最全綜述解讀衰老《?Biomarkers of aging》

醫(yī)芯君薦語：本綜述是一篇關(guān)于衰老非常全面的一篇綜述，看完不僅對衰老也對各個臟器的機制及疾病的機理了解得更多了，建議收藏閱讀，從疾病譜的未來醫(yī)芯資本長期看好神經(jīng)腦科學(xué)及抗衰老領(lǐng)域，特此分享，歡迎交流探討。

開篇獻上衰老標(biāo)志物的思維導(dǎo)圖：

文獻介紹

近日，《中國科學(xué)：生命科學(xué)》英文版（SCIENCE CHINA Life Sciences）以封面文章發(fā)表了由中國衰老標(biāo)志物研究聯(lián)合體（Aging Biomarker Consortium，ABC）六十余個研究組聯(lián)合撰寫的巨幅綜述——Biomarkers of aging。該綜述參考了逾 2 千篇衰老領(lǐng)域研究文獻，以超 9 萬字、31 張插圖和 23 張表格的篇幅，系統(tǒng)總結(jié)了衰老標(biāo)志物研究在細胞衰老、器官衰老、衰老時鐘及其應(yīng)用、相應(yīng)倫理及社會意義四個方面的重要進展。

一、細胞層面的衰老

?十大衰老標(biāo)志物?

衰老生物標(biāo)志物層級的基礎(chǔ)是細胞衰老標(biāo)志物。細胞是器官和機體的重要組成部分，細胞衰老是器官和機體衰老的驅(qū)動力。因此，這一水平的生物標(biāo)志物不僅監(jiān)測衰老過程背后的基本細胞過程，還可能對整個器官或生物體產(chǎn)生更大的影響，這些生物標(biāo)志物的出現(xiàn)拓寬了我們對衰老基本機制的理解，并可能成為衰老干預(yù)的潛在目標(biāo)。然而，只有少數(shù)細胞衰老生物標(biāo)志物被廣泛接受，例如衰老相關(guān) β-半乳糖苷酶 (SA-β-gal) 活性，它們的功能也仍未得到很好理解。我們提出以下 10 個方面的細胞衰老生物標(biāo)志物：表觀遺傳改變、基因組不穩(wěn)定性、端粒損耗、核內(nèi)小體紊亂、細胞周期阻滯、線粒體功能障礙、蛋白質(zhì)應(yīng)激、代謝改變、信號通路失調(diào)和衰老相關(guān)分泌表型 (SASP)。下面將對它們逐一展開介紹。

1、表觀遺傳改變 ?

表觀遺傳是指在不改變 DNA 序列的情況下發(fā)生的可逆遺傳機制，表觀遺傳改變對于衰老和與年齡相關(guān)疾病至關(guān)重要。這些與衰老相關(guān)的表觀遺傳生物標(biāo)志物包括基因組 DNA 甲基化改變、組蛋白修飾異常、異染色質(zhì)丟失、三維（3D）基因組結(jié)構(gòu)重組和 RNA 修飾失調(diào)。它們導(dǎo)致遺傳物質(zhì)局部可及性改變、逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子元件等異常轉(zhuǎn)錄和基因組不穩(wěn)定性，從而

導(dǎo)致衰老和與年齡相關(guān)疾病。

2、基因組不穩(wěn)定 ?

基因組不穩(wěn)定性是衰老的標(biāo)志之一。DNA 作為遺傳信息的載體，隨著年齡增長發(fā)生各種改變，對正常細胞活動和組織穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生負面影響。這些改變包括但不限于：DNA 損傷、DNA 損傷反應(yīng)（DDR）和修復(fù)、突變、復(fù)制應(yīng)激、轉(zhuǎn)座、染色體畸變、端粒縮短、微核和DNA 片段化。

3、端粒損耗 ?

在許多與衰老相關(guān)的生物學(xué)機制中，端粒脫穎而出，因為它們遵循著一條簡單而重要的邏輯：在衰老過程中被損耗而縮短。在真核生物中，端粒是位于線性染色體末端的核蛋白復(fù)合物，在保護基因組完整性免受核降解、DNA 損傷反應(yīng)和不必要的 DNA 重組損害方面起著至關(guān)重要的作用。

端粒的基本組成是一種包含數(shù)萬富含 G 堿基的串聯(lián)重復(fù) DNA 序列的特殊染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，在人類中，端粒的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)由 shelterin 蛋白復(fù)合物和非編碼 RNA TERRA 所構(gòu)成：shelterin復(fù)合物包含 6 種蛋白質(zhì)——端粒重復(fù)結(jié)合因子 1（TRF1）、端粒重復(fù)結(jié)合因子 2（TRF2）、TPP1（負責(zé)募集端粒酶）、POT1、TRF1 相互作用核因子 2 (TIN2)、TRF2 相互作用蛋白（RAP1/TERF2IP），它們執(zhí)行端粒復(fù)制調(diào)節(jié)、端粒加帽和端粒染色質(zhì)高階結(jié)構(gòu)監(jiān)測等多種功能。

從端粒上打開 shelterin 復(fù)合物會導(dǎo)致 DNA 損傷反應(yīng)激活和異常的DNA 修復(fù)。因此，shelterin 缺乏會導(dǎo)致端粒脫帽甚至端粒崩潰，幾種 shelterin 成分的功能喪失模型中出現(xiàn)了組織再生能力下降和衰老加速。

4、核內(nèi)小體紊亂 ?

核內(nèi)小體（核體）是真核細胞核內(nèi)的大分子凝聚物。這些點狀結(jié)構(gòu)進一步劃分核空間并執(zhí)行類似于細胞器的專門功能。然而，與高爾基體和溶酶體等膜細胞器不同，核體通常是通過成核機制，由蛋白質(zhì)或核酸成分的液-液相分離（LLPS）形成的，故沒有脂質(zhì)膜。

因此，核體也被認為是具有細胞核的無膜細胞器（MLO）。迄今為止，至少有 18 種核體被記錄，包括核仁、Cajal 核體、早幼粒細胞白血病（PML）核體等。核體顯示出多種功能，在一系列生物過程中發(fā)揮協(xié)同作用，如基因表達調(diào)控、RNA 加工和成熟。類似于正常老化過程中核結(jié)構(gòu)的改變，一些核體如核仁，也與衰老過程有關(guān), 可成為衰老的潛在生物標(biāo)志物。

5.細胞周期阻滯 ?

細胞周期是指驅(qū)動具有增殖能力的細胞分裂成兩個新子細胞的一系列事件。典型的細胞周期由 G1、S、G2 和 M 期組成。細胞周期進程受細胞周期蛋白（Cyclins）和 CDK、CDKI和 RB 的調(diào)節(jié)。存在三個主要的細胞周期檢查點，包括 G1/S 和 G2/M 轉(zhuǎn)換檢查點，以及紡錘體組裝檢查點（SAC），以確保適當(dāng)?shù)募毎芷谶M程。

Cyclin D/E、CDK（如 CDK2、4、6）可形成 Cyclin-CDK 復(fù)合物并磷酸化 RB，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子 E2F 從 RB-E2F 復(fù)合物中釋放并隨后易位至細胞核，從而轉(zhuǎn)錄激活參與 DNA 復(fù)制的下游靶基因，積極驅(qū)動細胞周期從 G1 期進展到 S 期轉(zhuǎn)變。而 p21CIP1和 p16INK4a等 CDKI可抑制 CDK 活性使 RB 不能被磷酸化并保持其低磷酸化狀態(tài)，導(dǎo)致 E2F 螯合在 RB-E2F 復(fù)合物中，從而抑制 E2F 靶基因轉(zhuǎn)錄，阻斷 G1 期細胞周期，并抑制細胞進入 S 期。因此，適當(dāng)?shù)募毎芷谶M程需要 Cyclin-CDK 復(fù)合物和 CDKI 之間的精確協(xié)調(diào)。

無論細胞內(nèi)和細胞外衰老刺激如何變化，細胞衰老最明確的標(biāo)志之一是穩(wěn)定的細胞周期停滯在 G1 期或可能是 G2 期，這會阻止細胞增殖。細胞衰老中的細胞周期停滯主要受p53/p21CIP1 和 p16INK4a/RB 通路調(diào)控，兩條通路間也存在串?dāng)_。

6.線粒體功能障礙 ?

線粒體是重要的細胞內(nèi)細胞器，在多種細胞活動中發(fā)揮重要作用，包括能量供應(yīng)、鈣穩(wěn)態(tài)、細胞信號傳導(dǎo)、細胞凋亡調(diào)節(jié)和許多生物合成途徑。線粒體包含自己的基因組，稱為線粒體 DNA（mtDNA），編碼 37 個基因。

活性氧（ROS）主要產(chǎn)生于線粒體呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ和Ⅲ，可對 mtDNA 造成氧化損傷。由此發(fā)生的 mtDNA 突變再導(dǎo)致缺陷的呼吸鏈成分，從而產(chǎn)生更多的 ROS，從而造成 ROS 的惡性循環(huán)和 mtDNA 突變積累，這被認為是衰老的標(biāo)志之一。氧化損傷學(xué)說是衰老機制的主要理論之一。

一般來說，與年齡相關(guān)的線粒體異常，包括 ROS 生成增加、mtDNA 突變和含量累積、線粒體動力學(xué)改變、線粒體未折疊蛋白反應(yīng)（UPRmt）降低，以及呼吸鏈活性降低。

7.蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失

蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的維持對于細胞和生物體的正常功能至關(guān)重要。隨著年齡增長，蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)逐漸下降，會增加異常蛋白質(zhì)聚集體積累的風(fēng)險，故蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失被認為是衰老和各種年齡相關(guān)疾病的標(biāo)志。蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)包括以下核心組分，它們共同維持著蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)：

（1）分子伴侶和輔助伴侶促進有效的蛋白質(zhì)折疊和組裝，并防止錯誤折疊的蛋白質(zhì)聚集；

（2）自噬-溶酶體系統(tǒng)和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)是對蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要的兩個質(zhì)量控制途徑；一般來說，大的聚集體通過自噬在溶酶體中降解，而末端錯誤折疊的底物被蛋白酶體降解；

（3）應(yīng)激反應(yīng)途徑，如熱休克反應(yīng)（HSR）和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）與線粒體的 UPR（URPER/UPRmt）。

最近，越來越多的證據(jù)表明蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)與衰老和長壽密切相關(guān)。伴侶蛋白狀態(tài)、自噬-溶酶體系統(tǒng)、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的活動，以及 URPER 和 UPRmt 的功能，均可用作衰老的生物標(biāo)志物。

8.代謝失調(diào) ?

細胞代謝是維持生命的一項基本活動，與大多數(shù)生物過程密切相關(guān)，包括衰老和細胞衰老。衰老具有許多特征，其中有相當(dāng)一部分源于異常的代謝活動。由于細胞代謝對衰老過程產(chǎn)生深遠影響，因此代謝物自然被認為是衰老的良好生物標(biāo)志物。研究者們已經(jīng)付出了很多努力來測量不同年齡的人群代謝物的差異，一個名為 MetaboAge 的數(shù)據(jù)庫收錄了很多人類衰老相關(guān)代謝組研究。

目前已記錄數(shù)百種代謝物的水平隨年齡變化，其中數(shù)十種能夠促進或抵抗衰老過程；然而，由于個體的代謝異質(zhì)性和研究之間不同的代謝物檢測方法，只有少數(shù)代謝特征在多項研究中得到一致性驗證。這其中，7 種代謝物與年齡密切相關(guān)和/或引起跨物種的抗衰老作用，因此可以被認為是衰老代謝生物標(biāo)志物的候選。

9.異常信號通路 ?

細胞衰老是一種細胞命運調(diào)控程序，它通過強制細胞周期停滯去限制受損細胞增殖。細胞衰老可由多種形式的刺激觸發(fā)，包括 DNA 損傷信號、慢性氧化應(yīng)激和端粒功能障礙。并且，衰老細胞會分泌多種細胞因子和趨化因子，統(tǒng)稱為 SASP，它們又可以反過來啟動、促進或維持細胞衰老。

細胞衰老需要整合多個信號通路，迄今為止的實驗證據(jù)共同表明，盡管許多刺激可以誘導(dǎo)衰老反應(yīng)，但它們集中在兩個主要通路上，即 p53 途徑和 pRb 途徑，然而，這可能只是冰山一角。基因表達譜揭示了復(fù)制衰老反應(yīng)的特征是高度細胞類型特異性的，有多種途徑可以誘導(dǎo)細胞衰老。

在這些途徑中，TNFα 信號與衰老密切相關(guān)，TNFα 是一種多效性促炎細胞因子，可介導(dǎo)廣泛的生物學(xué)功能：刺激正常細胞增殖、對腫瘤細胞發(fā)揮細胞溶解活性、引起炎癥和免疫調(diào)節(jié)作用。同時，TNFα 也是一種有效的炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)劑，在許多慢性炎癥性疾病、與年齡相關(guān)疾病的發(fā)病機制中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用；此外，長期低水平 TNFα 可導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的慢性激活，稱為慢性炎癥。

10.衰老相關(guān)分泌表型（SASP）

細胞衰老代表一種特殊的細胞狀態(tài)，涉及多種病理生理過程和一系列年齡相關(guān)疾病，因此臨床對靶向細胞衰老進行治療，以實現(xiàn)健康衰老和預(yù)防、改善年齡相關(guān)疾病的興趣持續(xù)增長。在體內(nèi)外準(zhǔn)確識別和檢測衰老細胞是必不可少的環(huán)節(jié)，但在技術(shù)上仍具有挑戰(zhàn)性。目前已經(jīng)確定了幾種細胞衰老的生物標(biāo)志物，包括 SA-β-gal、p16INK4a 和 p21 CIP1，但很少有標(biāo)志物具備高靈敏度和特異性。

二、器官老化的生物標(biāo)志物

衰老包括許多可能不會同時改變的生物過程。如上一章所述，在細胞水平就是這樣的情況，在衰老維度的更高層級（即器官水平）中亦是如此。在本章中，我們將深入研究具有自身衰老生物標(biāo)志物的各個器官，每個器官都按 6 大支柱（生理學(xué)特征、影像學(xué)特征、組織學(xué)特征、細胞改變、分子改變、分泌因子）組織在同一個框架中進行敘述。

除了對特定器官具有特異性之外，一些生物標(biāo)志物往往由多個器官共享，或通過代償機制、系統(tǒng)反饋、以及涉及腸道和循環(huán)免疫細胞的外周免疫功能相互關(guān)聯(lián)。理想情況下，老化的生物標(biāo)志物應(yīng)在整個生命周期內(nèi)均可進行測量。因此，我們認為好的器官老化生物標(biāo)志物應(yīng)是特異性的、系統(tǒng)性的、可用的。

1.?腦老化

在細胞和分子水平上，已提出腦衰老十大標(biāo)志的假設(shè)：線粒體功能障礙、細胞內(nèi)氧化損傷分子累積、能量代謝失調(diào)、細胞“廢物處理”機制受損、適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)信號受損、DNA 修復(fù)受損、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動異常、神經(jīng)元鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)、干細胞耗竭和炎癥。

臨床上，腦老化表現(xiàn)為腦形態(tài)學(xué)改變、異常蛋白質(zhì)病理性堆積、生理功能改變。神經(jīng)影像學(xué)證實的衰老過程中的大腦形態(tài)變化，主要包括腦容量減少、灰質(zhì)和白質(zhì)退化、腦室擴大；或由腦小血管疾病引發(fā)神經(jīng)元細胞萎縮、樹突變性、脫髓鞘、代謝缺陷、小膠質(zhì)細胞激活和白質(zhì)病變形成而導(dǎo)致的皮質(zhì)變薄。腦 β-淀粉樣蛋白（Aβ）、tau 蛋白和 α-突觸核蛋白在腦中的病理性沉積，被認為是包括 AD 和 PD 在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病的標(biāo)志，也是腦老化的生理標(biāo)志。在表型和功能層面，腦老化的特點是學(xué)習(xí)、記憶、決策速度、感覺功能和運動協(xié)調(diào)能力下降，所有這些與腦老化相關(guān)的變化都對個人日常生活基本活動產(chǎn)生巨大影響，并導(dǎo)致衰弱等老年綜合征。

世界衛(wèi)生組織（WHO）最近提出的“內(nèi)在能力intrinsiccapacity）”概念，涉及個體在運動、認知、感覺、心理和活力方面的能力，可用于測量時序老化以及功能水平的腦老化。

神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞和內(nèi)皮細胞是腦的基本構(gòu)成部分。神經(jīng)元功能隨著衰老而下降，神經(jīng)元是有絲分裂后細胞，神經(jīng)元衰老的調(diào)節(jié)方式可能與增殖細胞的調(diào)節(jié)方式不同。盡管如此，在衰老的神經(jīng)元中也發(fā)現(xiàn) SA-β-gal 增加。衰老也會改變神經(jīng)元的形態(tài)，老年腦的突觸數(shù)量減少。在神經(jīng)元衰老過程中，線粒體功能降低，受損線粒體和 ROS 在神經(jīng)元中積累，mtDNA突變負荷增加，導(dǎo)致線粒體功能障礙，ATP 供應(yīng)減少，ROS 產(chǎn)生增加，最終導(dǎo)致神經(jīng)元的功能損害和大腦的進一步損害。腦老化也與神經(jīng)炎癥增加有關(guān)，炎癥細胞因子 IL-6 水平在健康老年動物腦中增加，腦中的 IL-6 會減少食物攝入，抑制記憶和學(xué)習(xí)，導(dǎo)致神經(jīng)變性。過去，對腦年齡相關(guān)的改變研究大多集中在神經(jīng)元上。然而，膠質(zhì)細胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中對“壓力”第一個做出反應(yīng)的細胞，膠質(zhì)細胞的細胞衰老（如端粒縮短），也可能干擾其生理功能。

占腦細胞數(shù)量 10%的小膠質(zhì)細胞實際上是腦的免疫細胞，在不同的腦條件下，小膠質(zhì)細胞的改變比其他膠質(zhì)細胞更為劇烈，衰老風(fēng)險因素可誘發(fā)小膠質(zhì)細胞的異常激活，這種激活導(dǎo)致神經(jīng)炎癥和突觸修剪增加，最終導(dǎo)致神經(jīng)回路損傷和神經(jīng)變性，溶酶體的擴大和積聚是異常小膠質(zhì)細胞的特征。星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元一樣，除非損傷等特殊情形外不會分裂，膠質(zhì)纖維酸性蛋白（GFAP）是星形膠質(zhì)細胞重新激活的生物標(biāo)志物。在人類中，星形膠質(zhì)細胞基因表達譜在不同年齡和腦區(qū)都有變化，特別是海馬和黑質(zhì)，值得注意的是，這兩個區(qū)域主要受到 AD 和 PD 的影響。少突膠質(zhì)細胞的作用還沒有得到很好的闡釋，老年腦中髓鞘化減少、髓鞘碎片不正常釋放，表明少突膠質(zhì)細胞功能異常。

2.?心臟老化

血管老化出現(xiàn)彈性纖維減少、斷裂纖維增加、膠原蛋白沉積、動脈壁鈣化和增厚，這些變化與心房傳導(dǎo)和功能損害，如心房順應(yīng)性和主動心房收縮有關(guān)，這與高血壓和死亡風(fēng)險增加相關(guān)。由于氧化應(yīng)激增加，心肌細胞數(shù)量會減少，左心室的成纖維細胞會隨著年齡增長而發(fā)生細胞衰老，剩余細胞發(fā)生代償性肥大，心室壁會變厚。與年齡相關(guān)的左心室結(jié)構(gòu)變化主要是向心性肥大，包括室壁厚度和左室質(zhì)量增加，以及左室腔縮小，這些變化導(dǎo)致心室順應(yīng)性降低，心室舒張功能隨年齡增長而下降，二者都是與年齡相關(guān)的射血分數(shù)保留的心力衰竭（HFpEF）的原因。在靜止?fàn)顟B(tài)下，左室收縮功能不受年齡影響，然而，當(dāng)面臨高的心輸出量需求或使用更敏感的心功能指標(biāo)（如左心室縱向應(yīng)變和應(yīng)變率）時，老年受試者的心室收縮功能會下降。心臟瓣膜與年齡相關(guān)的主要形態(tài)學(xué)變化是狹窄和反流，老化瓣膜的鈣質(zhì)和結(jié)締成分沉積增加，硫酸化糖胺聚糖含量下降，導(dǎo)致瓣膜僵硬，進而發(fā)展為瓣膜狹窄。與年齡相關(guān)的心包變化包括心包纖維化增加和心包脂肪組織沉積，脂肪組織會合成和分泌促炎的脂肪因子，這可能與老年人心房纖維化和傳導(dǎo)異常有關(guān)。隨著年齡增長，去甲腎上腺素和腎上腺素從組織中釋放到循環(huán)系統(tǒng)的數(shù)量增加，而兒茶酚胺清除率下降，交感神經(jīng)系統(tǒng)在衰老過程中被激活，這種激活在心力衰竭情況下被放大，竇房結(jié)和左心室的去甲腎上腺素釋放增加近 50 倍，可能與心律失常和心臟結(jié)構(gòu)重塑有關(guān)。由于竇房結(jié)、房室結(jié)和希浦系統(tǒng)的功能障礙，心臟電傳導(dǎo)系統(tǒng)相關(guān)疾病的發(fā)病率隨年齡增長而增加，導(dǎo)致心動過緩、心悸、頭暈、暈厥、疲勞和心源性猝死。

老化心臟中的細胞成分與年輕心臟相比有明顯不同，這一點在最近的單細胞研究中得到了很好闡釋。除了上面討論的老化心臟心肌組織中心肌細胞損失外，免疫細胞如巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞和 T 細胞的富集也受到衰老的影響。例如，人類和嚙齒動物的樹突狀細胞和巨噬細胞可分泌趨化因子和細胞因子（如 TARC/CCL17），通過調(diào)節(jié)輔助 T 細胞促進心臟老化。老化心肌組織內(nèi)的許多細胞顯示出細胞衰老特征，成纖維細胞和內(nèi)皮細胞表達和分泌典型的 SASP，如 IL-6、凝血酶原激活物抑制因子 1（PAI-1）、TNFα、CXCLs 和 MMPs；衰老的血管內(nèi)皮細胞可發(fā)生內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EndoMT）和纖維化，受到 TGF-β、內(nèi)皮素-1（EDN1）和 IL-1 等細胞因子的調(diào)節(jié)；心肌細胞也可表現(xiàn)出細胞衰老，但其衰老的標(biāo)志與內(nèi)皮細胞等增殖細胞的衰老標(biāo)志有很大不同，衰老心肌細胞表現(xiàn)出 DNA 損傷、 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）壓力、線粒體功能障礙、肥大性生長和非典型 SASP（如 TGF-β2、GDF15 和 EDN3）以及收縮功能障礙等特征。此外，心肌細胞在衰老過程中體細胞突變積累表明與年齡相關(guān)的 DNA損傷和廣泛的氧化性基因毒性，這種與年齡相關(guān)的心臟突變積累為衰老對心臟功能障礙的影響提供了解釋。清除衰老細胞可減少心臟老化特征（肥大和纖維化），并延長小鼠的壽命。細胞的變化主要由相關(guān)細胞器以及細胞器和細胞核之間的串?dāng)_來調(diào)節(jié)。線粒體是心肌細胞穩(wěn)態(tài)中的關(guān)鍵細胞器，心肌細胞對能量的需求很高，這在進化上導(dǎo)致心肌細胞內(nèi)線粒體數(shù)量很多。雖然與心肌細胞相比，內(nèi)皮細胞的線粒體數(shù)量較少，但內(nèi)皮細胞中的線粒體也以至關(guān)重要的方式調(diào)節(jié)內(nèi)皮功能，如血管生成和旁分泌（血管內(nèi)分泌）功能。線粒體不僅通過供應(yīng)能量和調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激來調(diào)節(jié)心肌功能，還通過提供酰基-CoA 等供體來調(diào)控蛋白質(zhì)和組蛋白的翻譯后修飾，如 ECHS1 突變引起的線粒體巴豆酰-CoA 失調(diào)是衰老相關(guān)心臟肥大和纖維化的一個關(guān)鍵機制。老化心臟中可觀察到線粒體結(jié)構(gòu)和功能異常，線粒體動力學(xué)失衡（融合-裂變異常）加速心臟細胞的線粒體衰老，是心臟衰老和疾病的一個重要生物標(biāo)志。

3.?血管老化

功能上，老化血管表現(xiàn)出硬度增加、對血管活性物質(zhì)的敏感性降低，以及血管生成減少。測量動脈血管硬度的金標(biāo)準(zhǔn)是頸股動脈脈搏波速度（PWV），即血壓波從頸動脈傳導(dǎo)到股動脈的速度，臂踝 PWV 和心踝 PWV 在臨床上也常被應(yīng)用，PWV 增加與時序年齡相關(guān)，并且與 CVD 風(fēng)險和全因死亡率增加有關(guān)。血壓升高也是衰老的一個共同特征，并且同樣是心血管事件和死亡率升高的主要原因，高血壓通常先于動脈硬化，并可互相促進，表明它們之間存在正反饋回路。

血管內(nèi)皮細胞（VECs）通過產(chǎn)生一氧化氮（NO，血管擴張物質(zhì)）或血管緊張素Ⅱ（Ang Ⅱ，血管收縮物質(zhì)）來感知和響應(yīng)來自血液的刺激，并調(diào)節(jié)血管平滑肌細胞（VSMCs），內(nèi)皮功能障礙是血管老化和病變的核心機制。例如，與年齡相關(guān)的內(nèi)皮依賴性舒張反應(yīng)減少導(dǎo)致血管生成減少，是血管老化的另一個主要特征。內(nèi)皮功能障礙也增加了對動脈粥樣硬化的易感性，其特征是富含脂質(zhì)和炎癥的粥樣斑塊積聚在中、大動脈的內(nèi)膜下空間中，內(nèi)皮功能受損和內(nèi)皮完整性受損被認為是動脈粥樣硬化的主要驅(qū)動因素和早期事件。內(nèi)皮功能障礙可通過超聲，使用流量介導(dǎo)的擴張（FMD）技術(shù)進行無創(chuàng)測量，血管在受到切應(yīng)力瞬時閉塞后，NO 等血管活性物質(zhì)釋放，肱動脈血流產(chǎn)生變化，F(xiàn)MD 對此變化進行測量，可檢查肱動脈內(nèi)皮功能；外周動脈張力測量法（PAT）可測量手指外周微血管功能，經(jīng)自然對數(shù)轉(zhuǎn)換后得到反應(yīng)性充血指數(shù)（RHI）。幾項前瞻性研究表明，F(xiàn)MD 和 RHI 都是未來心血管事件的獨立預(yù)測因子，但這兩種方法并不密切相關(guān)，表明它們反映了血管功能的不同方面。

4.?肺老化

肺是人體表面積最大的器官，其主要功能是與外界環(huán)境進行氣體交換，肺組織穩(wěn)態(tài)對生命和健康至關(guān)重要。越來越多的證據(jù)表明，隨著年齡增長，肺功能面臨進行性損害，其特征是阻礙氣體交換的物理、機械和結(jié)構(gòu)變化。肺老化的特征是呼吸肌（尤其是膈肌）無力、胸壁僵硬。隨著 COVID-19 的爆發(fā)和流行，肺炎引起的急性呼吸窘迫綜合征（ARDS），特別是在老年人群中，導(dǎo)致了全球醫(yī)療危機和衛(wèi)生資源嚴(yán)重擠兌。

肺是一個復(fù)雜的多細胞器官，包括有肺泡上皮細胞、血管內(nèi)皮細胞、氣道上皮細胞、成纖維細胞、巨噬細胞、血小板、中性粒細胞等。肺的細胞和分子調(diào)節(jié)過程會在一生中發(fā)生變化。更深入地了解隨著衰老發(fā)生的肺內(nèi)變化對于開發(fā)高效的臨床治療至關(guān)重要。

衰老導(dǎo)致老化肺易患各種呼吸系統(tǒng)疾病：例如慢性阻塞性肺病（COPD）、ARDS、間質(zhì)性肺纖維化（IPF）和肺炎。高齡是慢性呼吸道疾病的主要危險因素。數(shù)據(jù)證明，COVID-19導(dǎo)致 80 歲以上老年人的死亡率是 50 歲人群的 20 倍。

人體呼吸系統(tǒng)負責(zé)對來自外部環(huán)境的不同刺激做出反應(yīng)，是人體重要的免疫界面。在衰老過程中，慢性抗原刺激和氧化自由基持續(xù)積累可導(dǎo)致促炎細胞因子的產(chǎn)生。肺泡巨噬細胞（AMs）是肺組織中比例最大的駐留免疫細胞，在識別、啟動和消除宿主對外部微生物的免疫防御中起著關(guān)鍵性作用。單細胞轉(zhuǎn)錄組結(jié)果表明，肺部環(huán)境驅(qū)動了 AMs 對增殖的年齡相關(guān)抗性，這種抗性在甲型流感病毒感染期間持續(xù)存在，這種變化由老年小鼠肺組織 ECM 中乙酰透明質(zhì)酸增加引起。AMs 的吞噬能力也與年齡相關(guān)，吞噬能力下降導(dǎo)致肺部病原體清除受損或延遲。中性粒細胞胞外陷阱（NETs）在免疫調(diào)節(jié)、病原體清除和疾病病理過程中發(fā)揮著重要作用，NETs 介導(dǎo)的病原體破壞作用隨著年齡增長而減弱，會進一步導(dǎo)致細菌清除受損，可能增加老年人對感染的易感性。在健康老年人中，支氣管肺泡灌洗液（BAL）中的中性粒細胞比例升高，巨噬細胞比例降低。此外，老年人 CD4+和 CD8+ T 細胞減少會損害流感疫苗誘導(dǎo)的免疫力和對流感病毒的細胞毒性。

5.?骨骼肌老化

骨骼肌是體內(nèi)質(zhì)量最大的組織，在調(diào)節(jié)姿勢、運動、呼吸和代謝方面起著關(guān)鍵作用。健康肌肉具有獨特的再生能力，在常規(guī)損傷或急性損傷后功能可以得到完全恢復(fù)，這一恢復(fù)能力在很大程度上歸功于肌肉干細胞（MuSCs，也稱肌衛(wèi)星細胞）的存在。肌肉質(zhì)量和力量在成年早期達到頂峰，在 40 歲后逐漸下降，隨后下降會更加劇烈，尤其是在強度方面，這主要是由于大量肌纖維萎縮和損失。

骨骼肌老化的特征不僅是肌肉質(zhì)量下降，肌肉功能也會下降，這一下降現(xiàn)象通常被稱為與年齡相關(guān)的肌少癥。肌少癥會導(dǎo)致各種與發(fā)病率和醫(yī)療費用增加高度相關(guān)的不良后果，預(yù)計肌少癥的流行將成為未來幾年的主要公共衛(wèi)生問題。與年齡相關(guān)的肌少癥的進展受到遺傳和環(huán)境生活方式之間相互作用的復(fù)雜影響，鑒于人們對涉及驅(qū)動骨骼肌老化的無數(shù)內(nèi)在和外在的分子和細胞機制因素知之甚少，開發(fā)擁有肌少癥的敏感性和特異性生物標(biāo)志物一直是一項艱巨的挑戰(zhàn)。因此，揭示骨骼肌老化的分子和細胞生物標(biāo)志物，對于更準(zhǔn)確地定義和監(jiān)測肌肉減少狀態(tài)至關(guān)重要。最終能為我們提供新的機會，將對其病理生理學(xué)的理解轉(zhuǎn)化為改進診斷、治療和預(yù)防策略。

6.?肝臟老化

與其他器官類似，肝臟會隨著年齡增長經(jīng)歷一系列形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的退行性變化。肝臟老化的生理特征包括體積縮小、灌注減少和功能性萎縮。從大體形態(tài)上看，老年人肝臟并不比年輕人小，而微觀觀察顯示老年人肝細胞數(shù)量更少但體積更大。據(jù)報道，在健康老年動物肝臟中，肝竇細胞表型的輕微改變即會導(dǎo)致肝血管阻力輕度增加，從而降低有效肝灌注。盡管老化肝臟表現(xiàn)出一些形態(tài)學(xué)變化，但與其他老化器官不同，老化肝臟仍可表現(xiàn)出正常功能儲備，只是再生能力顯著降低。此外，正常老化肝臟中有巨噬細胞聚集，巨噬細胞自噬的衰老相關(guān)損傷導(dǎo)致促炎細胞因子釋放（尤其是 IL-6），這可能與年齡相關(guān)生理功能障礙有關(guān)。

慢性肝臟炎癥會導(dǎo)致肝纖維化，與年輕小鼠相比，衰老小鼠肝臟中總膠原蛋白含量（纖維化嚴(yán)重程度標(biāo)志）顯著增加。毫無疑問，衰老不僅使個體更容易發(fā)生肝纖維化，還會增加各種肝病預(yù)后不良的風(fēng)險，導(dǎo)致死亡率增加。

?肝組織包含多種細胞類型，包括肝細胞、肝血竇內(nèi)皮細胞（LSEC）、肝星狀細胞（HSC）和免疫細胞。老化肝臟中肝細胞數(shù)量相對減少，而多倍體肝細胞從不到 15%增加到約 42%。從形態(tài)學(xué)上看，衰老肝細胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面積顯著減少，這與肝微粒體蛋白合成活性下降有關(guān)；此外，隨著年齡相關(guān)的嵴和內(nèi)膜結(jié)構(gòu)變化，線粒體增大（出現(xiàn)“巨型線粒體”）但數(shù)量減少且功能下降；衰老肝細胞的自噬活性明顯受損，導(dǎo)致錯誤折疊蛋白質(zhì)水平升高，蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)喪失，蛋白質(zhì)聚集體（如脂褐素）形成。衰老肝細胞也降低了 DNA 合成和修復(fù)的速度，表現(xiàn)出更高的基因組不穩(wěn)定性。因此，衰老肝細胞隨著年齡增長而增加，并有更多的脂質(zhì)積累和 ROS 產(chǎn)生，此外，衰老肝細胞釋放細胞因子（如 IL-6、TNFα 和 IL-8），導(dǎo)致與年齡相關(guān)的炎癥。

如前所述，由于老化肝臟中竇狀內(nèi)皮的假毛細血管化，老化的 LSECs 去分化，舒張和分泌能力降低，NO 生物利用度降低就是證明；此外，老化的 LSECs 表現(xiàn)出輕度促炎狀態(tài)，CD68+細胞增加，vWF 和 ICAM-1 分泌增加，一些 LSECs 還會隨著 p16INK4a 上調(diào)和 SIRT1下調(diào)而發(fā)生細胞衰老。老化肝臟中 HSCs 數(shù)量增加，且衰老 HSCs 呈現(xiàn)中度激活狀態(tài)，不同激活標(biāo)志物的表達增加：包括 α-SMA、膠原蛋白 1α1、膠原蛋白 1α2 和 p-moesin，以及基質(zhì)重塑基因表達（如TIMP-2 和 MMP9）變化，老化肝臟中 HSCs 激活伴隨著細胞內(nèi)脂滴數(shù)量和大小增加，此外老化 HSCs 具有升高的 PNPLA3 和降低的 RBP-1 表達，表明維生素 A 代謝發(fā)生了改變；一些 HSC 也會發(fā)生端粒磨損、細胞衰老。

衰老還與免疫細胞的顯著改變有關(guān)，肝枯否細胞（KCs）數(shù)量隨著年齡增長而增加，并且這些細胞顯示出基礎(chǔ)激活狀態(tài)，老化的 KCs 顯示出線粒體功能缺陷、吞噬活性降低、細胞因子產(chǎn)生增加。促炎性 M1 型巨噬細胞在老化肝臟中積累，同時高表達 NAD+消耗酶 CD38，這可能由衰老細胞分泌的炎性細胞因子誘導(dǎo)；老化肝臟中的中性粒細胞數(shù)量增加，而樹突狀細胞數(shù)量減少。幼稚 CD8+ T 細胞豐度減少，還存在明顯的與年齡相關(guān)的 PD1+ TOX+CD8+ T細胞亞群，占到組織中所有 CD8+ T 細胞的 60%；表現(xiàn)出 T 細胞衰竭表型，在 TCR 刺激后產(chǎn)生一組獨特的促炎細胞因子，活化的 PD1+CD4+ T 細胞也在老化的肝臟中積累；NK 細胞和 1 型先天性淋巴樣細胞（ILC1s）在老化肝臟中的豐度減少。值得注意的是，老化肝臟中內(nèi)皮細胞與各種免疫細胞類型之間的通訊發(fā)生了顯著變化，這是另一個表明內(nèi)皮細胞在年齡相關(guān)的免疫反應(yīng)中重要性的跡象。

7.?腎臟老化

腎臟老化的生物學(xué)過程很復(fù)雜，涉及細胞、組織、器官和周圍微環(huán)境的多種變化。我們將重點關(guān)注腎臟老化過程中細胞衰老、自噬和炎癥的分子變化，但讀者應(yīng)該明白，這個列法并不詳盡。

（1）細胞衰老：AKI 后腎功能恢復(fù)在老年患者中明顯更差，這種再生潛能下降是衰老過程的標(biāo)志，可能是由細胞衰老引起的。作為支持，最近的研究表明，不斷清除衰老細胞可以減輕與年齡相關(guān)的腎功能惡化和腎小球硬化；衰老細胞的積累也可以解釋腎臟疾病隨著衰老而增加的患病率。正如 Huang 等人所作的系統(tǒng)綜述，幾乎所有腎細胞類型的細胞衰老都參與了 AKI 和 CKD 的發(fā)病機制。在老化腎臟中也發(fā)現(xiàn)了細胞衰老的常見分子變化，包括p16INK4a 和 p53/p21CIP1 上調(diào)、SA-β-gal 活性增加、端粒縮短和 SASP。Klotho 是一種衰老干預(yù)蛋白，在腎小管上皮細胞中高表達，對血管鈣化、缺氧、細胞再生和細胞衰老有影響，α-Klotho 下調(diào)對腎臟老化具有特異性，Klotho 敲除小鼠顯示動脈硬化是其衰老表型的一部分。因此，開發(fā)可靠的檢測方法來監(jiān)測 Klotho 水平可能有助于預(yù)測腎功能下降和 CKD 的進展。

（2）自噬：自噬在老化和不同腎臟疾病模型中得到了深入研究。有人提出，由于足細胞和腎小管上皮細胞的壽命長，可能特別依賴于自噬功能，以便在其生命周期內(nèi)有效地“自凈”蛋白質(zhì)聚集體和缺陷細胞器。事實上，足細胞顯示出很高的基線自噬率；Atg5（自噬機制的一個關(guān)鍵組分）足細胞特異性缺失會引發(fā)衰老表型，積累脂褐素、氧化蛋白和sequestosome 1 陽性蛋白聚集體；當(dāng) Atg5 在腎小管上皮細胞中被選擇性敲除時，也出現(xiàn)了類似的結(jié)果，導(dǎo)致腎功能受損并具有促衰老表型。基于這些數(shù)據(jù)，足細胞或腎小管上皮細胞中與年齡相關(guān)的自噬紊亂有望成為促衰老機制發(fā)揮作用。

（3）炎癥：腎臟老化與亞臨床全身慢性炎癥狀態(tài)有關(guān)，免疫衰老是最重要特征之一。免疫衰老涉及一系列由衰老引起的免疫系統(tǒng)改變，其特征是兩個相反的標(biāo)志：免疫反應(yīng)缺陷和全身炎癥增加。在腎臟中，駐留的巨噬細胞和成纖維細胞不斷暴露于外部環(huán)境因素，局部免疫反應(yīng)誘導(dǎo)的細胞重編程效應(yīng)隨著年齡增長而積累，可能與老年人對腎臟疾病的易感性增加有關(guān)。

8.?骨老化

骨組織形態(tài)學(xué)在研究骨的微觀結(jié)構(gòu)、形態(tài)、病變特征和病理過程中起著至關(guān)重要的作用。組織形態(tài)學(xué)表明，骨形成率隨著年齡增長而顯著下降，與年齡相關(guān)的骨質(zhì)疏松癥的形態(tài)特征是骨小梁數(shù)量、平均寬度和分離度減少，平均骨壁厚度和骨髓內(nèi)細胞數(shù)量減少而脂肪組織增加，骨礦物質(zhì)沉積率和類骨質(zhì)沉積率一致，破骨細胞周圍礦物質(zhì)沒有明顯流失。對大鼠骨骼

的組織形態(tài)學(xué)分析表明，老年大鼠的破骨細胞數(shù)量、表達Ⅰ型膠原蛋白 mRNA 的成骨細胞的活性和數(shù)量均有所減少。在松質(zhì)骨中，衰老改變了破骨細胞和成骨細胞之間的關(guān)系，表現(xiàn)出顯著增加的基質(zhì)或成骨細胞誘導(dǎo)的破骨細胞形成和成骨細胞前體池擴增。骨膜含有未分化的間充質(zhì)干細胞，具有在骨折愈合和軟骨修復(fù)過程中形成軟骨的潛力，兔模型分析顯示，隨著年齡增長，骨膜的軟骨形成潛能明顯下降。

對于 OA 而言，關(guān)節(jié)軟骨退變是核心病理改變。在損傷后的早期階段，軟骨細胞增殖并形成細胞簇，并產(chǎn)生基質(zhì)重塑酶；當(dāng) OA 進展時，軟骨細胞表現(xiàn)出大細胞形態(tài)和增殖能力進一步下降，軟骨形成減少。OA 中的軟骨細胞表現(xiàn)出高水平的細胞衰老；在老化的軟骨中，軟骨細胞呈成纖維細胞狀，直徑較大，分布面積較大，細胞骨架蛋白更新率低，將導(dǎo)致軟骨

退化。

9.?脂肪組織老化

脂肪組織（AT），是由成熟脂肪細胞、前脂肪細胞、脂肪祖細胞、血管內(nèi)皮細胞和免疫細胞組成的，具有高度靈活性和異質(zhì)性的器官。雖然脂肪組織最初被認為是一種惰性能量儲存庫，但現(xiàn)在公認 AT 是一種代謝活躍的內(nèi)分泌器官，對全身能量平衡、食物攝取、脂質(zhì)和血糖穩(wěn)態(tài)、產(chǎn)熱和免疫反應(yīng)都至關(guān)重要。

存在以不同的解剖位置、形態(tài)和功能為特征的 3 種類型 AT：在小鼠中，白色脂肪組織（WAT）的主要功能是將能量儲存為甘油三酯形式，肩胛間棕色脂肪組織（BAT）和皮下 WAT（sWAT）分散的米色脂肪組織以產(chǎn)熱方式耗散能量；成年人擁有各種 WAT 庫，以及功能性BAT 和米色脂肪（主要分布在頸部和鎖骨上區(qū)域）。白色脂肪細胞形態(tài)表現(xiàn)為含有單個脂滴和較少線粒體數(shù)量；而棕色脂肪細胞含有多房脂滴，較多線粒體含量賦予其褐色外觀，并可表達高水平的產(chǎn)熱解偶聯(lián)蛋白 1（UCP-1）；米色脂肪細胞則以分散的方式存在于 sWAT 中，在基礎(chǔ)狀態(tài)下與白色脂肪細胞無法區(qū)分，但在冷暴露、β3-腎上腺素能信號輸入、輕度熱療和運動等刺激條件下，通過稱為“褐變”的過程轉(zhuǎn)化為棕色脂肪細胞樣特征；米色脂肪細胞的這種可誘導(dǎo)產(chǎn)熱能力，賦予增加能量消耗的巨大潛力，從而有望成為代謝疾病的治療靶點。

10.?皮膚老化

皮膚老化是衰老最顯而易見的結(jié)果，它也在一定程度上直接反映了全身衰老的程度。皮膚老化是一個復(fù)雜的多因素過程，涉及多個步驟，其中時序老化和光老化密切關(guān)聯(lián)。老化皮膚表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)、功能、細胞和分子的變化以及衰老細胞的積累，而衰老細胞伴隨著 SASP，通過旁分泌過程誘導(dǎo)相鄰細胞衰老，進一步引發(fā)其他組織與年齡相關(guān)的功能障礙。

皮膚上皮成分包含毛囊間上皮（IFE）、毛囊、皮脂腺和汗腺，它是一種不斷自我更新的組織，主要由角質(zhì)形成細胞構(gòu)成。IFE 是由基底層、棘層、顆粒層和角化層構(gòu)成的復(fù)層上皮，老年人的 IFE 保持了正常的分層結(jié)構(gòu)，但顯示出上皮延伸向真皮和/或整體厚度減少；在基底層，整體細胞密度和表達高 MCSP 和 β1-catenin 的 IFE 干細胞（IFESCs）豐度降低，但有趣的是，老年人 IFE 中整體細胞增殖不一定會減少，只是可能會進一步局限于基底層。增加的 p16INK4a+衰老細胞可能主要是黑素細胞，IFESCs 的克隆性擴增在皮膚老化過程中很普遍。

HF 是由毛囊干細胞（HFSCs）驅(qū)動的循環(huán)再生微型器官，在晚期 HF 老化中，HFSCs 通過轉(zhuǎn)分化或細胞凋亡被耗盡，導(dǎo)致 HF 微型化；而早期 HF 老化中，HFSCs 得以維持，但再生反應(yīng)遲鈍。頭發(fā)變白是由 HF 黑素細胞及其干細胞的損失引起的，且還與人類頭皮 HFs 中的毛發(fā)祖細胞消耗有關(guān)。HF 老化還伴隨著附近感覺神經(jīng)元的分布變化和 SGs 萎縮或功能障礙。

皮膚真皮層主要由真皮成纖維細胞及其 ECM 構(gòu)成。真皮成纖維細胞在正常情況下大部分是非增殖性的，且在衰老過程中逐漸丟失，導(dǎo)致真皮萎縮、組織密度降低、ECM 成分改變、細胞與膠原纖維之間的接觸減少，以及 p16INK4a+衰老細胞的累積。

皮膚中不同類型的免疫細胞在衰老過程中也會發(fā)生不同的變化。在自然老化的 IFE 中，朗格漢斯細胞數(shù)量及其遷移能力降低，CD4 +/CD8+ T 細胞比例增加，單核細胞增殖能力降低，伴有免疫反應(yīng)和創(chuàng)傷愈合能力受損。在 HF 老化過程中，觀察到 HFSCs 中免疫細胞浸潤增加和炎癥信號通路激活。在真皮光老化過程中也觀察到巨噬細胞、T 細胞和肥大細胞的浸潤增加。

11.?腸道老化

腸道屏障損壞（腸漏）在動物和人類研究中都被描述為腸道衰老的病理學(xué)標(biāo)志。隨著年齡增長，腸道消化吸收功能減弱，這種生理變化顯著改變了腸道菌群結(jié)構(gòu)：例如嗜黏蛋白阿克曼菌（Akk）和產(chǎn)短鏈脂肪酸（SCFA）菌減少，而潛在促炎性共生微生物顯著增加。Akk 是一種腸道細菌，可降解黏蛋白并為有益微生物提供能量，并通過激活上皮細胞和產(chǎn)生粘液來保護腸上皮完整性；它在衰老小鼠和老年人腸道中減少腸漏，進而導(dǎo)致全身炎癥水平的降低。總之，在腸道老化過程中，生理特征的變化包括腸道菌群多樣性的減少和 Akk 菌等有益菌的減少，以及腸道通透性的升高，進而引發(fā)一系列健康問題，包括腸動力紊亂、食欲下降、腸漏、腸道炎癥和老年人過早死亡。

12.?胰腺老化

胰腺的外分泌和內(nèi)分泌部分都會老化。胰腺外分泌功能隨著年齡增長而退化，表現(xiàn)為胰腺外分泌功能不全（EPI），這可能導(dǎo)致消化不良和營養(yǎng)不良。促胰液素激發(fā)試驗（SST）是評估胰腺外分泌功能的標(biāo)準(zhǔn)測試，可測量胰液分泌量、碳酸氫鹽輸出量和胰酶輸出量；基于該測試的研究表明，老年人的十二指腸抽吸物中胰腺分泌物的體積顯著減少，胰酶和碳酸氫鹽的濃度降低，淀粉酶和胰蛋白酶活性降低。糞便彈力蛋白酶試驗（FET）可測定糞便中彈力蛋白酶-1（FE-1，一種由胰腺分泌的酶）的含量，是診斷中重度胰腺外分泌功能不全的高度敏感標(biāo)志物；10%-21.6%的老年人存在EPI（FE-1＜200 μg/g），其中5%存在重度EPI（SEPI，F(xiàn)E-1＜100 μg/g），EPI 和 SEPI 的發(fā)生率隨年齡增長顯著增加。對于胰腺內(nèi)分泌，其功能主要體現(xiàn)在血糖調(diào)控、糖耐量、空腹或餐后胰島素/C 肽分泌等方面。糖化血紅蛋白（HbA1c）是臨床評估血糖控制情況的檢測指標(biāo)，可反映既往 2-3 個月的血糖波動情況；幾項針對不同人群的研究報告稱，老年人 HbA1c 水平高于年輕人，特別是對于患有 2 型糖尿病（T2D）的老年人，建議采用不太嚴(yán)格的 HbA1c 控制標(biāo)準(zhǔn)，以最大限度地提高治療獲益并減少危害。

糖耐量和胰島素分泌通常通過口服葡萄糖耐量試驗（OGTT）來測量；在人類中，葡萄糖耐量會隨著年齡增長而逐漸下降，這種與年齡相關(guān)的葡萄糖耐受不良通常伴有胰島素抵抗；隨著年齡增長，葡萄糖或膳食刺激的胰島素/C 肽分泌下降也表明老年人 β 細胞功能障礙。這些檢測具有作為生物標(biāo)志物的價值，可用于診斷代謝疾病和評估胰腺健康狀況與老化情況。

13.?生殖系統(tǒng)老化

與大多數(shù)體細胞器官不同，尚未在成年卵巢中發(fā)現(xiàn)生殖干細胞。由于缺乏新卵子發(fā)生導(dǎo)致卵母細胞耗盡后無法補充，導(dǎo)致卵泡儲備耗盡，因此不可避免地會發(fā)生絕經(jīng)。因此，大量卵泡閉鎖和周期性排卵引起?PMF?庫耗竭是卵巢老化的根本原因。

與年齡相關(guān)的女性生育能力下降也歸因于卵母細胞質(zhì)量下降，線粒體功能障礙、ROS、重組失敗、黏連蛋白（cohesin）功能下降和紡錘體組裝檢查點失調(diào)是導(dǎo)致卵母細胞非整倍體的主要原因：線粒體生物發(fā)生減少、線粒體穩(wěn)態(tài)受損和自由基失衡在卵巢老化中起著關(guān)鍵作用。來自?38?歲以上女性的顆粒細胞含有更高水平的?mtDNA?缺失和受損線粒體數(shù)量，導(dǎo)致類固醇激素生物合成能力降低和?ROS?生成增加；卵丘細胞?mtDNA?含量可被視為高齡女性體外受精結(jié)果的生物標(biāo)志物。與年齡相關(guān)的卵母細胞和卵巢其他細胞中?ROS?水平升高以及抗氧化能力降低，導(dǎo)致氧化應(yīng)激，從而降低卵母細胞質(zhì)量并加速卵巢老化過程；抗氧化治療

可能延緩卵巢老化。單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)圖譜顯示，早期卵母細胞中?GPX1?和?GSR?表達下降，或顆粒細胞中氧化還原酶活性的?IDH1、PRDX4?和?NDUFB10?表達水平降低，可以提供特定的分子生物標(biāo)志物來表征卵母細胞質(zhì)量并提示卵巢老化。人類卵母細胞非整倍體歸因于固有的減數(shù)分裂紡錘體不穩(wěn)定性、分裂細胞附著增加以及著絲粒和染色體結(jié)構(gòu)中與年齡相關(guān)的變化，與年齡相關(guān)的紡錘體異常和染色體錯位會降低卵母細胞質(zhì)量，導(dǎo)致高齡女性非整倍體患病率更高。卵母細胞與周圍顆粒細胞或卵丘細胞之間的細胞間通訊對于發(fā)育過程中的卵泡發(fā)生以及維持卵巢功能至關(guān)重要，顆粒細胞為卵母細胞和卵泡發(fā)育提供營養(yǎng)和機械支持，顆粒細胞、卵丘細胞和基質(zhì)細胞的衰老可導(dǎo)致炎癥和纖維化。排卵也是一個強烈的炎癥過程，會產(chǎn)生?ROS?并導(dǎo)致氧化損傷。與年齡相關(guān)的膠原蛋白增加和乙酰透明質(zhì)酸減少在人類卵巢中是保守的，此外?AGEs?在卵泡的積累可能引發(fā)卵巢早衰，顆粒細胞或卵泡液衍生細胞表面AGEs?的測量可用作卵巢老化的生物標(biāo)志物。

人類睪丸老化最常見的組織學(xué)模式是曲細精管病變（硬化、變薄、閉塞），其他特征包括曲細精管管徑縮小、與精子發(fā)生停滯相關(guān)的間質(zhì)纖維化，以及基底膜和白膜增厚。

（1）生殖細胞：生殖細胞隨年齡減少通常從精子細胞開始，逐漸影響不太成熟的精母細胞或精原細胞，直到形成完全硬化的曲細精管；然而，關(guān)于衰老過程中精原細胞數(shù)量的研究結(jié)果并不一致。老年人類睪丸中由于鄰近精母細胞或精子細胞的細胞膜融合而導(dǎo)致多核等形態(tài)學(xué)變化，在超微結(jié)構(gòu)水平上，精母細胞和精原細胞可見核內(nèi)包涵體，細胞質(zhì)內(nèi)可見螺旋狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；精子細胞中與年齡相關(guān)的改變包括頂體畸形、多余核膜、核內(nèi)包涵體、細胞質(zhì)中過多液滴和核不規(guī)則構(gòu)型。

（2）支持細胞：支持細胞數(shù)量隨著年齡增長而下降，并表現(xiàn)出多種超微結(jié)構(gòu)和組織學(xué)改變，例如細胞核形狀不規(guī)則、定位丟失、囊泡增大、線粒體化生、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)疏松和有泡、溶酶體不規(guī)則，去分化和多核化也有報道。衰老支持細胞的細胞連接也失去了特征性的外觀并退化，表明老年人的血睪屏障受損。

（3）間質(zhì)細胞：與睪丸中的其他類型細胞相比，關(guān)于?Leydig?細胞群在衰老過程中表現(xiàn)的研究存在更多矛盾。人們普遍認為，Leydig?細胞分泌睪丸激素的能力在衰老過程中會下降，在老化?Leydig?細胞中觀察到許多與年齡相關(guān)的形態(tài)學(xué)和超微結(jié)構(gòu)變化，例如細胞萎縮、多核化、核內(nèi)?Reinke?晶體、空泡，以及脂褐素和脂滴的積累，還會出現(xiàn)去分化跡象以及平滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體數(shù)量減少。

14.?造血系統(tǒng)老化

造血系統(tǒng)老化的特征是造血穩(wěn)態(tài)逐漸破壞，導(dǎo)致紅細胞和淋巴細胞的產(chǎn)生減少，髓系細胞產(chǎn)生相對增加，這些變化與貧血和感染風(fēng)險增加、疫苗接種反應(yīng)差、骨髓衰竭風(fēng)險增加以及老年人患血液惡性腫瘤有關(guān)。大多數(shù) HSCs 在穩(wěn)態(tài)環(huán)境中處于靜止或休眠狀態(tài)，有利于維持其功能和年輕化，而過度增殖會導(dǎo)致耗竭，老化 HSCs 自我更新、再生潛力和歸巢能力受損。老年人中最常見的血液病是貧血，可能由鐵、葉酸和維生素 B12 缺乏以及慢性炎癥引起，1/3 病例的貧血原因尚未確定，包括意義未明的特發(fā)性血細胞減少癥（ICUS）患者，30%的 ICUS 患者被發(fā)現(xiàn)有體細胞突變的 HSCs 克隆擴增。免疫系統(tǒng)的所有細胞都來源于 HSCs，故免疫衰老源于 HSCs 的衰老，使老年人易受感染，B 細胞產(chǎn)量及其抗體多樣性下降可能是老年人接種疫苗效果較差，并且更容易患上自身免疫性疾病的原因；幼稚 T 細胞逐漸減少，導(dǎo)致適應(yīng)性免疫功能障礙和隨后的癌癥易感性增加；NK 細胞數(shù)量增加，但細胞毒性減弱，細胞因子分泌減少。單核細胞是先天免疫的重要組成部分，通過分化為抗原呈遞細胞（如巨噬細胞和樹突狀細胞）發(fā)揮作用，在造血衰老過程中，循環(huán)中的中性粒細胞和單核細胞數(shù)量增加，但功能下降，表現(xiàn)為中性粒細胞向刺激物遷移減少和巨噬細胞吞噬活性降低，從而影響先天免疫系統(tǒng)。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)了具有血小板偏倚的多能 HSCs，可能與年齡相關(guān)的血小板計數(shù)下降和功能變化有關(guān)，對于血栓性疾病至關(guān)重要。

15.?免疫系統(tǒng)老化 ?

人體免疫系統(tǒng)老化的最重要標(biāo)志之一是胸腺退化。人類胸腺在出生時重 10-15 克，在青春期發(fā)育至 30-40 克，此后胸腺的皮質(zhì)和髓質(zhì)開始被脂肪組織取代，到了老年，整個胸腺會減少到約 10 克。人類胸腺的退化包括其組織結(jié)構(gòu)的解構(gòu)、胸腺大小和重量的減少以及胸腺細胞數(shù)量的減少。胸腺是 T 細胞發(fā)育的主要器官之一，衰老引起的胸腺功能退化可直接導(dǎo)致幼稚 T 細胞產(chǎn)量下降、記憶 T 細胞的代償性克隆擴增以及外周 T 細胞多樣性的降低；胸腺退化還可能導(dǎo)致 T 細胞活性下降，進而導(dǎo)致免疫力下降，并可能導(dǎo)致免疫耐受缺陷和自身免疫反應(yīng)增強。

人體有 300-500 個淋巴結(jié)，總重約 100 克。隨著人體衰老，淋巴結(jié)的數(shù)量和體積都逐漸減少，淋巴結(jié)開始出現(xiàn)與年齡相關(guān)的功能退化，如纖維化、玻璃樣變、脂肪過多、毛細血管后血管數(shù)量減少、淋巴結(jié)形態(tài)和功能改變等。隨著退行性改變積累，淋巴結(jié)的功能區(qū)帶結(jié)構(gòu)和組成逐漸紊亂，淋巴結(jié)皮質(zhì)和髓質(zhì)中的淋巴組織數(shù)量減少，淋巴濾泡生發(fā)中心數(shù)量和大小下降，濾泡樹突狀細胞數(shù)量減少，淋巴結(jié)穩(wěn)態(tài)相關(guān)趨化因子（如 CCL19、CCL21 和 IL7）水平下降。最終，這些由衰老引起的淋巴結(jié)結(jié)構(gòu)和功能缺陷導(dǎo)致 T 細胞和 B 細胞的細胞穩(wěn)態(tài)受損、免疫細胞識別抗原的能力降低以及體液免疫反應(yīng)降低。

衰老還會導(dǎo)致人類脾臟體積縮小。在結(jié)構(gòu)上，脾的厚度受年齡影響：從出生到青春期發(fā)展到頂峰，然后開始慢慢變薄；淋巴濾泡變得不規(guī)則，脾臟生發(fā)中心的體細胞超突變也隨著年齡的增長而減少。

在衰老過程中，先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中的許多免疫細胞亞群都會發(fā)生變化。巨噬細胞吞噬和消化病原體，在先天免疫系統(tǒng)中充當(dāng)“哨兵“，影響適應(yīng)性免疫反應(yīng)并發(fā)揮組織修復(fù)功能。巨噬細胞由不同表型和行為的異質(zhì)細胞群組成，巨噬細胞功能的年齡相關(guān)變化因部位而異。

中性粒細胞具有快速捕獲和殺死入侵的病原微生物的能力，是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分。在衰老過程中，中性粒細胞表現(xiàn)出較低的遷移和吞噬能力，并且在激活時更容易發(fā)生細胞凋亡，從而減少了它們向感染部位的募集和對病原體的吞噬作用。此外，炎癥性中性粒細胞的持續(xù)存在可能會阻礙炎癥的消退，從而導(dǎo)致組織損傷。中性粒細胞在一些器官中的駐留隨著年齡的增長而增加，但其機制和生理功能仍不清楚。

DCs 是重要的抗原呈遞細胞，在先天免疫和適應(yīng)性免疫之間架起一座橋梁。老年人的循環(huán) DCs 較低，并且老化的 DCs 也表現(xiàn)出功能障礙，包括 IFN 產(chǎn)生減少，IL-6 和 TNFα 產(chǎn)生增加，以及細胞表面 MHC Ⅱ分子表達降低，這與抗病毒反應(yīng)受損、促炎偏倚和 T 細胞激活減弱有關(guān)，過度的 NF-κB 刺激也會導(dǎo)致 DCs 在衰老過程中發(fā)生改變。

NK 細胞是一組具有細胞毒性的先天免疫細胞。與年齡相關(guān)的 NK 細胞的變化特點是細胞毒性能力受損，包括細胞因子和趨化因子的產(chǎn)生以及與 DCs 和巨噬細胞的相互作用。激活受體（如 NKp30、NKp46 和 DNAM-1）表達的改變可能會損害老年人 NK 細胞的免疫監(jiān)視功能，這些變化可能導(dǎo)致老年人惡性腫瘤發(fā)病率和死亡率增加。

免疫衰老也會導(dǎo)致適應(yīng)性免疫力耗盡，幼稚 T 細胞數(shù)量急劇下降，而記憶 T 細胞數(shù)量增加。TCR 多樣性隨著年齡增長而下降，Lck、ZAP70、DLG1、Lat 和 SLP-76 的表達減少與 TCR 信號機制改變有關(guān)。衰老 T 細胞呈現(xiàn) SA-β-gal 表達和細胞毒活性降低、增殖能力下降、細胞周期停滯基因以及免疫檢查點相關(guān)分子（如 Tigit、Tim3 和 CTLA-4）表達上調(diào), 以及功能分子如穿孔素和 GzmB 表達減少。這些變化可能與促炎細胞因子分泌增加和新抗原識別減少有關(guān)。表面標(biāo)記在衰老過程中也會發(fā)生變化，衰老 T 細胞會失去共刺激分子 CD27和 CD28 的表達，但會增加 KLRG-1 和 CD57 的表達，因此 CD27-CD28-CD57+KLRG-1+ T細胞可作為免疫衰老的指標(biāo)。相應(yīng)地，老年人幼稚 B 細胞頻率和 B 細胞活化受損，形成抗體的能力和抗體親和力降低，而記憶 B 細胞由于抗原刺激增加而積累，共刺激分子（CD27、CD40）的表達在衰老的 B 細胞中減少。B 細胞產(chǎn)生的針對病原微生物的抗體對于抵抗細菌和病毒感染很重要，B 細胞功能下降可能導(dǎo)致老年人抗感染免疫力減弱。

在血液、尿液和腦脊液等體液中可檢測到分泌因子。血液中與衰老相關(guān)的分泌因子通常與慢性低度炎癥表型（CLIP）有關(guān)，表現(xiàn)為血清中促炎細胞因子水平升高（增加 2-4 倍）。除了最經(jīng)典的 IL-6 和 CRP 外，越來越多的促炎因子已被確定與 CLIP 的啟動和發(fā)展相關(guān)，包括：①細胞因子和相應(yīng)的可溶性受體或相關(guān)分子：IL-1、IL -8、干擾素和腫瘤壞死因子；②趨化因子：CCL2、CCL3 和 CCL5；③粘附分子：VCAM-1、ICAM-1 和 E-選擇素；④炎癥的急性期反應(yīng)物：血清淀粉樣蛋白 A（SSA）和纖維蛋白原，其中許多也與 SASP 有關(guān)；還發(fā)現(xiàn)外周血中 lncRNA 和 miRNA 的積累與免疫衰老有關(guān)，單細胞轉(zhuǎn)錄組分析顯示 lncRNANEAT1 和 MALAT1 在衰老過程中被耗盡的 T 細胞和脆弱特異性單核細胞中過度表達。

除了外周血，尿液和糞便樣本也常用于與年齡相關(guān)的免疫功能的實驗室檢測。許多尿液或糞便測量值，包括 8-OHdG、游離 mtDNA、糖皮質(zhì)激素代謝物、尿液胰島素 C 肽、甲狀腺激素和新蝶呤，已被證明是炎癥的合理生物標(biāo)志物。來自尿液和 CSF 的細胞外囊泡（EV）也被證明對反映細胞特性和遠程細胞間通訊狀態(tài)具有洞察力。一項研究表明，SASP 細胞因子和免疫防御因子可以在尿液 EV 中識別，但不能在尿液中識別；SASP 相關(guān)因子（例如，IL-8、IP-10、GRO 和 MCP-1）在大于 60 歲的老年人的尿液 EV 中檢測到的水平顯著高于年輕人。

大腦周圍的腦膜和腦脊液也包含有免疫細胞，它們在病理條件下受到嚴(yán)格調(diào)節(jié)以對大腦抗原作出反應(yīng)。已發(fā)現(xiàn)幾種炎癥細胞因子和代謝成分會隨著年齡的增長而變化，腦脊液中的免疫學(xué)變化與神經(jīng)退行性疾病（如 AD 和路易體癡呆）等病理事件有關(guān)。最近，與衰老相關(guān)的單細胞轉(zhuǎn)錄組分析揭示了老年健康個體腦脊液中非經(jīng)典單核細胞的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運基因（APOE、APOC2 和 APOBR）上調(diào)，這突出了脂質(zhì)代謝在衰老過程中的關(guān)鍵作用與年齡相關(guān)的腦脊液的先天免疫和免疫調(diào)節(jié)變化。

三、老化時鐘及其應(yīng)用

除了細胞和器官水平，衰老的異質(zhì)性還體現(xiàn)在生物體和種群水平。應(yīng)該使用綜合措施來評估這些層級的衰老，但決定使用哪些生物標(biāo)志物組合并不是一件容易的事。通過使用各種建模技術(shù)，特別是人工智能的應(yīng)用，在大型隊列研究中測量的生物標(biāo)志物已經(jīng)產(chǎn)生了被稱為“生理年齡或老化時鐘”的不同預(yù)測模型。在本章中，我們根據(jù)這些模型中使用的生物標(biāo)志物的性質(zhì)分類介紹老化時鐘及其應(yīng)用，并深入探討這些模型面臨的挑戰(zhàn)和復(fù)雜性，這些都是需要進一步創(chuàng)新的領(lǐng)域。

1.?表型時鐘 ?

衰老表型的定義很廣泛，可以粗略分為物理特征（如面部、皮膚和大腦成像）和功能能力（如認知和心理評估分數(shù)）來構(gòu)建表型衰老時鐘。

PhotoAgeClock 是一種利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）通過眼角膜圖像預(yù)測時序年齡的模型，實現(xiàn)了平均絕對誤差（MAE）2.3 歲。另一種通過人類 3D 面部成像特征的線性回歸模型的MAE 約為 6.1 歲。后來基于更大隊列，Xia 等構(gòu)建了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）年齡預(yù)測系統(tǒng)，并報告時序年齡/感知年齡與預(yù)測年齡之間的誤差為±2.79/2.90 歲，且發(fā)現(xiàn)衰老率的異質(zhì)性在中年達到頂峰。腦結(jié)構(gòu) MRI 數(shù)據(jù)也可以應(yīng)用于年齡預(yù)測，其 MAE 為 4.16 歲；最近，一個3D CNN 模型的 MAE 達到了 2.3 歲，此模型還可以揭示患有 MCI 和 AD 的成年人的神經(jīng)認知軌跡，并可以作為 AD 的早期標(biāo)志物。

2.?表觀遺傳時鐘 ?

早期的表觀遺傳時鐘僅由少量樣本和少量 CpG 基因座生成，精度有限。2013 年，Horvath發(fā)現(xiàn)了第一個多組織表觀遺傳時鐘。Horvath 時鐘是從 51 種組織和細胞類型的 8000 個樣本中生成的，共發(fā)現(xiàn) 353 個 CpG 位點與衰老密切相關(guān)，相關(guān)性為 0.96，誤差為 3.6 歲。在Horvath 時鐘中，不同組織顯示出不同的老化速度；然而局限性也很明顯，例如，它不能應(yīng)用于培養(yǎng)細胞。為此，Horvath 開發(fā)了基于人類成纖維細胞、角質(zhì)形成細胞、口腔上皮細胞、內(nèi)皮細胞、淋巴母細胞、皮膚、血液和唾液樣本的 Skin & Blood Clock，包含 391 個 CpG，可以有效預(yù)測體外培養(yǎng)的神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細胞、大腦、肝臟，甚至骨骼樣本的生理年齡。

迄今為止，大多數(shù)表觀遺傳時鐘都是基于 Illumina Infinium 陣列，其高昂價格使它們不適合應(yīng)用于大規(guī)模臨床藥物試驗，一些基于含有較少 CpG 基因座的血液樣本開發(fā)的 3-CpG 時鐘常被用于法醫(yī)學(xué)目的；也有人使用成本較低的焦磷酸測序方法來識別與年齡最相關(guān)的 5 個CpG 位點（ELOVL2、Clor132、TRIM59、KLF14、FHL2) 作為預(yù)測模型。5-CpG 時鐘在多個組織中得到驗證，后續(xù)研究表明，即使只用 5 個 CpG 位點中的 3 個（ELOVL2、Clor132、FHL2) 也足以預(yù)測生理年齡。

3.?轉(zhuǎn)錄組時鐘 ?

來自多個器官的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)已被用于構(gòu)建衰老時鐘。Peters 等對幾個大型隊列研究中的外周血單核細胞基因表達陣列數(shù)據(jù)進行線性回歸得到一個模型，MAE 為 7.8 歲；這個轉(zhuǎn)錄組時鐘也被發(fā)現(xiàn)與一些生物標(biāo)志物和風(fēng)險因素有關(guān)，包括吸煙狀況。Fleischer 等使用人真皮成纖維細胞 RNA-seq 數(shù)據(jù)導(dǎo)出時鐘，中值絕對誤差（MedAE）為 4.0 歲，為了降低轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的噪音，本研究結(jié)合了多個線性判別分析分類器，也可用于檢測早衰樣本。

4.?蛋白組時鐘 ?

在與年齡相關(guān)的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了幾個老化時鐘。一種基于與時序年齡高度相關(guān)的循環(huán)血漿蛋白的老化時鐘，最終鑒定出 76 種蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)組學(xué)特征具有良好的年齡預(yù)測能力，其中 GDF15 表現(xiàn)出最強的年齡關(guān)聯(lián)。值得注意的是，隨著年齡增長，蛋白質(zhì)輸入越少，變化越明顯，時鐘模型的可預(yù)測性就越好。令人鼓舞的是，為捕獲復(fù)雜的有機體機制而建立的蛋白組時鐘可能具有超越測量生物衰老加速的潛在應(yīng)用，它們可用于加強對多種與年齡有關(guān)的疾病的監(jiān)測和促進衰老干預(yù)候選藥物的開發(fā)。迄今為止，針對與衰老密切相關(guān)的肝腎疾病、免疫功能障礙、代謝紊亂和神經(jīng)退行性疾病，多個多重蛋白組在臨床環(huán)

境中顯示出巨大的應(yīng)用價值。

5.?代謝組時鐘 ?

代謝與衰老密切相關(guān)，一些代謝物的豐度與年齡相關(guān)，表明有可能使用這些成分來評估生物年齡。第一個代謝組年齡預(yù)測因子是基于使用質(zhì)子核磁共振（1H-NMR）光譜的大規(guī)模尿液代謝物分析研究建立的，命名為“代謝評分（metabolic score）”，后在兩個獨立的隊列中得到驗證，并且可以預(yù)測接受減肥手術(shù)的個體的體重減輕情況。

6.?生物鐘 ?

衰老如何擾亂內(nèi)源性生物鐘的功能仍然是一個懸而未決的問題。移植實驗表明，SCN 是疾病、衰老和長壽的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，研究發(fā)現(xiàn)，與年輕個體相比，老年個體的 SCN 體積有所減少，關(guān)鍵激素分泌減少、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動連貫性喪失，這可能導(dǎo)致生理和行為的日常節(jié)奏惡化。激活內(nèi)源性生物鐘的小分子可能成為延緩年齡相關(guān)疾病的潛在藥物。生物鐘因個體遺傳易感性、年齡和性別而異。整合生物鐘、藥物晝夜節(jié)律藥代動力學(xué)、年齡和性別可以提供最佳干預(yù)措施以促進健康老齡化。此外，通過控制進食時間（限時進食）來調(diào)節(jié)生物鐘，顯示出對減輕與年齡相關(guān)的慢性疾病的強大作用，但具體機制遠未完全了解。進食行為是否可以作為衰老的潛在生物標(biāo)志物需要進一步研究。

7.?長壽時鐘 ?

最初的研究側(cè)重于確定長壽人群隊列中與長壽相關(guān)的基因突變，這些突變可以作為長壽的潛在指標(biāo)，例如 FOXO3A 基因中的長壽突變。但長壽的遺傳影響有限（15%–35%），廣泛的工作試圖在其他分子水平上表征長壽人群隊列中人類健康衰老和長壽的潛在生物標(biāo)志物（或指標(biāo)），包括基因表達、蛋白質(zhì)表達、DNA 甲基化和代謝。越來越多的證據(jù)表明，百歲老人的長壽優(yōu)勢體現(xiàn)在他們相對于時序年齡更年輕的表觀遺傳年齡（即生理年齡）。來自長壽人群個體的轉(zhuǎn)錄組學(xué)證據(jù)和功能實驗也表明，自噬溶酶體活性增加和核糖體活性降低是人類健康衰老和長壽的兩個重要指標(biāo)；長壽個體也往往表現(xiàn)出良好的脂質(zhì)分布，這可能部分與長壽個體中脂質(zhì)代謝活性增強有關(guān)；一項針對百歲老人家庭的血清蛋白質(zhì)組研究也確定了幾種與豐度和人類生存相關(guān)的蛋白質(zhì)；一項針對百歲老人家庭的單細胞 RNA 測序研究揭示了百歲老人的免疫重塑過程，其特征是殺死癌細胞的細胞毒性 T 細胞的數(shù)量增加和功能增強，長壽人群個體的炎癥水平也相對較低，這可能是由于激活 ATF7；此外，一些關(guān)于腸道微生物組的研究揭示了百歲老人的獨特特征。綜上所述，長壽人群隊列可以促進識別與人類健康衰老相關(guān)但與年齡非線性相關(guān)的長壽特異性指標(biāo)和/或生物標(biāo)志物，以構(gòu)建更有效的長壽時鐘。

8.?單細胞分辨率下的老化時鐘 ?

近十年來，一系列基于表觀基因組學(xué)的衰老時鐘誕生，但批量測序數(shù)據(jù)無法提供對特定細胞類型中發(fā)生的分子變化的深入了解。細胞類型組成或細胞年齡的變化如何影響個體或組織衰老的表型特征，以及如何定量評估特定細胞類型的分子水平變化對個體或組織衰老的貢獻，這將是值得探索的問題，是具有挑戰(zhàn)性但有前途的研究領(lǐng)域。受限于單細胞組學(xué)測序技術(shù)的發(fā)展程度，目前單細胞分辨率的老化時鐘主要集中在單細胞表觀基因組和單細胞轉(zhuǎn)錄組，使用機器學(xué)習(xí)方法來預(yù)測單個細胞的生理年齡。隨著單細胞多組學(xué)測序技術(shù)的進一步發(fā)展，新型老化時鐘有望實現(xiàn)更精準(zhǔn)的性能，我們相信，基于單細胞組學(xué)的老化時鐘將在不久的將來徹底改變我們對老化時鐘的理解。

9.?醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在老化時鐘中的應(yīng)用 ?

豐富的醫(yī)學(xué)影像學(xué)手段在臨床前研究和臨床實踐中得到了應(yīng)用。多種成像方式，如 CT、MRI、超聲、光學(xué)成像系統(tǒng)、單光子發(fā)射計算機斷層掃描（SPECT）和 PET，可用于提供從微觀到宏觀的老化時鐘的分子、功能和結(jié)構(gòu)信息。在這一部分中，我們將討論醫(yī)學(xué)成像技術(shù)在老化時鐘中的應(yīng)用，這將闡明老化時鐘在管理和治療衰老引起的疾病中的臨床轉(zhuǎn)化用途。

10. AI?在老化時鐘中的應(yīng)用 ?

AI 能夠分析與大型人群相關(guān)的橫斷面和縱向數(shù)據(jù)，促進衰老生物標(biāo)志物的發(fā)展，為評估健康狀況、量化干預(yù)效果和制作個性化醫(yī)療報告提供了工具。使用 DL 的研究未來仍將不斷發(fā)展，以實現(xiàn)更好的性能：一方面，老化時鐘將繼續(xù)樣變出新的生物標(biāo)志物，并整合更多種生物標(biāo)志物，同時通過收集公共或私人數(shù)據(jù)集來增加訓(xùn)練的樣本量，可進一步提高模型的性能；另一方面，新的 DL 建模架構(gòu)（通過對多參數(shù)進行仔細建模）可被設(shè)計并進一步探索，在年齡估計方面獲得巨大前景。

11.?復(fù)合老化時鐘 ?

當(dāng)前，只有有限的研究在試圖建立一個復(fù)合時鐘來評估生物衰老。最近，一項研究對 106名 29-75 歲的健康人進行了縱向研究，獲得了多組學(xué)測量，涵蓋了這些人的轉(zhuǎn)錄物、蛋白質(zhì)、代謝物、細胞因子、微生物和臨床實驗室數(shù)據(jù)，基于這些測量結(jié)果，作者定義了不同個體的衰老模式，稱為“年齡型（ageotypes）”，強調(diào)了個體之間衰老軌跡的異質(zhì)性；這項研究用全息數(shù)據(jù)集將衰老軌跡分為不同等級，這意味著有可能建立一個綜合的老化時鐘；另一項研究收集了不同模式的免疫特征數(shù)據(jù)，包括細胞亞群表型、細胞對細胞因子刺激的功能反應(yīng)，以及 135 個健康人外周血樣本的全血基因表達，通過整合這些數(shù)據(jù)，定義了“免疫老化（IMMAGE）”評分，該評分在預(yù)測老年人死亡率方面顯示出比表觀遺傳時鐘展現(xiàn)出更好的性能，但這項研究主要集中在量化免疫老化，但不是對抗衰老的特征。

四、關(guān)于衰老生物標(biāo)志物研究的倫理和社會影響

1.?潛在的科學(xué)考量 ?

衰老的復(fù)雜性和異質(zhì)性使衰老生物標(biāo)志物的研究極其復(fù)雜和昂貴，遠遠超出了單個研究人員的能力范圍。在這種情況下，衰老生物標(biāo)志物的臨床有效性經(jīng)常受到質(zhì)疑。一方面，衰老生物標(biāo)志物的臨床前研究和臨床試驗之間的環(huán)境差異（例如參與者/被試者動機、風(fēng)險承受能力和心理表現(xiàn)等方面的差異），使得結(jié)果間可能存在差異，其臨床有效性有待進一步論證；另一方面，臨床應(yīng)用需要衰老生物標(biāo)志物的臨床有效性和安全性證據(jù)以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)收集的耗時和收集標(biāo)準(zhǔn)的缺乏大大增加了發(fā)現(xiàn)和驗證衰老生物標(biāo)志物的難度，這使得建立衰老標(biāo)志物應(yīng)用有效性和安全性的標(biāo)準(zhǔn)變得更加困難。

2.?知情同意的挑戰(zhàn) ?

衰老生物標(biāo)志物在科學(xué)方面的不確定性和不完整性，使得獲得研究參與者/受試者的知情同意成為一個巨大的挑戰(zhàn)。特別是，如何以全面且易于理解的方式充分告知參與者/受試者，衰老生物標(biāo)志物檢測的潛在益處、風(fēng)險和不確定性，是研究人員/臨床醫(yī)生在進行相關(guān)研究時必須面對的挑戰(zhàn)之一。同時，知情同意的過程也受到研究參與者/受試者給予知情同意的能力方面的挑戰(zhàn)，例如對于那些輕度認知障礙的人，他們對風(fēng)險的理解能力相對有限，獲得他們的知情同意并維護他們的最大利益會更加困難。關(guān)于知情同意過程是否應(yīng)考慮家庭參與也還存在一些爭議。

3.?評估和診斷結(jié)果的披露 ?

衰老生物標(biāo)志物研究及其臨床試驗也面臨是否應(yīng)向研究參與者/受試者公開相關(guān)結(jié)果的問題。在某種程度上，對衰老生物標(biāo)志物評估或診斷結(jié)果的披露后果是雙向的：一方面，它可以為參與者/受試者提供早期管理年齡相關(guān)疾病或進行生活規(guī)劃的機會，以此提高他們的生活質(zhì)量；另一方面，衰老干預(yù)措施的選擇有限，相關(guān)披露有可能對參與者/受試者造成特定的社會心理困擾（壓力、焦慮、抑郁甚至自殺傾向），影響他們的生活質(zhì)量，并改變他們的社會環(huán)境。從這個意義上說，衰老生物標(biāo)志物研究及其臨床試驗的潛在益處與研究參與者/受試者的個人態(tài)度、信念、期望、生活質(zhì)量、家庭支持和社會環(huán)境密切相關(guān)，結(jié)合研究人員/臨床醫(yī)生的異質(zhì)性考慮，相關(guān)風(fēng)險的披露會成為參與者/受試者與研究人員/臨床醫(yī)生之間持續(xù)溝通的復(fù)雜過程。

可想而知，衰老生物標(biāo)志物評估或診斷結(jié)果的披露已成為一項復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，需要特定的培訓(xùn)和傳達不確定性的能力。研究人員/臨床醫(yī)生是否應(yīng)該將衰老生物標(biāo)志物評估或診斷的結(jié)果告知參與者/受試者？如有必要，哪些該告知哪些不該告知，相關(guān)結(jié)果是否應(yīng)公開或與家屬分享，是否應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)研究和臨床試驗的不同采取不同的公開機制？由于參與者/受試者的個體差異以及臨床前研究和臨床試驗之間的差異，所有這些問題都面臨著很大的困難。

4.?其他具體的倫理和社會問題

衰老生物標(biāo)志物研究及其臨床試驗也可能在個人或社會層面對研究參與者/受試者產(chǎn)生重大影響：在個人層面，衰老生物標(biāo)志物評估或診斷結(jié)果及其相關(guān)數(shù)據(jù)信息的公開涉及個人隱私保護，相關(guān)數(shù)據(jù)泄露可能導(dǎo)致污名化，或?qū)ζ渚蜆I(yè)和保險產(chǎn)生負面影響等后果；在社會層面，未來衰老生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用可能會使診斷資源或保險范圍的公平和公正分配成為問題，例如，衰老生物標(biāo)志物測試是否主要用于治療或預(yù)測需求，無論它們是針對患者還是普通人群，以及相關(guān)費用是自行承擔(dān)還是由醫(yī)療保險承擔(dān)，都對當(dāng)前的醫(yī)療保健系統(tǒng)構(gòu)成了挑戰(zhàn)，從長遠來看，這些問題可能會破壞社會保障和醫(yī)療保健系統(tǒng)的團結(jié)原則，改變國家醫(yī)療保健系統(tǒng)和社會保障系統(tǒng)的未來方向，甚至產(chǎn)生新的醫(yī)療保健平等問題。

結(jié)語與作者

由于新的衰老研究的陸續(xù)發(fā)布，特別是那些基于大隊列的研究，例如“千人衰老研究項目”等新舉措，以及機器學(xué)習(xí)方法的不斷擴大，和衰老生物標(biāo)志物和應(yīng)用模型正在迅速發(fā)展；此外，不同種類動物的衰老生物標(biāo)志物在某些情況下可能并不一致，甚至是相互矛盾的。因此，轉(zhuǎn)化臨床實踐前需要開發(fā)適用于或特異性的生物標(biāo)志物來評估衰老和早期預(yù)警年齡相關(guān)疾病。我們計劃在未來幾年內(nèi)更新這篇關(guān)于衰老生物標(biāo)志物及其應(yīng)用的綜述，以反映我們對衰老的最新理解。識別特定的、敏感的、可用的衰老生物標(biāo)志物，是實現(xiàn)通過各種策略進行衰老干預(yù)的前提和基礎(chǔ)。盡管在衰老生物標(biāo)志物方面還有很多需要學(xué)習(xí)的地方，但可以預(yù)見的是，隨著衰老生物標(biāo)志物理論和應(yīng)用的逐步深入，我們對衰老規(guī)律的認識以及對年齡相關(guān)疾病的預(yù)防和治療將迎來一個全新時代。

附（通訊作者）：

劉光慧（中國科學(xué)院動物研究所），裴鋼（同濟大學(xué)），鄒衛(wèi)國（中國科學(xué)院上海生物化學(xué)與細胞生物研究所），朱大海（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所），趙玉政（華東理工大學(xué)），趙同標(biāo)（中國科學(xué)院動物研究所），張灼華（中南大學(xué)湘雅醫(yī)院），張云武（廈門大學(xué)醫(yī)學(xué)院），張勇（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所），張維綺（中國科學(xué)院北京基因組研究所），張亮（中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所），張宏波（中山大學(xué)），張存泰（華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬同濟醫(yī)院），岳銳（同濟大學(xué)），葉靜（上海交通大學(xué)瑞金醫(yī)院），許代超（中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所），謝正偉（北京大學(xué)），肖意傳（中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所），項鵬（中山大學(xué)），黃超蘭（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院），王韞芳（清華大學(xué)長庚醫(yī)院），王延江（第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院），王小寧（中國人民解放軍總醫(yī)院），王霞（清華大學(xué)），王思（首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院），王樹森（南開大學(xué)），田梅（復(fù)旦大學(xué)），孫宇（中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所），孫毅（同濟大學(xué)），松陽洲（中山大學(xué)），宋默識（中國科學(xué)院動物研究所），任瑞寶（上海交通大學(xué)瑞金醫(yī)院），任捷（中國科學(xué)院北京基因組研究所），曲靜（中國科學(xué)院動物研究所），彭耀進（中國科學(xué)院動物研究所），聶靜（南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院），毛志勇（同濟大學(xué)），馬欣然（華東師范大學(xué)），馬帥（北京干細胞與再生醫(yī)學(xué)研究院），羅湘杭（中南大學(xué)湘雅醫(yī)院），劉勇（武漢大學(xué)），劉興國（中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院），劉強（天津醫(yī)科大學(xué)），劉強（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)），劉林（南開大學(xué)），劉峰（中南大學(xué)），劉寶華（深圳大學(xué)），李鑫（中國科學(xué)院動物研究所），黎健（衛(wèi)生部北京老年醫(yī)學(xué)研究所），李吉（中南大學(xué)湘雅醫(yī)院），孔慶鵬（中國科學(xué)院昆明動物研究所），鞠振宇（暨南大學(xué)），黃愷（華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院），韓敬東（北京大學(xué)），高峰（第四軍醫(yī)大學(xué)），丁秋蓉（中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所），丁楅森（四川大學(xué)），慈維敏（中國科學(xué)院北京基因組研究所），陳軍（北京大學(xué)），陳厚早（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所），陳國兵（暨南大學(xué)），陳暢（中國科學(xué)院生物物理研究所），陳彪（首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院），曹中煒（四川大學(xué)），曹豐（中國人民解放軍總醫(yī)院）。