Factors and Pathways Modulating Endothelial Cell Senescence in Vascular Aging

Keywords: age-related vascular disease; cellular senescence; endothelial cell; molecular player; putative target; signaling pathway.

细胞衰老是细胞应对 DNA 损伤、氧化应激等亚致死性刺激而进入的生长停滞状态，通过 p53 及 CDK 抑制剂（如 p16、p21）等信号通路调控。该过程在年轻时对胚胎发育和肿瘤抑制有益，但在老年人群中，衰老细胞的累积会加剧癌症、心血管疾病等年龄相关性疾病的发生。血管由内膜、中膜和外膜构成，其中内膜的内皮细胞（ECs）直接接触血流，在维持血管稳态中发挥关键作用。机械刺激（如血流紊乱）可诱导内皮细胞衰老，引发 DNA 损伤、活性氧（ROS）升高及促炎因子分泌，导致细胞形态改变（扁平增大）、一氧化氮（NO）生物利用度降低。衰老的内皮细胞通过减少血管密度、增加胶原沉积、降低弹性蛋白合成等，促使血管僵硬、炎症反应增强，最终推动动脉粥样硬化、高血压等血管疾病的发展。鉴于此，韩国仁荷大学医学院细胞间通讯调控研究中心的研究团队在International journal of molecular sciences期刊发表了一篇题为“Factors and Pathways Modulating Endothelial Cell Senescence in Vascular Aging”的文章。文章旨在深入探究内皮细胞衰老的分子机制，对于开发针对年龄相关性血管疾病的治疗策略具有重要意义。

内皮细胞衰老的特征

衰老的内皮细胞呈现体积增大、形态扁平的经典表型，伴随多倍体增加、SA-β-Gal 活性升高、端粒缩短，以及  p16、p21  和磷酸化 p38  等经典衰老标志物的激活与纤连蛋白、ICAM-1 和 iNOS 等分子的表达上调（图 1）。其分泌的衰老相关分泌表型（SASP）具有多样性。如复制性衰老的 HUVECs 可产生 IL8、IL6 等细胞因子，血流紊乱诱导的衰老 HUVECs 表现为适度 ROS 生成，TNF-α 处理或辐射或阿霉素刺激则分别引发不同的细胞因子或趋化因子表达。

线粒体层面，衰老 HUVECs 的线粒体延长并相互连接，伴随线粒体分裂关键蛋白 FIS1 和 DRP1 的表达下调，而 DRP1 缺失会诱导年轻细胞衰老、自噬受损，其在老年大鼠血管内皮中的表达降低也与自噬功能障碍相关，此外蛋白二硫键异构酶 A1 缺失可通过 DRP1 亚磺?；盏枷吡Ｌ逅槠?ROS 产生，进而促进内皮细胞衰老。

氧化应激是内皮细胞衰老的关键驱动因素，其产生的 ROS 不仅来自线粒体呼吸，更主要源于 NADPH 氧化酶（NOX）及溶酶体等其他细胞器，NOX 家族中的 NOX1、NOX2 等亚型可通过诱导氧化损伤促进内皮功能障碍。尽管生理 ROS 维持细胞正常功能，但过量 ROS 会加速端粒缩短并激活衰老信号。

代谢上，衰老内皮细胞表现出糖酵解和氧化磷酸化水平降低的特征，却依赖谷氨酰胺分解维持存活，抑制该过程可选择性清除衰老细胞；而功能失调的内皮细胞对氧化磷酸化依赖性增强，其过度激活会加剧 ROS 生成与细胞损伤，高血糖应激则通过代谢重编程推动这一过程。在病理模型与临床样本中，衰老内皮细胞广泛存在于兔动脉损伤、糖尿病大鼠血管及人类动脉粥样硬化斑块等组织中，其累积与血管应激、衰老及年龄相关疾?。ㄈ缍鲋嘌不?、高血压）密切相关，单细胞测序及干预实验进一步证实了其在血管衰老中的病理意义，为相关疾病的防治提供了潜在靶点。

图1    衰老内皮细胞的特征。

内皮细胞衰老相关的分子作用因子与信号通路

许多分子机制与内皮细胞和血管细胞的衰老相关。以下将描述其中特征最明确的机制，并在图 2 中进行总结。

图2    介导内皮细胞衰老和血管衰老的分子机制。

Sirtuins

Sirtuins 家族中的 SIRT1 和 SIRT6 是调控内皮细胞衰老的关键分子。SIRT1 通过 NAD + 依赖的去乙?；富钚?，维持血管内皮稳态：其可激活 eNOS 促进 NO 生成以抵抗氧化应激，抑制 NF-κB p65 乙?；醇跚嵫字⒎从Γ鼓芡ü?CDK5 磷酸化调控自身核定位，进而影响端粒功能与 p53、PAI-1 等衰老相关因子。最新研究发现，SIRT1 可通过 HERC2 介导的 LKB1 去乙?；?，防止衰老内皮细胞中 LKB1 在核内积累，从而维持血管平滑肌细胞与内皮细胞的通讯平衡。而 SIRT6 作为染色质稳定蛋白，可通过维持端粒功能和抑制 NF-κB 过度激活来延缓内皮细胞衰老，其在糖尿病血管中可减少动脉粥样硬化斑块形成，并通过调控 PCSK9-LDL 受体通路降低血脂。两者通过多通路协同作用，在氧化应激、炎症反应、代谢调控等层面拮抗内皮细胞衰老，成为血管衰老干预的重要靶点。

Klotho

Klotho 作为一种主要表达于肾脏、少量存在于血管组织的蛋白，在血管衰老调控中扮演关键保护角色。动物实验证实，其可通过上调 NO 生成改善血管舒张功能，同时通过胰岛素 / IGF 信号激活 MnSOD 抗氧化酶，减少 H2O2 诱导的内皮细胞凋亡；此外，它还能抑制 caspase 活性、削弱 p53/p21 衰老通路，直接发挥抗内皮衰老作用。临床研究表明，血浆 Klotho 水平与冠状动脉疾病、心力衰竭等心血管疾病风险呈负相关，且独立于传统危险因素（如血脂异常、高血压），可作为动脉僵硬度的独立预测指标。实验模型中，Klotho 过表达能延缓肾脏与心血管衰老并延长小鼠寿命，而基因敲除则导致血管钙化等早衰表型。总之，Klotho 通过多机制?；つ谄は赴δ埽溲交蚩沙晌拦姥芩ダ霞跋喙丶膊〉纳锉曛疚?，为干预血管衰老提供潜在靶点。

RAAS

肾素 - 血管紧张素 - 醛固酮系统（RAAS）中的 Ang II 是驱动内皮细胞衰老的关键因子。Ang II 通过 AT1R 介导 ROS 生成、炎症反应及 MAPK 通路激活，促进内皮细胞周期阻滞与衰老，其过度激活与动脉粥样硬化、高血压等年龄相关血管疾病密切相关，而 AT1R 阻滞剂可拮抗这一过程。在衰老小鼠模型中，Ang II 及其受体 AT1R 表达上调，伴随 NOX2 及细胞外基质成分增加，而保护性受体 Mas 和 AT2R 表达下降。作为 RAAS ?；ば苑种У?Ang-(1-7) 可通过作用于 Mas 受体，减少端粒 DNA 损伤、抑制 p53 信号及 SA-β-Gal 活性，从而逆转 Ang II 诱导的内皮细胞衰老。研究证实，Ang-(1-7)/Mas 轴在调控血管衰老中具有多效性?；ぷ饔?，不仅拮抗 Ang II 的促衰老效应，还能通过维持 DNA 完整性和抑制炎症信号，成为干预内皮细胞衰老及相关血管疾病的潜在靶点。

IGFBP

胰岛素样生长因子结合蛋白（IGFBP）家族在调节内皮细胞衰老中呈现复杂作用。IGFBP1 作为家族成员，参与代谢与细胞生长调控，但其同源配体 IGF1 在不同内皮细胞类型中表现出矛盾功能：既能通过激活 IGF1 受体介导辐射诱导的人肺动脉内皮细胞衰老，又能在人主动脉内皮细胞中通过抗氧化应激抑制衰老。IGFBP3 在复制性衰老的内皮细胞中表达上调，其过表达可增强 HUVECs 的衰老表型，而沉默 IGFBP3 则能抑制这一过程。此外，IGFBP5 可通过 p53 依赖性通路诱导 HUVECs 衰老，成为辐射所致内皮细胞衰老的潜在调控因子。

NRF2

核因子 E2 相关因子 2（NRF2）作为氧化应激敏感的转录因子，通过结合抗氧化反应元件（AREs）激活抗氧化基因转录，在拮抗内皮细胞衰老中起核心作用。激活 NRF2 可抑制细胞衰老，而 NRF2 基因缺失会加速老年脑动脉细胞衰老并增强炎症反应，同时加剧肥胖等心血管危险因素的不良影响。在非人类灵长类动物和老年大鼠模型中，衰老均导致 NRF2 核转位障碍及靶基因（如 NQO1、GCLC）表达下降，伴随线粒体 SOD2 活性降低，进而引发慢性氧化应激。这种 NRF2 功能受损与氧化应激增强的恶性循环，在 H2O2 和高糖等应激条件下尤为明显，可进一步激活 NF-κB 炎症通路，推动血管衰老进程。总之，衰老会损害 NRF2 的功能，从而形成一个恶性循环，加剧衰老相关氧化应激诱导的细胞损伤。

mTOR

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）作为 PI3K 相关激酶家族成员，通过 mTORC1 和 mTORC2 复合物调控内皮细胞衰老。低剂量雷帕霉素抑制 mTORC1 可延缓 HUVECs 复制性衰老，促进增殖与血管生成，其机制与抑制 S6K 磷酸化及核糖体蛋白 S6 激活相关。热量限制或雷帕霉素处理可通过降低 mTOR 活性增强衰老小鼠和大鼠的内皮功能，表现为 NO 生成增加及血管舒张能力改善。此外，抑制 PI3K/AKT/mTOR 通路可诱导非经典 SASP 反应，通过自限性炎症调控维持组织稳态。mTORC2 在衰老内皮细胞中活性升高，沉默 mTORC2 可通过调节 NRF2 减轻氧化应激诱导的衰老。研究揭示 mTOR 信号通路通过整合代谢、氧化应激及炎症信号，成为内皮细胞衰老的关键调控枢纽，其抑制剂（如雷帕霉素）及上下游靶点（如 S6K、NRF2）为干预血管衰老提供了多维度的治疗策略。

其他分子

除已阐述的关键分子外，诸多其他因子也参与调控内皮细胞衰老。成纤维细胞生长因子 21（FGF21）可通过 AMPK 依赖途径抑制 p53 激活、诱导线粒体生物合成，从而减轻高糖或血管紧张素 Ⅱ 诱导的内皮损伤与衰老。衔接蛋白 P66shc 通过调节氧化还原代谢，改善衰老内皮细胞对乙酰胆碱的舒张反应。导向受体 UNC5B 则可能通过激活 ROS-p53 通路促进内皮细胞衰老。炎症因子 IL-17A 可经 NF-κB/p53/RB 信号通路推动内皮衰老，而消退素 E1（RvE1）能通过抑制 pP65、NLRP3 炎症小体等减轻阿霉素或 IL-1β 诱导的衰老。此外，PPARα 可通过促进衰老相关蛋白 GDF11 的表达抑制内皮衰老，DRG2 缺失会增强 NOX2 介导的 ROS 生成进而促进衰老，CTRP9 能通过 AMPKα/KLF4 通路抑制高血糖诱导的内皮衰老，DPP4 则通过 PAR2-COX-2-TP 轴激活 NLRP3 炎症小体来诱导内皮细胞衰老。这些分子从代谢调控、氧化应激、炎症信号等多个维度参与内皮细胞衰老过程，随着研究的深入，更多相关分子机制将被揭示，为干预血管衰老及相关疾病提供新的思路和靶点。

总之，内皮细胞衰老由端粒缩短、DNA 损伤等多种因素诱导，在血管衰老及动脉粥样硬化、高血压等年龄相关血管疾病中起关键作用。目前研究已揭示 SIRT1、SIRT6、Klotho 和 NRF2 等分子通过抗氧化应激等机制抑制内皮细胞衰老，而 Ang II、IGFBP3、mTOR 等因子则促进这一过程，其中 Ang II 抑制剂奥美沙坦已显示出抑制血管炎症和衰老的作用。未来需在细胞与动物模型中深入解析衰老调控机制，全面挖掘可药物靶点，并通过鉴定新型标志物和改进检测技术，提升体内衰老内皮细胞的识别效率。这些研究将为开发针对性干预策略、延缓血管衰老及改善相关疾病预后提供重要理论基础与实践方向。

参考文献：Hwang HJ, Kim N, Herman AB, Gorospe M, Lee JS. Factors and Pathways Modulating Endothelial Cell Senescence in Vascular Aging. Int J Mol Sci. 2022 Sep 4;23(17):10135. doi: 10.3390/ijms231710135. PMID: 36077539; PMCID: PMC9456027.

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