为了逆转衰老，科学家居然让衰老细胞“自杀”？

逆转衰老，人类的永恒追求。

比起容貌，科学家们想要的更多是身体机能方面的“年轻化”。在众多潜在的实现途径中，靶向清除衰老细胞一直受到广泛关注。

在最近的《科学》杂志上^[1]，日本东京大学医学科学研究所的研究人员发表了研究成果。他们发现，谷氨酰胺酶1（GLS1）是一个关键靶点，它大量分解谷氨酰胺产生的氨中和了衰老细胞中本来可以杀死细胞的酸中毒，使得衰老细胞能够继续苟命，抑制住这条途径后，衰老细胞走向正常死亡，老年小鼠的生理功能和运动能力都得到改善。

衰老细胞既已丧失分裂能力，又不凋亡，顽固地在体内站牢，它的积累和年龄相关的一系列病理表现有关^[2][3]。

研究人员们为了鉴定出适合作为衰老细胞标志物的分子，开发了一种长期培养高纯度人衰老细胞的方法，通过nutlin3a瞬时激活p53，这样构建的衰老细胞高表达p16，CD26，白介素-6和白介素-8，细胞纯度（所构建细胞占全部培养细胞的比例）接近100%。

利用短发夹RNA（shRNA）对衰老细胞生存需要的酶进行筛选，在一片“靶子”中，“命中率”最高的就是GLS1。

与未经处理的非衰老细胞相比，GLS1在衰老细胞中的表达显著增加。在不同方法构建的衰老细胞中，都检测到了高水平的GLS1。

在80周龄的老年小鼠中，使用GLS1抑制剂消除衰老细胞后，小鼠们与年龄相关的肾小球硬化、肾脏巨噬细胞浸润和肾功能障碍得到改善，体现在血浆肌酐和尿素这两个指标的正常化趋势上。

年轻小鼠（young）、对照组老年小鼠（Mock）和使用GLS1抑制剂的老年小鼠（BPTES）肾脏切片和肾小球硬化症病例、血浆尿素、肌酐水平（由上至下）

和过去发现的一些可以清除衰老细胞的药物一样，GLS1抑制剂也可以使得老年小鼠的肺纤维化、肝脏巨噬细胞浸润和血清白蛋白水平得到改善。

另外，脂肪祖细胞的衰老和随后的脂肪组织萎缩和巨噬细胞浸润也是自然衰老的特征^[4][5]，GLS1抑制剂治疗在100周龄的老年小鼠中减轻了组织萎缩和巨噬细胞的侵袭。小鼠与年龄相关的虚弱得到改善，握力和短时悬挂耐力得到提高。

无论是GLS1还是谷氨酰胺，对大家来说都不是陌生的分子。谷氨酰胺早在20世纪50年代就被发现是很多细胞系培养过程中所需要的氨基酸，在之后的这近70年中，它仍然是细胞培养基配方中最丰富的氨基酸。

谷氨酰胺的代谢有许多功能，包括三羧酸循环和一系列支持细胞增殖的生物过程。

在这次的研究中，研究人员也尝试探究了GLS1和谷氨酰胺在衰老细胞中发挥的作用。

他们发现，肾脏型谷氨酰胺酶型（KGA）-GLS1在不同方式诱导的衰老细胞中都有表达。在细胞衰老的过程中，溶酶体中的不溶性大分子引起溶酶体膜损伤，导致溶酶体中的氢离子泄漏到细胞中，细胞内pH下降，出现细胞酸中毒。

本来细胞内酸中毒能够激活BCL2、腺病毒E1B19-kDa相互作用蛋白3（BNIP3）和线粒体通透性转换孔（mPTP）轴，导致细胞死亡，但低pH值的酸性环境下，KGA表达增加，分解谷氨酰胺能力增强，这产生了大量的氨，中和了pH值，从而避免了衰老细胞的走向死亡。

通过抑制KGA依赖性的谷氨酰胺分解，研究人员发现，衰老细胞的细胞内酸中毒无法被改善，衰老细胞也就不可避免地走向死亡了。

总的来说，这项研究鉴定出了一个能够杀死衰老细胞的靶点，在同期发表的评论文章^[6]中，评论人员认为，GLS1是目前非常有吸引力的一个靶点，因为谷氨酰胺的代谢在肿瘤中也发挥重要作用，而针对GLS1在肿瘤治疗中的临床研究已经建立了安全性[7]。未来，还需要更多的研究对它们在人类衰老中的效果进行验证。

参考资料：

[1] https://science.sciencemag.org/content/371/6526/265

[2] Childs B G, Durik M, Baker D J, et al. Cellular senescence in aging and age-related disease: from mechanisms to therapy[J]. Nature medicine, 2015, 21(12): 1424-1435.

[3] He S, Sharpless N E. Senescence in health and disease[J]. Cell, 2017, 169(6): 1000-1011.

[4] Baker D J, Childs B G, Durik M, et al. Naturally occurring p16 Ink4a-positive cells shorten healthy lifespan[J]. Nature, 2016, 530(7589): 184-189.

[5] De Cecco M, Ito T, Petrashen A P, et al. L1 drives IFN in senescent cells and promotes age-associated inflammation[J]. Nature, 2019, 566(7742): 73-78.

[6] https://science.sciencemag.org/content/371/6526/234

[7] Altman B J, Stine Z E, Dang C V. From Krebs to clinic: glutamine metabolism to cancer therapy[J]. Nature Reviews Cancer, 2016, 16(10): 619.