支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasia，BPD)是一种可造成早产儿呼吸衰竭及死亡的慢性呼吸系统疾病，高氧暴露是其发生的主要危险因素。细胞衰老描述了一种细胞周期阻滞的状态，近年来有研究证实高氧暴露可以引起细胞衰老。细胞衰老在肺上皮、肺间质、肺血管以及气道发育过程中起着至关重要的作用，且这些组织的异常发育与BPD的发生相关。因此，该文以细胞衰老和BPD为切入点进行综述，探讨高氧致细胞衰老在BPD发生发展中的作用机制以及目前应用于临床的抗衰老药物，以期为BPD的防治提供新方向。The role of hyperoxia-induced cellular senescence in bronchopulmonary dysplasiaBronchopulmonary dysplasia(BPD)is a chronic respiratory system disease that causes respiratory failure and death in premature infants, and hyperoxic exposure is the main risk factor for its occurrence.Cellular senescence describes a state of cell cycle blockade, and in recent years studies have confirmed that exposure to hyperoxia can cause cellular senescence.Cellular senescence plays a crucial role in the development of the lung epithelium, lung interstitium, pulmonary vasculature, and airways, and abnormal development of these tissues is associated with the development of BPD.Therefore, this paper takes cellular senescence and BPD as the starting point to review the mechanism of hyperoxia-induced cellular senescence in the occurrence and development of BPD and the anti-aging drugs currently applied in clinical practice, in order to provide a new direction for the prevention and treatment of BPD.支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasia，BPD)是一种因早产儿肺损伤和肺发育受阻而导致的慢性肺疾病，是造成早产儿呼吸衰竭及死亡的主要病因，其主要病理特征是肺泡结构简单化、血管生成异常及气道平滑肌重塑。BPD病因复杂，其中生后早期高氧暴露是常见的高危因素[1]。目前有关高氧致BPD的机制主要有肺发育不成熟、表面活性物质缺乏、抗氧化酶系统体内发育不健全、氧化/抗氧化系统的失衡等，但现有机制无法充分解释BPD的发生[2]。近年来随着细胞衰老对器官生成的影响受到越来越多的关注，细胞衰老与BPD发生关系的报道逐渐增多。这些研究从细胞命运的角度，而非单纯细胞损伤的角度重新审视高氧致未成熟肺发育障碍的分子调控机制。本文重点围绕细胞衰老和BPD发生之间的关系进行综述，探讨高氧致细胞衰老在BPD发生中的作用机制，以期为BPD的防治提供新方向。细胞衰老是一种不可逆的细胞周期(G1或G2)停滞状态，最早由Hayflick和Moorehead提出，又称为复制性衰老。细胞核DNA损伤是衰老的关键环节，主要以DNA双链断裂的形式出现，激活DNA损伤反应[3]。目前调控细胞衰老的信号传导途径主要包括DNA损伤反应、衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP)调控途径、自噬/线粒体代谢异常等。这些信号途径直接激活细胞周期抑制蛋白，包括p14、p15、p16、p17、p18、p21、p27及p53等因子[4,5]。上述分子抑制细胞周期依赖性蛋白激酶及其伴侣蛋白，导致视网膜母细胞瘤易感基因(retinoblastoma gene，RB)的磷酸化受阻，最终引起细胞周期停滞。细胞衰老具体表现为衰老相关染色质聚集、细胞周期抑制调控蛋白表达升高及衰老相关性β-半乳糖苷酶活性增高，其中β-半乳糖苷酶活性增高是细胞衰老的标志物，可以通过测量其活性来识别衰老细胞[6]。高氧激活聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)，引起p53因子的激活，导致端粒丢失，最终发生细胞衰老。研究显示高氧可引发小鼠肺泡上皮细胞衰老，机制可能与核DNA损伤、γH2AX蛋白表达增高、p53因子激活及核易位增加相关[5]。中度高氧环境下的成纤维细胞增殖减少、体积增大、β-半乳糖苷酶的活性及DNA的损伤增加，细胞周期停滞在G2/M期，这与磷酸化p53和p21因子表达上调有关[7]。胎儿发育过程中，发育诱导的衰老受p21因子调节，应激诱导的衰老是活性氧(reactive oxygen species，ROS)损伤双链DNA后发生，这种类型的衰老通常是p53和pRB因子介导的[6]。SASP作为衰老细胞的关键特征，在正常细胞中抵抗外界有害环境，但随着身体机能的下降，SASP大量分泌，诱导机体炎症的同时，加速机体衰老，导致多种衰老相关疾病发生。研究发现一些属于SASP的炎症因子和肺细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的蛋白质与中度高氧环境下的胎儿气道上皮细胞的衰老相关。其中炎症因子有IL-1、IL-1β及IL-8；ECM蛋白包括纤溶酶原激活剂抑制剂1(plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)、基质金属蛋白酶(matrix metallopeptidase，MMP)(如MMP2和MMP12)及ECM结构蛋白胶原1α，上述分子在高氧条件下含量增加[8]。实验发现中度高氧会导致成纤维细胞体积增大、繁殖能力下降，长期高氧暴露加速其衰老，这与SASP谱相关分子表达增加有关，这些分子包括肿瘤坏死因子-α(tumour necrosis factor-α，TNF-α)、IL-8、IL-1及PAI-1[9]。ROS是一类高活性氧分子，定义为含氧的具有反应性的化学物质，包括氧自由基和一些非自由基含氧物质如超氧化物、羟基自由基和过氧化氢等[10]。ROS可以诱导并影响DNA损伤反应[11]。引起ROS水平增加的因素包括干旱、盐度升高、寒冷、营养缺乏、金属毒性和辐射。为对抗过量ROS引起的损害，人体存在高效的抗氧化系统，包括谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶、S-甲基转移酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等。高氧导致体内的氧化/抗氧化系统失衡，引起ROS大量聚集。ROS产生增加与线粒体氧化损伤和线粒体拷贝数的减少有关，最终引起细胞衰老[12]。同时，细胞衰老可视为一个潜在的压力源，反向增加ROS的含量。核因子E2相关因子2(nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2)是维持细胞氧化还原平衡和信号传导的关键转录因子，调节细胞功能和细胞衰老，参与长寿信号通路。Nrf2依赖细胞抗氧化防御系统，该系统激活后调节氧化应激，防止细胞衰老。由于年龄增长，细胞中的Nrf2含量和活性有所下降，最终导致细胞衰老[13]。Ⅱ型肺泡上皮细胞分泌肺表面活性物质，如表面活性物质结合蛋白，是Ⅰ型肺泡上皮细胞的祖细胞，Ⅰ型肺泡上皮细胞在气体交换过程中发挥重要作用[14,15]。胚胎干细胞及其直接衍生物在胚胎期和胎儿早期促进所有器官的生长和发育，组织特异性干细胞促进器官的进一步生长，并在损伤或衰老环境下提供新的器官特异性细胞。Ⅱ型肺泡上皮细胞可分化成Ⅰ型肺泡上皮细胞，是肺组织的干细胞[15]。Ⅱ型肺泡上皮细胞的衰老导致肺泡上皮干细胞更新减少，端粒酶功能缺乏，最终引起细胞凋亡、炎症及急性肺损伤的易感性增加。研究发现Wnt/β-catenin通路可引起Ⅱ型肺泡上皮细胞衰老，与其他非肺器官衰老亦相关，包括胚胎发育异常。虽然细胞衰老是一个生理过程，调节胚胎发育和预防肿瘤细胞增殖，但衰老细胞的异常积累对组织稳态产生有害影响[16,17]。肺上皮细胞衰老可引起肺功能异常、气体交换障碍，严重者将导致BPD。早产儿长期高氧暴露导致肺血管生成潜能减低，促进BPD的发生[18]。肺发育的肺泡期以血管生长和分隔指数增加为特征，是决定出生后肺结构正常的关键因素。这些过程依赖于多种细胞因子、生长因子和其他信号肽的调节及它们的时间和空间表达。研究表明，出生后肺泡发育阶段的肺损伤破坏肺泡和血管的生长。BPD的特征是血管生长异常、肺泡化受损及肺结构持续异常。早产儿肺中的细胞因子和生长因子异常释放，如转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)，引起不同转录因子的激活，导致细胞凋亡。血小板衍生生长因子-α和成纤维细胞生长因子家族在肌成纤维细胞驱动的二次峭形成中起重要作用[19,20]，毛细血管发育畸形与血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)模式的改变有关，如新生肺VEGF及其受体的表达降低，以上变化导致肺动脉高压和淋巴回流受损。血管假说认为血管生成是肺泡化的主要驱动因素，是肺发育的关键过程。血管生成受损表现为血管生成减少及异常分布，这与BPD的发生相关。研究表明，内皮祖细胞衰老与其数量和活性有关，衰老的内皮祖细胞降低对纤连蛋白的依从性和对VEGF的反应性，引起血管生成能力降低。研究显示抑制核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)信号通路影响新生小鼠幼鼠的肺泡化和肺血管生成[21]。上述因子如NF-κB、TGF-β与细胞的衰老和凋亡密切相关。此外，免疫和炎症细胞与未成熟肺实质细胞之间的通讯发生改变，数据显示细胞间通讯的改变是衰老的标志之一，与BPD的发展密切相关。ECM在肺发育过程中发挥重要作用，是肺泡和血管发育的支架。研究发现ECM重塑在BPD患儿肺泡发育异常过程中发挥重要作用[22]。临床和实验研究表明，肺ECM周转异常和结构受损明显促进BPD的发生。丝氨酸蛋白酶、中性粒细胞蛋白酶、MMP和木瓜蛋白酶家族的启动进一步调节ECM的重新建模过程[23]。MMP2和MMP9等蛋白酶的正常表达促进细胞迁移，刺激发育中的ECM的生理重塑，分泌过多导致ECM分解，最终引起肺泡-毛细血管界面完整性的破坏，不同MMP亚型的不平衡表达与BPD的发展有关。中枢信号通路的干扰，例如抑制NF-κB，将影响气道分支，损害上皮细胞、间充质细胞和内皮细胞结构的发育，导致肺发育异常[24,25]。Rajman等[26]报道了使用富血小板血浆恢复干细胞衰老可以延长衰老加速小鼠的寿命，并假设该治疗可用于治疗与年龄相关的疾病。目前正在进行一些临床试验，以测试对BPD患者使用间充质干细胞的安全性和有效性。迄今为止，已经有3个已完成的转化试验发表了使用间充质干细胞治疗人BPD的结果[27]。二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid，DHA)通过减少TNF-α诱导的衰老和内皮细胞中功能障碍相关基因的表达来减轻内皮细胞的衰老和功能障碍。在早期的研究中，结果显示通过补充DHA，可以改善暴露于母体炎症和高氧环境下的新生小鼠的肺生长和功能。此外，在BPD小鼠模型中发现，母体补充DHA可防止持续的炎症和氧化[28]。二甲双胍是一种广泛使用的抗糖尿病药物，已在临床前研究中显示其具有可缓解衰老的效应。在小鼠模型中也观察到了其对衰老的积极影响[29]。二甲双胍具有潜在的抗炎特性，可通过促进血管发育来加速伤口愈合，改善BPD的肺血管发育[30]。本文主要综述了细胞衰老的调控通路，高氧致细胞衰老的调控机制，细胞衰老与BPD的发生及靶向细胞衰老治疗BPD的展望。长期高氧暴露将导致BPD等慢性呼吸系统疾病，这类疾病以肺泡发育停滞、肺部结构受损为特征。BPD是导致早产儿呼吸衰竭和死亡的主要原因，但其发病机制尚未阐明。细胞衰老已被证明在肺发育中断中起着重要作用，并在理解BPD的发生中获得了重要意义。目前尽管采取了积极的治疗措施，但BPD的发生率仍在上升，严重威胁着早产儿的生存率和长期生活质量。因此，研究疾病发病机制中的细胞衰老可能是BPD治疗的新方向。
