《Nature》：抗衰老！清除僵尸細(xì)胞，保持青春活力
本文摘要：雖然人人都沒有辦法避免衰老和死亡，但這只是現(xiàn)實(shí)和過去的情況，并不能代表人類未來不可以實(shí)現(xiàn)永生。因?yàn)槿魏纬绦蚧^程都存在修改程序的可能，衰老是一個(gè)典型的程序化過程，只要我們能掌握了這種過程，就具有調(diào)控和逆轉(zhuǎn)的策略，因此抗衰老或逆轉(zhuǎn)衰老具有邏輯的可能性。在抗衰老領(lǐng)域，過去的研究策略是用藥物分子去干預(yù)整個(gè)身體，先后發(fā)現(xiàn)熱量限制、白藜蘆醇、雷帕霉素、二甲雙胍等著名抗衰老工具和分子。近在抗衰老領(lǐng)域，清除衰老的僵尸細(xì)胞異軍突起，被認(rèn)為是抗衰老和治療某些衰老相關(guān)疾病的重要可行策略。
本文英文來源10月26日新出版的《Nature》，值得推薦，深入閱讀。
人類一直都有長生不老或延緩衰老的夢想，也從來也沒有實(shí)現(xiàn)過，隨著生命科學(xué)的進(jìn)步，雖然長生不老不太可能，但延緩衰老的夢想越來越接近實(shí)現(xiàn)。
細(xì)胞在停止分裂前會經(jīng)歷一個(gè)衰老期。這段時(shí)間它們既不死亡，也不正常分裂繁殖，而是像僵尸一樣不斷制造出破壞分子，攻擊和殺死附近的健康細(xì)胞。學(xué)界推測，這種特性是為了防止細(xì)胞繁殖失控和癌癥的擴(kuò)散而存在的。免疫系統(tǒng)雖然能夠清除掉這些衰老細(xì)胞，但往往不徹底。結(jié)果人體內(nèi)衰老細(xì)胞隨年齡增長越積越多，特別是在皮膚脂肪、骨骼肌肉以及眼部，這不僅是引發(fā)人類各種老年病的罪魁禍?zhǔn)?，也是衰老本身的重要原因?/strong>
也就是說，身體器官衰老的本質(zhì)原因是存在僵尸細(xì)胞，如果能選擇性把僵尸細(xì)胞去除，將有可能實(shí)現(xiàn)抗衰老的目的。近10多年的研究發(fā)現(xiàn)，這種策略確實(shí)可以產(chǎn)生作用，并啟動了一輪清除僵尸細(xì)胞的抗衰老研究浪潮。梅奧診所的賈恩·范·德爾森曾經(jīng)說，發(fā)現(xiàn)這種抗衰老的策略屬于偶然。2000年他正在研究癌癥，建立了一種基因工程腫瘤小鼠，奇怪的是這種小鼠沒有長出預(yù)期的腫瘤，但出現(xiàn)非常明顯的早衰。3個(gè)月大的小鼠皮膚變薄，患有白內(nèi)障的眼睛目光呆滯。這種迅速老化的小鼠體內(nèi)出現(xiàn)大量奇怪的“僵尸”細(xì)胞，這些細(xì)胞不再繼續(xù)分裂，但也不死亡。這一現(xiàn)象讓范·德爾森和同事想到，如果設(shè)法把這些細(xì)胞殺死，能不能讓這些動物重返青春？2011年發(fā)表的論文證明，消除這些“僵尸”細(xì)胞能延緩動物衰老，這一研究引發(fā)了一系列后續(xù)研究結(jié)果。7年來,許多實(shí)驗(yàn)證實(shí),衰老細(xì)胞積聚在器官老化,消除他們可以減輕,甚至防止某些衰老相關(guān)疾病。近幾年，先后發(fā)現(xiàn)清除小鼠衰老細(xì)胞可使動物重新煥發(fā)活力，毛發(fā)密度和腎功能都有所改善。研究還發(fā)現(xiàn)能緩解肺疾病，修復(fù)損傷的軟骨組織。2016年的研究發(fā)現(xiàn)，清除小鼠衰老細(xì)胞能延長普通衰老小鼠的壽命。
Jennifer Elisseeff是約翰霍普金斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師，她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)清除小鼠衰老細(xì)胞能修復(fù)損傷的軟骨組織。她說，僅僅清除衰老細(xì)胞，就能刺激新組織生長。這一過程啟動了組織自然修復(fù)機(jī)制。
清除小鼠衰老細(xì)胞抗衰老策略是衰老細(xì)胞研究領(lǐng)域的重大轉(zhuǎn)折。衰老細(xì)胞是一種非分裂細(xì)胞類型，當(dāng)細(xì)胞啟動了衰老過程，就會停止復(fù)制，開始噴出幾百種蛋白質(zhì)，撬開抗死亡通路。幾乎所有細(xì)胞都會走上這條道路。一個(gè)細(xì)胞開始衰老，便是走進(jìn)了它生命的黃昏，未及死亡，卻也不像巔峰時(shí)期那樣會分裂。
生物科技和制藥公司都爭相測試一類稱為“senolytics”的藥物，senolytics是“衰老（seno-）”和“摧毀（-lytic）”的組合，期待它能逆轉(zhuǎn)，或至少止住年齡帶來的損傷。Van Deursen是舊金山Unity Biotechnology公司聯(lián)合創(chuàng)始人，他們計(jì)劃在兩年半內(nèi)開展多項(xiàng)臨床試驗(yàn)，用這種藥物治療骨關(guān)節(jié)炎、眼病及肺疾病。
梅奧老年醫(yī)學(xué)專家James Kirkland也參與了2011年的研究，他正在謹(jǐn)慎地啟動幾項(xiàng)小型概念驗(yàn)證試驗(yàn)，用幾種年齡相關(guān)性疾病給這些藥小試牛刀。他說：“我都失眠了，因?yàn)檫@些藥在大鼠小鼠上表現(xiàn)太給力，但放到人身上總會碰壁。” 還沒有任何能對人類產(chǎn)生作用長生不老藥。另外，延長健康機(jī)體壽命的研究，幾乎不可能拿到臨床試驗(yàn)的資助。從概念上講，“老化”是有點(diǎn)模糊的。美國FDA也沒把衰老定義為異常健康狀態(tài)，自然也沒有必要進(jìn)行衰老的治療。Unity公司總裁Ned David說，如果有什么試驗(yàn)?zāi)軌蛱岣呷祟惖男?，就需要極力研發(fā)相關(guān)治療方法，更好地理解衰老基本進(jìn)程。研究這個(gè)進(jìn)程的學(xué)者都緊緊盯著。紐約愛因斯坦醫(yī)學(xué)院衰老研究所主任Nir Barzilai說，Senolytics絕對已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)入臨床試驗(yàn)了?！拔椰F(xiàn)在覺得senolytics是馬上就要問世的藥物，在老年人中能起作用，甚至要不了幾年?！?/span>
陰云密布的領(lǐng)域
1961年，根據(jù)體外培養(yǎng)細(xì)胞無法永久分裂的特征，微生物學(xué)家LeonardHayflick 和Paul Moorhead創(chuàng)造了“衰老”（senescence）一詞。他們說衰老這代表老化的細(xì)胞層面改變，但那時(shí)極少有關(guān)于衰老的研究。Hayflick回憶當(dāng)時(shí)人們還說他觀察這玩意真傻。細(xì)胞衰老的思路隨后被冷落了幾十年。
盡管許多細(xì)胞會自己死掉，但所有能分裂的體細(xì)胞都可能走到衰老這一步。西班牙巴塞羅納生物醫(yī)學(xué)研究所Manuel Serrano對衰老研究了25年，他說，相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，人們對這些衰老細(xì)胞只是好奇?！拔覀儾淮_定它是否在干什么重要的事?！背瞬粫?fù)制外，衰老細(xì)胞還是有代謝活性，通常還都在行使基本的細(xì)胞功能。
21世紀(jì)頭幾年，對衰老簡單理解是，一種通過阻止受損細(xì)胞生長以抑制腫瘤機(jī)制。目前更重視的是，在發(fā)育與疾病過程中，衰老是怎么發(fā)生的。現(xiàn)在已經(jīng)知道，當(dāng)一個(gè)細(xì)胞發(fā)生突變或損傷，通常會停止分裂，避免將這些損害傳給子代細(xì)胞。在胎盤或胚胎中也存在衰老細(xì)胞，它們的作用是引導(dǎo)臨時(shí)結(jié)構(gòu)形成，直到被其他細(xì)胞清除。
不久有了新發(fā)現(xiàn)，加州諾瓦托的巴克衰老研究所的分子生物學(xué)家Judith Campisi稱之為衰老的“陰暗面”。2008年，包括Campisi在內(nèi)的3個(gè)小組先后發(fā)現(xiàn)，衰老細(xì)胞會吐出一大堆分子——包括細(xì)胞活素、生長因子和蛋白酶——影響鄰近細(xì)胞，并激起局部炎癥。
Campisi將這種活動描述為細(xì)胞的衰老相關(guān)性分泌表型（SASP）。在一份近期未發(fā)表研究中，Campisi鑒定了幾百種SASP相關(guān)蛋白。
Serrano說，在年輕健康組織中，這樣的分泌可能是一種修復(fù)過程，受損細(xì)胞激起鄰近組織的修復(fù)機(jī)制，并釋放一些危難信號，讓免疫系統(tǒng)來清除自己。
然而在某個(gè)時(shí)刻，衰老細(xì)胞開始堆積，這個(gè)過程與許多疾病有關(guān)，比如骨關(guān)節(jié)炎，還有動脈粥樣硬化。沒有人能確定這個(gè)時(shí)刻具體什么時(shí)候發(fā)生、為什么要發(fā)生。有研究稱，一段時(shí)間后，免疫系統(tǒng)開始不再處理這些衰老了。
令人吃驚的是，衰老細(xì)胞在各種組織中有些許差異。它們會分泌不同的細(xì)胞因子，表達(dá)不同的胞外蛋白，還用不同策略來避免死亡。這令人難以置信的多樣性給實(shí)驗(yàn)室檢測及觀察衰老細(xì)胞帶來了極大挑戰(zhàn)。Campisi說，“關(guān)于衰老細(xì)胞，沒有什么是確定的。完全沒有。”
事實(shí)上，就連不分裂這個(gè)定義特征都不是板上釘釘?shù)摹垡蛩固贯t(yī)學(xué)院的藥學(xué)家Hayley McDaid說，化療后，細(xì)胞要花2周時(shí)間才進(jìn)入衰老，過后可能又要恢復(fù)成增殖、癌性狀態(tài)。今年一項(xiàng)大型合作項(xiàng)目支持了這個(gè)學(xué)說，在小鼠皮膚癌及乳腺癌模型中，化療后馬上清除衰老細(xì)胞，可抑制癌癥的擴(kuò)散。
缺乏普遍特征則很難給衰老細(xì)胞建立檔案。Deursen說，研究者們要使用大量標(biāo)記物在組織中尋找衰老細(xì)胞，使這項(xiàng)工作變得費(fèi)錢費(fèi)力。如果有一個(gè)通用衰老細(xì)胞分子標(biāo)記物就好了，可研究者們還不知道要標(biāo)記哪個(gè)蛋白，或鑒定哪個(gè)反應(yīng)過程。
Campisi補(bǔ)充道：“要下注的話，我押我們永遠(yuǎn)找不到一個(gè)衰老特異性標(biāo)志物，賭上一瓶好酒。”
不過今年早些時(shí)候，有一個(gè)組找到了在組織中給這些細(xì)胞計(jì)數(shù)的方法。以色列雷霍沃特威茲曼科學(xué)院Valery Krizhanovsky等在大鼠腫瘤及老化組織中給衰老分子標(biāo)志物染色，成像并分析其數(shù)量。Krizhanovsky說，“這比我們預(yù)期能找到的細(xì)胞多一點(diǎn)?！痹谀贻p小鼠中，任意指定器官內(nèi)能找到的衰老細(xì)胞都不超過1%。但在2歲的小鼠中，某些器官里多可達(dá)20%的細(xì)胞是衰老的。
不過這團(tuán)陰云還是有一道銀閃閃的光邊：它們可能難找，但殺死這些細(xì)胞并不是那么困難。
衰老研究的出路
2011年11月，David在一次3小時(shí)飛行途中讀到了van Deursen和Kirkland剛發(fā)表的文章，正是清除這些僵尸細(xì)胞。他讀了一遍又一遍。這個(gè)想法真是“簡單又美好”，他回憶起來說，近乎詩意。David不愧是個(gè)雷厲風(fēng)行的生物技術(shù)企業(yè)家，飛機(jī)一落地他就打通了van Deursen的電話，72小時(shí)內(nèi)就說服他來面談建立一家抗老化公司的事宜。
Kirkland，還有他那些加州桑福德伯納姆醫(yī)學(xué)研究所的同事，初嘗試用高通量篩查辦法來快速鑒定一種能殺死衰老細(xì)胞復(fù)合物。不過他們發(fā)現(xiàn)，一種藥是在影響分裂的還是不分裂的細(xì)胞，又是極難明確的一件事。多次失敗后，他們走上另一條路。
衰老細(xì)胞依賴于某種保護(hù)機(jī)制，使自己保持“不死”狀態(tài)，于是Kirkland與佛羅里達(dá)州斯克里普斯研究所Laura Niedernhofer等合作。他們找到了6個(gè)信號通路能阻止細(xì)胞死亡，衰老細(xì)胞激活它們，便存活下來。所以，接下來只需要找到一種復(fù)合物能擾亂這些通路，就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。2015年初，這個(gè)團(tuán)隊(duì)找到第一種senolytic，是一種FDA批準(zhǔn)的化療藥達(dá)沙替尼，達(dá)沙替尼可清除衰老的人脂肪前體細(xì)胞。還有一種作為保健食品的植物提取物Quercetin（槲皮素），能靶向衰老內(nèi)皮細(xì)胞。兩者聯(lián)合比單獨(dú)使用效果更好，能在小鼠中緩解多種年齡相關(guān)性疾病。10個(gè)月后，阿肯色州大學(xué)醫(yī)學(xué)院Daohong Zhou等找到了另外一種senolytic復(fù)合物，現(xiàn)在被稱為navitoclax，能抑制BCL-2家族的2種蛋白，這些蛋白通常有助于細(xì)胞存活，抑制這些分子可以啟動細(xì)胞死亡過程。幾周后，Krikland和Krizhanovsky的實(shí)驗(yàn)室分別報(bào)告了相似的發(fā)現(xiàn)。
現(xiàn)在，文獻(xiàn)報(bào)道的senolytics已有14種，包括小分子，抗體，以及今年3月報(bào)道的一種肽，能激活一種細(xì)胞死亡通路，并使老年小鼠的毛發(fā)恢復(fù)光澤，體能也變好?，F(xiàn)在情況是，每種senolytic能殺死一種衰老細(xì)胞。于是想要搞定不同年齡相關(guān)性疾病，就要準(zhǔn)備一個(gè)藥罐子。Niedernhofer說，“這有點(diǎn)難辦?？赡苊糠N衰老細(xì)胞都各有一套保護(hù)自己的辦法，我們得弄出個(gè)復(fù)方才能全殲它們?！?/span>
Unity公司維護(hù)著一個(gè)大型檔案，記錄哪種衰老細(xì)胞對應(yīng)哪種疾??；某幾類指定細(xì)胞有哪些獨(dú)特的疾病，怎么開發(fā)利用這些豁口；為一種特定組織生產(chǎn)正確的藥物，有什么化合物是必須的。David說，無疑要為不同疾病開發(fā)不同的藥物?！霸谕昝朗澜缰校悴恍枰@樣做。悲摧的是，生物學(xué)不是這樣的世界?！北M管有諸多挑戰(zhàn)，senolytic藥物還是有些品質(zhì)富有魅力。衰老細(xì)胞可能只需要定期清除，比如一年一次，就能預(yù)防或延緩疾病，所以可能只有一小段時(shí)間需要備藥。這種“打一炮就跑”的給藥方式也許可以減少發(fā)生副作用的概率，人們也可在身體狀態(tài)良好時(shí)使用。Unity公司計(jì)劃將這些復(fù)合物直接注射到病變組織中，比如骨關(guān)節(jié)炎時(shí)的膝關(guān)節(jié)，或年齡相關(guān)性黃斑變性時(shí)做球后注射。
不像癌癥只要有一個(gè)細(xì)胞活下來就能滋生一個(gè)新腫瘤，沒必要把組織中所有衰老細(xì)胞都清除。小鼠研究提示，清除其中大部分就夠了。后，senolytic藥物只會清除已經(jīng)衰老細(xì)胞，不阻止將來再形成這類細(xì)胞，也就是說衰老還會在體內(nèi)繼續(xù)干著它抑制腫瘤的老本行。這些好處并不能讓每個(gè)人都確信senolytics的力量。Hayflick現(xiàn)在依然堅(jiān)信，衰老是勢不可擋的生物進(jìn)程，通過清除衰老細(xì)胞不能逆轉(zhuǎn)。Hayflick說?！皬娜祟愑惺芬詠恚闩Ω深A(yù)老化進(jìn)程，現(xiàn)在我們還是所知無幾，真正干預(yù)老化依然只是夢想?！盨enolytics粉絲則更樂觀些，新研究成果在鼓舞士氣。去年，vanDeursen的實(shí)驗(yàn)室在超高齡小鼠上試驗(yàn)時(shí)得到了出人意料的結(jié)果，清除普通老化的小鼠體內(nèi)的衰老細(xì)胞，也能延緩年齡相關(guān)性器官退變，包括腎臟和心臟。還有，要對全世界的抗衰老狂熱者說，它延長了實(shí)驗(yàn)動物的中位壽命達(dá)25%。
小鼠研究成功帶起了七八家公司，Kirkland估計(jì)說。在梅奧，已有一項(xiàng)臨床試驗(yàn)展開了，測試達(dá)沙替尼與槲皮素結(jié)合治療慢性腎疾病。Kirkland計(jì)劃試驗(yàn)其他senolytics藥物治療不同年齡相關(guān)性疾病。他說，“我們想在這些試驗(yàn)中看看多種藥劑，觀察多種疾病?！?/span>
David說，如果清除人體衰老細(xì)胞對年齡相關(guān)性疾病確有改善，研究者們就會致力于創(chuàng)造更多抗老化療法。此時(shí)此刻研究者們還強(qiáng)調(diào)，完成恰當(dāng)?shù)娜梭w安全性測試前，任何個(gè)人都不要自己嘗試這些藥物。在嚙齒類動物中，senolytic類藥物發(fā)現(xiàn)具有延遲傷口愈合的副作用?！斑@就是非常危險(xiǎn)的，”Kirkland說。
Van Deursen說，繼續(xù)回答基礎(chǔ)生物學(xué)問題就是這類研究有力的成功。“只有如此我們才能理解衰老的真正意義，以及怎樣才能有智慧地干預(yù)它?！?/span>
