注：器官損傷也會造成p16INK4α陽性細胞比例的上升

帶著“衰老細胞能修復組織”的猜想，研究者們針對年輕組織中的p16INK4α陽性成纖維細胞展開了實驗。

在損傷小鼠肺組織后，他們用經(jīng)典衰老細胞清除藥組合達沙替尼+槲皮素（D&Q）處理小鼠。經(jīng)檢測，D&Q組合立竿見影，p16INK4α陽性衰老細胞被清除殆盡，但小鼠并沒有表現(xiàn)出先前文獻中健康延壽的效果，相反，小鼠的損傷肺組織再生停滯了下來。

把這個過程仔細拆解分析，研究者們才發(fā)現(xiàn)，組織修復的過程依賴于衰老細胞分泌的SASP內(nèi)的一種因子：Ereg（上皮調(diào)節(jié)蛋白）。

Ereg是一種生長因子，可以促進細胞的生長和分裂增殖。正是這種SASP為組織修復提供了源源動力，在Ereg的催促下，組織中的干細胞開始努力工作，分裂出新鮮的細胞來填補組織損傷帶來的細胞虧空。

圖注：達沙替尼+槲皮素（D&Q）清除衰老細胞的同時，修復組織的干細胞的活化也被抑制了

經(jīng)研究，在損傷的基底膜周圍，在p16INK4α蛋白的作用下，衰老成纖維細胞上會富集白細胞介素1受體，而白細胞會富集白細胞介素1，這種炎性因子受體的激活會極大地促進經(jīng)典炎性相關因子NF-κB表達，繼而調(diào)控其下游SASP因子Ereg的分泌。

當p16INK4α表達被抑制的時候，衰老細胞內(nèi)其他SASP不變，但是Ereg和另一種SASP因子的分泌會顯著下調(diào)。實驗小鼠的組織器官形態(tài)不受影響，但是損傷修復停滯，干細胞活性也會遠低于對照組小鼠。也就是說，p16INK4α的表達直接和衰老細胞的促進修復損傷作用相關。

衰老細胞用它的標志性蛋白p16INK4α向衰老生物學及其研究者們發(fā)出了第一聲吶喊：衰老細胞不僅廣泛存在于健康的年輕組織中，還能發(fā)揮推進機體健康的作用（促進損傷修復和組織再生）。

這種促進損傷修復和組織再生的能力也不是個例。在其他地方，衰老細胞也在默默發(fā)揮著各種重要的作用，如在失血休克中保護主要器官[8]。在許多研究者的努力下，衰老細胞的“身份”正在默默扭轉。

本研究題為《Sentinel p16INK4a+ cells in the basement membrane form a reparative niche in the lung》，發(fā)表于生物學頂尖期刊《Science》。通訊作者為加州大學舊金山分校華裔教授Tien Peng，第一作者為加州大學舊金山分校博士后研究員Nabora S. Reyes。這項工作得到了美國國立衛(wèi)生研究院（DP2AG056034、R01HL142552、R01HL155622、F32HL14226、P30DK06372、P30DK063720）、煙草相關疾病研究計劃（新調(diào)查員獎）和肺動脈高壓協(xié)會的支持。

—— TIMEPIE ——

參考文獻

[1] Birch, J., & Gil, J. (2020). Senescence and the SASP: many therapeutic avenues. Genes & development, 34(23-24), 1565–1576. https://doi.org/10.1101/gad.343129.120

[2] López-Otín, C., Blasco, M. A., Partridge, L., Serrano, M., & Kroemer, G. (2013). The hallmarks of aging. Cell, 153(6), 1194–1217. https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.05.039

[3] Hickson, L. J., Langhi Prata, L., Bobart, S. A., Evans, T. K., Giorgadze, N., Hashmi, S. K., Herrmann, S. M., Jensen, M. D., Jia, Q., Jordan, K. L., Kellogg, T. A., Khosla, S., Koerber, D. M., Lagnado, A. B., Lawson, D. K., LeBrasseur, N. K., Lerman, L. O., McDonald, K. M., McKenzie, T. J., Passos, J. F., … Kirkland, J. L. (2019). Senolytics decrease senescent cells in humans: Preliminary report from a clinical trial of Dasatinib plus Quercetin in individuals with diabetic kidney disease. EBioMedicine, 47, 446–456. https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2019.08.069

[4] Xu, Q., Fu, Q., Li, Z., Liu, H., Wang, Y., Lin, X., He, R., Zhang, X., Ju, Z., Campisi, J., Kirkland, J. L., & Sun, Y. (2021). The flavonoid procyanidin C1 has senotherapeutic activity and increases lifespan in mice. Nature metabolism, 3(12), 1706–1726. https://doi.org/10.1038/s42255-021-00491-8

[5] Reyes, N. S., Krasilnikov, M., Allen, N. C., Lee, J. Y., Hyams, B., Zhou, M., Ravishankar, S., Cassandras, M., Wang, C., Khan, I., Matatia, P., Johmura, Y., Molofsky, A., Matthay, M., Nakanishi, M., Sheppard, D., Campisi, J., & Peng, T. (2022). Sentinel p16INK4a+ cells in the basement membrane form a reparative niche in the lung. Science (New York, N.Y.), 378(6616), 192–201. https://doi.org/10.1126/science.abf3326

[6] Gan, Q., Huang, J., Zhou, R., Niu, J., Zhu, X., Wang, J., Zhang, Z., & Tong, T. (2008). PPAR{gamma} accelerates cellular senescence by inducing p16INK4{alpha} expression in human diploid fibroblasts. Journal of cell science, 121(Pt 13), 2235–2245. https://doi.org/10.1242/jcs.026633

[7] Grosse, L., Wagner, N., Emelyanov, A., Molina, C., Lacas-Gervais, S., Wagner, K. D., & Bulavin, D. V. (2020). Defined p16High Senescent Cell Types Are Indispensable for Mouse Healthspan. Cell metabolism, 32(1), 87–99.e6. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2020.05.002

[8] Chu, X., Wen, J., & Raju, R. P. (2020). Rapid senescence-like response after acute injury. Aging cell, 19(9), e13201. https://doi.org/10.1111/acel.13201