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Cell今日重磅:衰老教科书大改写!12个权威衰老标识发布,新增了哪3个?
2023年01月05日


今日,顶级科研期刊Cell发布了一篇足以改写衰老教科书的重磅论文:在原有九大衰老标识的基础上,增加了慢性炎症、肠道微生物失调、巨自噬失活三个新的衰老标识,并分为三类[1]:

图注:新的12个衰老标识

基本标识(随时间积累,对衰老有明确的加速效果)

基因组不稳定(genomic instability)

端粒磨损(telomere attrition)

表观遗传改变(epigenetic alterations)

蛋白质稳态失衡(loss of proteostasis)

巨自噬失活(disabled macroautophagy)


拮抗标识(程度不同时,对衰老的影响相反

营养感应失调(deregulated nutrient-sensing)

线粒体功能障碍(mitochondrial dysfunction)

细胞衰老(cellular senescence)


综合标识(基本标识和拮抗标识造成的损伤无法修复时出现

干细胞耗竭(stem cell exhaustion)

细胞间通讯改变(altered intercellular communication)

慢性炎症(chronic inflammation)

肠道微生物失调(dysbiosis)


从科学家在秀丽隐杆线虫中分离出第一批长寿菌株以来,衰老研究领域便飞速发展,但始终缺少一个系统性框架。


2013年,在多年研究的基础之上,一篇名为《衰老标识》(The Hallmarks of Aging)的论文应运而生,总结了不同生物衰老的共同特征,提出了“九大衰老标识”的概念[2]。

图注:2013年提出的九大衰老标识

毫不夸张地说,该理论贯穿了之后的衰老研究发展,无论是探究导致衰老的分子机制,测量衰老程度,亦或是测试能够减缓衰老的干预手段,都是在九大标识的框架内展开。


但近些年衰老研究领域涌现了许多新发现、新成果,九大标识已无法完全满足所有的研究需求。例如,2013年该理论提出时,许多抗衰干预措施的研究都是在酵母、线虫、果蝇等非哺乳动物模型中完成,不排除在小鼠、人类身上失败的可能。


于是,提出九大衰老标识的原班人马重新集结,对原有的标识进行了与时俱进的补充与完善,提出了更加权威的12个衰老标识。毫无疑问,它们将成为指导未来衰老研究的新框架。


慢性炎症、肠道微生物失调、巨自噬失活三个新增标识,是近年来衰老研究领域的热门,呼声很高,此次入选并不奇怪。


鉴于大部人较为熟悉的是原有的大标识,而时光派作为长期深耕衰老领域的抗衰先锋平台,已产出1000余篇衰老相关科普,对三项新增衰老标识都进行过充分研究,因此在这里对新增标识做下简单介绍,希望能加深大家对最新衰老科研框架的了解。





炎症是免疫反应的“先导部队”,让我们疼痛、发红、肿胀,但在免疫反应清除了伤口处的病原体后炎症就会消失,这种急性炎症有利于维持健康


衰老过程中,我们体内的炎症细胞因子、生物标志物(例如CRP)随之增多,导致炎症加剧。与此同时,受炎症影响免疫功能不断下降,此消彼长,最终形成慢性炎症,导致细胞衰老、器官功能衰退,引发多种疾病。

图注:慢性炎症与疾病

慢性炎症与其他衰老标识的关系非常密切,其他衰老标识造成的紊乱是因,慢性炎症是果,如表观遗传改变、蛋白质稳态丧失都能使促炎蛋白过度表达,从而引发慢性炎症。

图注:所有其他衰老标识引发的紊乱都可能导致慢性炎症,抗炎干预措施能够延长健康寿命与寿命

研究表明,抗炎干预可有效延长健康寿命与寿命,例如历史研究表明抑制炎症因子TNF-α就能够有效预防肌肉减少症,改善衰老大脑的认知能力。


此外在日常生活中,富含Omega-3不饱和脂肪酸、黄酮、多酚、膳食纤维的食物,姜黄素、槲皮素等补剂,以及体育锻炼等,都可有效改善慢性炎症,具体做法可参考↓↓↓


 参考阅读 一文读懂 | 衰老的“影子”——慢性炎症,我该如何抗炎?





出生时,我们从母亲的产道内得到了第一批肠道微生物,然后在遗传变异、饮食、生活习惯、地理环境等因素影响下,它们渐渐形成不同的微生物群落,在营养消化和吸收、抵御病原体、产生维生素等必需代谢物等生理过程中扮演着重要角色。

图注:肠道微生物组影响人体健康的基本机制

随着年龄增长,肠道菌群群落的结构和活动逐渐发生改变,最终导致菌群多样性降低,有益菌减少而兼性厌氧菌增多


这些改变会导致肠道微生物失调,可能会引发肥胖、2型糖尿病、溃疡性结肠炎、神经系统疾病、心血管疾病、癌症等诸多疾病。


有助于改变肠道微生物组构成的干预方法:


窄谱抗生素:清除或减量具有某种特征的肠道细菌;

益生菌:外界引入某种被认为“更优越”的细菌,希望它们可以改变原有的生态环境;

粪菌移植(FMT):一般需经过广谱抗生素预处理把肠道变成无主之地,再移植引入别人的菌群;

热量限制:通过引起肠道微生物组结构变化,增加肠道菌群多样性。

其中,最受大众追捧的方法是益生菌,但益生菌到底有没有效果,答案如下↓↓↓


 参考阅读 时光派深度丨益生菌治病延寿,是世纪骗局还是光辉未来?





巨自噬是自噬的主要形式,可以轻松吞下各种大分子、细胞器、甚至微生物(下文巨自噬简称为自噬)。


自噬过程中,隔离膜或吞噬泡包裹住细胞质中需要回收的物质形成自噬体,然后自噬体与细胞内的溶酶体融合,溶酶体酶便可将自噬体及其内容物降解。

图注:巨自噬过程

自噬的主要功能是备荒与维稳。


“备荒”,即面对饥饿或参与有氧运动时,自噬可以降解大分子,维持蛋白质合成和能量产生,使机体得以在恶劣环境或代谢应激状况下保全


“维稳”,即通过自噬清除外来的病原体或错误折叠的蛋白质或者聚集物,维持身体内部稳态。


综上所述,自噬在身体健康和正常生理功能中必不可少。但随着年龄增长,自噬相关基因(如ATG5、ATG7和BECN1)表达减少,自噬能力降低,导致蛋白质聚集体和功能失调的细胞器积累,病原体清除能力下降,炎症加剧,这些因素共同加速了衰老。


研究表明,刺激自噬有助于增加模式生物的健康寿命和寿命,如小鼠口服亚精胺改善多个器官自噬能力后,寿命延长25%;绿茶、咖啡、花生、黑巧克力等食物可增强自噬……更多激活自噬的方法见下文↓↓↓


 参考阅读 吃掉自己,可获长生——一文盘懂:自噬与抗衰





衰老标识都不是孤立存在,而是牵一发而动全身,它们与8个健康标识、8个层次相互关联,具体关系如下图:

图注:12个衰老标识、8个健康标识、8个层次之间的关系

研究人员认为,衰老与屏障完整、微扰抑制等8个健康标识的恶化有关,这种变化又会对分子、细胞器、细胞等8个层次产生影响。


总而言之,12个衰老标识、8个健康标识、8个层次彼此交织成网,共同解释了衰老过程中的一些变化。



关于作者

Carlos López-Otín:西班牙奥维耶多大学分子生物学家


Maria A. Blasco:西班牙国立癌症研究中心主管、全球首个端粒酶编辑模型小鼠缔造者(点击文末“阅读原文”,观看Blasco博士为时光派读者录制的端粒科普课程)


Linda Partridge:德国马普衰老研究所创建人、英国皇家协会副主席


Manuel Serrano:Altos Labs研究员、衰老细胞研究领域领军人物


Guido Kroemer:中国、德国、奥德利等多国院士,细胞生物学领域被引用次数最多的作者之一



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参考文献

[1]López-Otín, C., Blasco, M., Partridge, L., Serrano, M., & Kroemer, G. (2023). Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell. doi: 10.1016/j.cell.2022.11.001

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


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