综述：细胞衰老与SASP在HFpEF中的作用：致病机制与治疗靶点

《International Journal of Molecular Sciences》：Cellular Senescence and the SASP in HFpEF: Pathogenic Mechanisms and Therapeutic Targeting

　　

射血分数保留型心力衰竭（HFpEF)是一种与衰老密切相关的复杂综合征，以舒张功能障碍、心肌僵硬及慢性低度炎症为特征。细胞衰老及其后续的衰老相关分泌表型(SASP)在HFpEF的发生发展过程中发挥重要作用。本综述系统阐述了SASP的生物学特性及其在驱动心肌纤维化、微血管功能障碍和心肌细胞损伤中的机制性作用。研究人员综合临床前与临床研究的证据，阐明SASP因子如何协调HFpEF的病理生理学过程。研究对靶向SASP通路的治疗潜力进行了批判性评估，包括清除衰老细胞的衰老裂解剂(senolytic agents)以及抑制SASP因子分泌的衰老形态调节剂(senomorphic compounds)。最后，研究人员指出了关键转化障碍，如衰老裂解剂递送的组织特异性受限以及用于治疗监测的SASP生物标志物不足，同时概述了未来研究方向，以推进针对这一日益普遍疾病的新型治疗开发。

1 引言

心力衰竭(HF)最近根据左心室射血分数(LVEF)将症状性HF患者分为四种表型：射血分数降低型心力衰竭(HFrEF, LVEF ≤ 40%)、射血分数轻度降低型心力衰竭(HFmrEF, LVEF 41–49%)、射血分数保留型心力衰竭(HFpEF, LVEF ≥ 50%)。此外，HFimpEF定义为基线LVEF ≤ 40%的症状性HF，随后LVEF增加≥10个百分点且最终值>40%。HFpEF占所有心力衰竭病例的50%以上，其患病率随年龄增长而显著增加，构成全球重大公共卫生负担。HFpEF表现出更为复杂、与衰老相关的病理机制，特征为全身性炎症和多器官功能障碍。细胞衰老在心血管衰老研究中日益受到关注。衰老细胞在衰老组织中累积，代表细胞在损伤后进入永久性细胞周期阻滞的状态。虽然该过程可抑制肿瘤生长并发挥有益作用，但也可能损害组织再生并促进炎症和疾病。值得注意的是，心血管系统中衰老细胞的累积及其SASP的分泌可能构成衰老与HFpEF病理之间的关键联系。SASP通过释放促炎因子、趋化因子和细胞外基质重塑蛋白促进功能失调微环境和心肌纤维化，被认为是HFpEF的核心驱动因素。这与通常由急性心肌细胞丢失和缺血性损伤导致的HFrEF形成对比。细胞衰老和SASP现已被确认为HFpEF中心肌僵硬、微血管损伤和代谢失调的中心放大器，这些特征在经典HFrEF发病机制中不那么突出。HFpEF治疗选择有限，既源于对其复杂多因素病理生理学的不完全理解，其中SASP是关键但非唯一的驱动因素，也源于针对这些特定通路的大型随机试验证据不足。患者通常表现出心室壁增厚、心肌纤维化和左心室肥厚等结构异常，这些常与肥胖、糖尿病和高血压等代谢障碍并存。

本综述旨在阐明调控心脏SASP的核心信号通路，批判性评估SASP与HFpEF病理生理学三大支柱的证据关联，并总结治疗转化的现状。需要注意的是，尽管细胞衰老与HFpEF之间的确定性因果关系在人类中尚未完全确立，但本综述综合了具有说服力的关联性证据和临床前干预性证据，将SASP定位为HFpEF病理生理学的合理且强效的驱动因素，从而证明将其作为治疗靶点进行研究的合理性。

2 细胞衰老与SASP的生物学

2.1 细胞衰老：心血管诱导因素

细胞衰老被定义为稳定的长期细胞周期阻滞，而非在所有生物学背景下绝对不可逆的生长停滞。其机制主要涉及经典端粒依赖性通路，以及端粒非依赖性通路如氧化损伤、线粒体功能障碍和慢性炎症。根据触发因素，细胞衰老可分为四种主要类型：复制性衰老(RS)、癌基因诱导衰老(OIS)、治疗诱导衰老(TIS)和线粒体功能障碍相关衰老(MiDAS)。尽管起源不同，所有类型均共享特征性标志，包括细胞周期阻滞、形态学改变、端粒缩短、衰老相关异染色质灶(SAHF)形成、SASP及特定分子改变。

在心血管系统中，衰老可由多种因素诱导：氧化应激增加活性氧(ROS)，造成DNA和蛋白质直接损伤并降低抗氧化酶活性，激活p53-p21通路导致细胞周期阻滞；血流动力学应激如高血压诱导的内皮机械拉伸和湍流剪切应力促进端粒缩短和炎症激活；代谢损伤包括高血糖诱导的晚期糖基化终产物(AGEs)蓄积激活RAGE受体并导致线粒体损伤和DNA断裂，高脂血症导致氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)被巨噬细胞摄取形成泡沫细胞并释放白细胞介素-1β/肿瘤坏死因子-α(IL-1β/TNF-α)促进血管细胞衰老，以及胰岛素抵抗干扰磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt信号通路损害细胞修复。基因毒性应激和临床治疗如放疗和化疗药物(如阿霉素)直接损伤心肌细胞DNA并加速端粒损耗，从而降低复制潜能。此外，含TNF-α和白细胞介素-6(IL-6)等细胞因子的慢性炎症微环境通过激活核因子κB(NF-κB)促进衰老，活化T细胞分泌干扰素-γ(IFN-γ)可诱导SASP，形成恶性循环。

在HFpEF患者中，心肌细胞和心脏成纤维细胞持续暴露于亚致死性损伤，可能使其处于"动态衰老"的过渡状态。在此状态下，细胞表现出G1期阻滞、衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)活性增加和SASP特征，但其生长阻滞并非绝对不可逆。某些干预措施如靶向清除衰老细胞(衰老裂解剂)或去除潜在致病应激源(如减重、血压控制)可能恢复部分细胞功能。

2.2 SASP的组成与动态变化

SASP代表衰老细胞的特征性分泌谱，作为分子通讯工具包发挥作用。其最充分表征的组分是蛋白质，包括炎症细胞因子、趋化因子、生长因子和细胞外基质蛋白酶。此外，生物活性脂质、细胞外囊泡(EV)和非编码RNA也有助于衰老细胞的旁分泌信号效应。特别是外泌体，这些30–150 nm的囊泡通过晚期内体内陷形成，携带蛋白质、RNA和脂质，是非细胞自主信号的关键介质。在衰老过程中，外泌体系统性地传播衰老信号，其SASP因子货物是HFpEF生物标志物发现的有前景的来源，反映潜在的免疫-代谢失调。循环SASPS因子和外泌体促进与远处组织如脂肪组织的关键串扰，从而加剧全身性代谢功能障碍和心肌纤维化。

SASP功能表现出时空异质性；在组织损伤后初期发挥保护作用促进修复，如基质金属蛋白酶(MMP)/转化生长因子-β(TGF-β)驱动的伤口愈合，但随着年龄增长转向病理作用。在HFpEF中，SASP因子的动态变化，如IL-8介导的炎性细胞向微血管募集和TGF-β驱动的心脏纤维化，通过炎症-代谢失衡和组织重塑等途径发挥作用，是损害心肌功能的中心机制。

3 衰老作为HFpEF发病的核心驱动因素

3.1 细胞衰老与SASP：将衰老与HFpEF异质性联系起来

HFpEF是一种临床异质性综合征，根据主要潜在病因和相关合并症可分为至少三种不同但常重叠的表型：(1)由肥胖、糖尿病和胰岛素抵抗驱动的代谢型；(2)以长期压力超负荷和肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)激活为特征的高血压驱动型；(3)与衰老细胞自然累积相关的衰老相关型，常表现为多器官衰退和原发性舒张功能障碍。这些表型共享共同的下游病理生理机制，但各有不同的上游驱动因素。

HFpEF从根本上是年龄相关性疾病，80%以上的病例发生在65岁以上个体中。衰老不仅是时间上的关联，更提供了独特的生物学环境，特征为慢性低度炎症("炎性衰老")、进行性细胞衰老和组织韧性逐渐下降。这些过程汇聚促进舒张功能障碍、心肌硬化和微血管损伤——HFpEF的核心病理生理标志。衰老细胞在心脏和血管组织中的累积是连接衰老与HFpEF的关键机制。衰老与常见HFpEF合并症(高血压、糖尿病和肥胖)相交并放大其影响，每种合并症均独立加速细胞衰老并放大SASP产生。

需要指出的是，将细胞衰老与HFpEF病理生理学联系起来的关键概念挑战是区分因果关系与相关性。虽然大量证据支持衰老和SASP驱动心肌纤维化、微血管功能障碍和舒张功能障碍，但反向关系同样合理：慢性舒张功能障碍、持续性微血管损伤及其导致的生物力学应激本身可能促进局部炎症并进一步加速细胞衰老。HFpEF的病理生理变化不太可能遵循简单的线性序列，而是由前馈和反馈环路特征的复杂调控网络所支配。例如，SASP诱导的微血管功能障碍损害氧输送，导致代谢应激和额外线粒体DNA损伤，进而激活cGAS-STING通路以持续SASP分泌。

3.2 驱动HFpEF发病的协调信号通路

HFpEF发病涉及核心调控网络，包括环鸟苷酸-腺苷酸合成酶-干扰素基因刺激因子(cGAS-STING)通路、NF-κB、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)和雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)。当心肌细胞经历DNA损伤或线粒体DNA(mtDNA)释放时，cGAS-STING激活触发TANK结合激酶1(TBK1)磷酸化，驱动NF-κB核转位及后续炎症介质和SASP组分的释放。同时，I型干扰素诱导内皮促炎表型和微血管功能障碍。独立于DNA损伤反应(DDR)，机械或代谢应激通过ROS蓄积激活p38 MAPK。磷酸化p38 MAPK通过激活丝裂原和应激激活蛋白激酶1(MSK1)增强NF-κB活性，并通过抑制锌指蛋白36样1(ZFP36L1)稳定SASP因子mRNA，延长炎症持续时间。mTORC1作为代谢枢纽，在氧化应激下抑制自噬，导致受损线粒体积聚和持续性mtDNA泄漏；同时通过磷酸化真核翻译起始因子4E结合蛋白1(4EBP1)增强SASP因子翻译，并与TBK1协同放大NF-κB信号。

因此，NF-κB充当启动SASP的主开关，p38 MAPK管理延长炎症的后转录调控，mTORC1维持代谢-线粒体-炎症恶性循环，三者协同加速HFpEF病理。

3.3 从细胞周期阻滞到炎性衰老：HFpEF中的检查点激活

p53-p21和p16-视网膜母细胞瘤蛋白(Rb)通路均参与细胞周期调控，可通过调节SASP分泌促进促炎表型。在慢性炎症或端粒损伤下，DNA损伤反应(DDR)激活共济失调毛细血管扩张突变(ATM)激酶，磷酸化并激活p53，随后上调p21转录。p21通过抑制CDK2/细胞周期蛋白E复合物诱导细胞周期阻滞。p53缺失反而通过解除对NF-κB的抑制促进IL-1α/IL-1β等促炎SASP组分的表达。在持续应激下，p16作为关键衰老维持标志物累积，抑制CDK4/6-细胞周期蛋白D复合物，维持Rb非磷酸化状态，形成转录抑制复合物使细胞永久阻滞于G0/G1期，驱动内皮衰老和纤维化激活等心力衰竭前病理表现。

4 SASP在HFpEF发病中的核心作用

4.1 促进心肌纤维化和僵硬度增加

SASP通过作用于心脏成纤维细胞促进心肌纤维化和心脏硬化，关键机制包括TGF-β/Smad通路激活、胶原交联酶上调以及MMP/金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)平衡紊乱。TGF-β1作为中心纤维化介质，被衰老细胞分泌后激活心脏成纤维细胞上的TβRII/I受体，触发Smad2/3磷酸化。活化的Smad复合物转位至核内，启动前纤维化转录，上调胶原基因和赖氨酰氧化酶(LOX)。LOX催化胶原交联，显著增强心肌僵硬度同时降低顺应性。临床证据表明LOX水平随年龄增长而升高，并与HFpEF心肌中纤维化严重程度正相关。

此外，SASP通过改变MMP/TIMP平衡破坏细胞外基质稳态。TGF-β1信号抑制MMP同时增强TIMP1表达，减少胶原降解并促进异常蓄积。该通路同时诱导α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达，驱动成纤维细胞向肌成纤维细胞转分化。SASP来源的炎症因子如TNF-α additionally通过整合素αvβ6激活潜伏型TGF-β1，建立纤维化放大正反馈环路。

4.2 微血管功能障碍与稀疏化

微血管功能障碍在HFpEF发展中起关键作用，冠状动脉微血管内皮细胞是主要损伤部位。这种损伤表现为内皮紧密连接破坏、一氧化氮(NO)生物利用度降低以及血管生成抑制剂(特别是TGF-β和血小板反应蛋白-1(TSP-1))的过度分泌。在HFpEF患者中，内皮细胞功能障碍常表现为紧密连接破坏，这与慢性炎症状态相关，TNF-α和IL-6等细胞因子激活内皮细胞，促使其进一步释放炎症介质加剧微血管损伤。微血管稀疏化在HFpEF中频繁观察到，与心肌低灌注和心脏重塑相关。

内皮细胞中NO生物利用度降低直接导致微血管功能障碍。氧化应激(O₂^?淬灭NO)、炎症(TNF-α磷酸化eNOS抑制位点)和细胞衰老(SASP抑制内皮型一氧化氮合酶转录)共同加速NO降解同时损害其合成。这抑制可溶性鸟苷酸环化酶-环鸟苷酸(sGC-cGMP)通路，氧化sGC并降低蛋白激酶G(PKG)活性，最终增加心肌僵硬度并损害舒张功能。TSP-1等血管生成抑制剂的过度分泌是HFpEF微血管稀疏化的关键驱动因素。TSP-1与CD47受体结合抑制SIRT1去乙酰化酶活性，增强p53乙酰化并促进内皮细胞衰老。该过程通过SASP放大，形成有害正反馈环路。

4.3 心肌细胞功能受损

心肌细胞功能受损主要通过三种相互关联的机制：Ca²⁺处理紊乱、线粒体功能障碍和肌丝Ca²⁺敏感性降低。

钙稳态失调：破坏的细胞内Ca²⁺处理启动功能障碍级联。收缩期，Ca²⁺通过过度磷酸化或氧化损伤的兰尼碱受体2(RyR2)泄漏。肌浆/内质网Ca²⁺ATP酶2a(SERCA2a)功能障碍导致肌浆网Ca²⁺储存减少，共同降低Ca²⁺瞬变幅度。舒张期，SERCA2a活性受损导致Ca²⁺重摄取延迟，延长心室舒张。持续胞质Ca²⁺超负荷激活钙蛋白酶介导的肌丝降解，并与ROS/NO协同诱导线粒体通透性转换孔(mPTP)开放，损害ATP合成。Ca²⁺超负荷激活Ca²⁺/钙调蛋白依赖性蛋白激酶IIδ(CaMKIIδ)和钙调神经磷酸酶-活化T细胞核因子(NFAT)通路，驱动病理性心肌细胞肥大并促进SASP分泌间接加速心肌纤维化。

线粒体功能障碍与SASP放大环路：衰老心肌细胞的线粒体功能障碍涉及电子传递链(ETC)复合物I/III活性降低，减少ATP产生同时增加ROS生成和mtDNA泄漏。泄漏的mtDNA激活cGAS-STING通路，触发IL-6和TNF-α等SASP因子释放，建立"线粒体损伤-SASP放大"轴。SASP组分反过来通过多种机制加剧线粒体崩溃：IL-6抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1-α(PGC-1α)合成损害线粒体生物；TNF-α诱导NADPH氧化酶4(NOX4)过表达耗竭抗氧化防御；TGF-β通过发动蛋白相关蛋白1(DRP1)磷酸化促进过度裂变。ATP缺乏进一步抑制SERCA2a，加重舒张功能障碍，而持续性mtDNA泄漏激活Toll样受体9(TLR9)和NF-κB，持续释放SASP。

肌丝Ca²⁺敏感性降低：心肌细胞收缩反应也因肌丝Ca²⁺敏感性下降而受损，这是心力衰竭和衰老中收缩力的关键决定因素。这种降低由肌钙蛋白复合物磷酸化改变和调节蛋白表达变化驱动。SASP来源的促炎介质可能直接损害肌丝功能，加速这种敏感性丧失。

5 治疗与转化潜力

5.1 衰老裂解剂与衰老形态调节剂的治疗策略

衰老裂解剂代表一类靶向治疗药物，通过破坏衰老细胞(SCs)的促生存通路选择性清除衰老细胞，如B细胞淋巴瘤2/B细胞淋巴瘤超大(BCL-2/BCL-xL)和p53-p21通路，以诱导凋亡。衰老形态调节剂则包含在不消除衰老细胞的情况下抑制SASP分泌的制剂，主要目标是阻断SASP驱动的炎症、纤维化和代谢失调以延迟组织功能障碍。两种策略均展示了对减轻年龄相关心脏病理的治疗潜力。

然而，当前衰老裂解剂可能缺乏细胞类型特异性，可能意外消除共享相似生存通路的必需非衰老细胞，潜在损害组织稳态和伤口愈合等过程。清除衰老细胞可能带来促进恶性肿瘤或增加感染易感性的理论风险。衰老形态调节剂虽避免直接杀死细胞，但存在抑制有益瞬态SASP反应的风险。

具体衰老裂解剂包括达沙替尼-槲皮素(D+Q)组合，在临床前模型中有效减少衰老细胞负荷、减轻炎症并改善心脏功能。FOXO4干扰肽(FOXO4-DRI)通过清除衰老细胞和减少SASP发挥心脏保护作用。早期临床研究显示，D+Q在糖尿病肾病患者中具有可行性和降低循环SASP因子的效果。具有潜在衰老形态特性的药物如SGLT2抑制剂在大型HFpEF结局试验中已显示明确心血管获益，其机制可能部分涉及减弱SASP相关炎症。

5.2 特异性SASP因子的靶向抑制

IL-1β是SASP中的关键促炎细胞因子，其过表达损害心肌收缩/舒张并促进不良心脏重塑。靶向IL-1β的中和抗体如卡那单抗已在伴残余炎症风险(高敏C反应蛋白升高)的急性心梗后人群中显示抗炎和心血管保护作用。TGF-β信号通路在心力衰竭进展中的心脏重塑和纤维化中发挥核心作用，SASP组分显著提高TGF-β表达。TGF-β信号抑制剂如小分子激酶抑制剂代表潜在治疗药物，通过干扰TGF-β介导的信号转导减轻纤维化、改善重塑和心脏功能。趋化因子通过促进免疫细胞浸润和激活显著促进SASP，加重心脏炎症。趋化因子受体拮抗剂有效抑制炎性细胞募集，减少心脏损伤和纤维化。

5.3 与传统治疗的整合

心力衰竭管理以生活方式干预和药物治疗为中心。运动训练特别是高强度间歇训练(HIIT)显著改善HFpEF患者心脏功能和运动能力，同时降低衰老标志物。热量限制(CR)经多模型验证具有抗衰老效应，激活腺苷一磷酸激活蛋白激酶(AMPK)同时抑制mTOR通路，增强衰老细胞的自噬清除。RAAS抑制剂作为HFpEF标准治疗，通过降压、减少心脏负荷和抑制心肌纤维化发挥作用。SGLT2抑制剂通过增强酮体利用、减少钠重吸收和改善心肌能量代谢显著降低住院率和死亡率。新兴纳米技术通过工程化纳米颗粒功能化靶向配体实现向衰老细胞的精准递送，最大化药物生物利用度同时最小化脱靶效应。

整合基础干预(运动/CR)、标准药物治疗(RAAS/SGLT2抑制剂)和先进方法(SASP定向纳米治疗)形成多靶点框架，有望协同增强HFpEF临床结局。

5.4 SASP生物标志物：现状与临床潜力

尽管治疗开发取得进展，将衰老治疗转化为HFpEF临床实践的主要障碍是缺乏经过验证的患者分层和治疗监测生物标志物。生长分化因子15(GDF-15)作为应激反应性细胞因子，在衰老细胞和慢性炎症中升高，与HFpEF诊断、疾病严重程度和不良结局强烈相关。GDF-15与衰老细胞来源的EV货物一起，作为监测衰老细胞负荷和治疗反应的可行候选物。这些EV携带SASP因子(如TNF-α)和非编码RNA，可作为评估组织衰老细胞负荷的"液体活检"。其他SASP组分如TGF-β和MMP-2/9已被研究但缺乏对衰老相对于一般炎症的特异性。

6 讨论

HFpEF代表一种病理生理学尚未完全阐明的复杂且日益普遍的心脏疾病。推进对这一综合征的理解和治疗需要应对若干相互关联的转化挑战。当前HFpEF研究主要依赖具有显著局限性的动物模型，它们常无法重现关键人类疾病特征，包括代谢合并症的完整谱系及其对心脏功能的综合影响。更重要的是，动物模型往往无法准确模拟人类SASP的动态变化。

为克服模型系统局限性，单细胞RNA测序技术能够解析不同心脏细胞类型(心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、免疫细胞)中衰老和SASP的异质性，揭示共同驱动病理的独特特征。将HFpEF视为多器官衰老疾病带来独特的临床转化挑战和机遇。老年患者作为HFpEF的主要人群，表现出不同的临床特征、合并症谱和潜在差异化治疗反应。

未来，结合基于外泌体的诊断、靶向特定SASP通路的干预措施以及多器官衰老网络的靶向调控，有望开创这种复杂疾病的精准治疗新方法。然而，衰老治疗的临床转化面临若干概念和实际限制，包括当前衰老裂解剂缺乏细胞类型特异性、定义最佳治疗方案(间歇给药与持续给药的抉择)、缺乏验证的临床可及生物标志物可靠识别高衰老细胞负荷患者并监测干预效果，以及在体弱、老年和多病共存HFpEF人群中调节衰老的长期安全性和后果完全未知等问题。

本综述的局限性在于结论主要基于动物模型的临床前和机制研究，可能无法完全重现人类HFpEF的复杂性和异质性。此外，作为叙述性综述未采用系统性文献检索方法，可能引入选择偏倚。

7 结论

HFpEF的发病根本与细胞衰老和SASP相关，其中IL-6、TNF-α、TGF-β和外泌体携带因子等介质协调心肌纤维化、微血管功能障碍和心肌细胞损伤。临床前研究表明衰老裂解剂和衰老形态调节剂通过减轻SASP负担减弱HFpEF。但临床转化需要克服三大障碍：当前衰老治疗药物的细胞类型特异性有限、缺乏用于治疗效果监测的验证SASP生物标志物、以及对HFpEF人群老年复杂性适应不足。未来应优先开展SASP异质性的多组学解析、靶向递送系统开发和整合综合老年评估的年龄优化试验设计。