高糖下细胞衰老对内皮细胞损伤的研究进展

黎玲，周素娴

(1.桂林医学院 临床学院，广西 桂林 541001；2.桂林医学院附属医院内分泌科，广西 桂林 541001）

0 引言

衰老是一个非常复杂的生物学和生理学过程，是由遗传、表观遗传和环境因素相互作用的结果，可分为复制性衰老和应激性衰老。复制性衰老指细胞经过多次特定分裂后，其增殖活力逐渐减低，有丝分裂停止，随后细胞死亡[1]；应激性衰老指通过各种内源性和（或）外源性应激刺激引起细胞加速增殖停滞的状态[2]。即细胞衰老是细胞进入永久性细胞周期停滞状态的过程，被认为是机体衰老和年龄相关性疾病（如糖尿病、心血管疾病、癌症等）的基础。糖尿病是一个慢性炎症疾病，当细胞处于高糖状态下时可加速细胞衰老的进程。目前内皮细胞损伤认为是糖尿病血管病变的起点, 衰老的内皮细胞可能引起血管内皮的损伤，进而导致糖尿病血管并发症[3]。探索内皮细胞损伤的衰老机制对于糖尿病血管病变的发展有积极意义。本文综述高糖下细胞衰老对内皮细胞损伤的形态及可能机制。

1 内皮细胞

内皮细胞（Endothelial cells ,ECs）是一层单层扁平上皮细胞，排列在心血管系统的血管中，作为血管系统的内层，在维持体内所有组织的氧气和营养供应方面发挥着重要作用。ECs 还具有维持血管张力、血液流动性与渗透性、调节炎症反应及平衡血栓形成与溶栓等功能[4-5]。衰老的内皮细胞可表现为细胞扁平、宽大，细胞间隙增宽，细胞质内有空泡形成，细胞核和核仁体积增大，线粒体数量减少等特征[6]。研究表明，加入高糖条件培养的人脐静脉内皮细胞可观察到细胞衰老的特征，还发现细胞衰老标记物明显加速出现，且随着糖浓度的增加，细胞衰老程度加重，证实了高糖可诱导内皮细胞加速衰老[7]。衰老的内皮细胞造成内皮细胞损伤，较正常细胞在形态和功能上更易形成动脉粥样硬化，造成心血管病变[8-9]。

2 衰老对内皮细胞损伤的作用机制

糖尿病环境下可发现氧化应激水平增强，还发现炎症细胞因子明显增加，进而围绕氧化应激和炎症反应诱导的内皮细胞衰老，从而导致血管功能障碍进行阐述。

2.1 氧化应激

氧化应激是活性氧集团(reactive oxygen species, ROS)在体内产生的一种负面作用，打破了机体氧化和抗氧化之间的动态平衡, 从而造成对机体的氧化损伤，并被认为是导致衰老和疾病一个重要因素[10]。目前已有大量实验证据表明在糖尿病的ECs 中，高血糖所致的氧化应激水平升高,过量暴露于ROS 会导致DNA 损伤的积累，并诱导细胞衰老，进一步加速ECs 功能障碍，引起糖尿病血管病变的发生[11]。在衰老的机体中可以发现，线粒体功能受损，脂肪细胞浸润，被破坏的线粒体的清除也减少，即随年龄的增长，与老年相关的机体抗氧化防御系统清除自由基的能力降低，可使得ROS 生成增多，对维持慢性炎症起重要作用[3]。这表明了氧化应激加速内皮细胞的衰老，而细胞衰老使得自由基增加，进而可以增加氧化应激的作用，因此氧化应激与细胞衰老相互作用形成了一个恶性循环。

目前已有大量文献报道高血糖下内皮细胞氧化应激水平增多的相关途径，主要有多元醇通路、氨基己糖生物合成途径、糖基化途径、晚期糖基化终产物（advanced glycation end products，AGEs）累积、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）通路活化、代谢记忆等[12]。在正常细胞中，p53 的表达通过负反馈调节维持在较低的水平，当p53 激活时，通过诱导细胞周期阻滞、凋亡或衰老，有效抑制细胞增殖。在糖尿病环境中，内皮细胞可依赖于P53 介导的信号通路（即p53-p21 途径）导致细胞衰老样生长停滞，可观察到P53、P21 水平升高，锰超氧化物歧化酶的表达水平降低，细胞普遍衰老[13]。实验还可以表明在糖尿病状态下，P53 水平上升，内皮依赖性血管舒张功能明显受损，但当抑制P53 时可改善内皮功能障碍。人内皮细胞暴露于高糖可降低内皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS) 的磷酸化，内皮细胞p53 蛋白通过磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）的反式激活减少eNOS 的磷酸化，导致内皮依赖性血管舒张功能受损，即高血糖可通过p53/PTEN/eNOS 途径损害内皮功能[13]。葡萄糖诱导的内皮细胞氧化应激和加速老化还可以由线粒体沉默信息调节蛋白或sirtuins（SIRTs）耗尽所介导的[14]。

2.2 衰老相关分泌表型（the senescence-associated secretory phenotype,SASP）

衰老细胞可以向胞外分泌数十种因子（包括各种趋化因子、促炎细胞因子和生长因子），以维持细胞自身衰老表型，并影响周围细胞的生长，这种特性被称为衰老相关的分泌表型[15]。SASP 可以激活促炎转录，经由多种因子的慢性分泌来推动老年相关性疾病的发展，而且当衰老细胞增多时，SASP可以引起如导致慢性炎症、促进肿瘤血管生成、增加其侵袭性等影响。SASP 有两种分泌形式，即自分泌和旁分泌。自分泌是指衰老细胞对其本身产生反馈，而SASP 的旁分泌可根据细胞类型和微环境的不同而发挥不同的作用[16-17]。SASP 可通过自分泌和旁分泌的方式导致组织功能障碍和损伤，从而导致胰岛素抵抗和糖尿病，并导致组织损伤和糖尿病并发症，而糖尿病状态下的代谢和免疫紊乱可能反过来促进更多衰老细胞的形成[3]。SASP 可分为DDR（DNA damage response）快速相关分泌时期、早期自我放大时期和晚期成熟期[18]。如端粒缩短、细胞毒性药物、辐射、氧化应激基因毒性应激可激活DDR，不可修复的DNA 损伤和持续的DDR 信号可以引发衰老，产生衰老相关生长停滞（（senescence-associated growth arrest，SAGA）和衰老相关分泌表型。早期的SASP 可激活自我放大SASP 自分泌环路,随着4-10 天的不断自我扩增，最终达到成熟状态，而miRNA 可抑制成熟晚期的SASP 的无休止的扩增[19-20]。

近年来，SASP 被认为是糖尿病代谢性炎症的一个要素[21]，衰老细胞可以通过SASP 促进慢性无菌炎症、活性氧及通过释放SASP 因子干扰自身局部或系统的清除，从而可能导致糖尿病的慢性促炎微环境，导致自然杀伤细胞功能下降。有研究提到，内皮细胞和巨噬细胞是体内携带SASP 的细胞，且SASP 是肥胖小鼠和人类脂肪组织胰岛素敏感性丧失之前的早期事件，极有可能成为糖尿病低度炎症的燃料[21-22]，因此这种“衰老炎症”也可以进一步增加内皮细胞的损伤。

Alspach[23]等人研究中提到SASP 可以介导衰老细胞的生长，主要是通过 p38 MAPK 途径活化调控SASP 因子mRNA的稳定性，从而增加细胞的衰老，并影响了衰老相关生长停滞。炎性小体是一种多蛋白传感器，可识别细胞内的危险信号，可能是SASP 启动和维持的关键因素，而NF-kB 途径似乎充当SASP 的主监管机构，随着NF-kB 途径的抑制导致NK细胞逃避免疫识别[24]。SASP 可以通过NF-κB、IL-α 级联途径激活炎症小体导致延迟愈合的炎症反应。有研究表明[25-26]肥胖或者饱和脂肪酸可以激活炎性小体相关蛋白核苷酸结合寡聚化结构域样受体3，诱导炎性小体活化，即炎性小体可通过损害脂肪组织的敏感性参与代谢综合征的发展，以及增加IL-1β 受损的胰岛素分泌信号而促进小鼠的胰岛素抵抗。NLRP3 在内皮细胞衰老过程中通过ROS 上调，并受自噬负调控，因此NLRP3 炎性小体可作为动脉粥样硬化相关炎症老化的潜在靶点[27-28]。

自噬是细胞废物从细胞中被清除的一个过程，可以认为是维持细胞正常稳态的蛋白质和细胞器的良好的控制机制。在衰老和老年相关的疾病中，自噬反应变得迟钝，免疫介质保持活跃并延长炎症反应[24]，而且自噬减少时可允许细胞内受损蛋白和衰老细胞的积累，从而进一步维持和扩大促炎环境，相反，自噬增强是延缓内皮细胞衰老和机体衰老的另一种有吸引力的策略[29]。自噬还可促进衰老相关的炎性分泌，在衰老细胞周围大量聚集炎症因子，如白介素-6（IL-6）、白介素-1β（IL-1β）等，进一步加速细胞的衰老进程[30]。

3 总结与展望

衰老是细胞一种的命运，衰老细胞在糖尿病患者中积累可通过氧化应激、SASP、自噬、炎症小体等方式导致内皮细胞的损伤及胰岛素抵抗，进而产生一系列代谢功能障碍、心血管疾病等。随着对衰老细胞调控分子的了解，目前对延迟老年相关疾病的相关靶点药物有一定的研究，如SASP 抑制剂可以延缓与老年相关的脂肪组织的损失并降低胰岛素抵抗；Senolytic 药物可以通过选择性诱导衰老细胞凋亡而干预疾病的发展[31]，以上均为糖尿病血管病变的治疗提供新方向。