延年益寿，对抗衰老，是人类社会一个永恒的命题。
为了打败衰老，科学家们从各个角度做了不少努力，比如清除“衰老细胞（senescent cells）”。
这些细胞的存在是衰老的一个主要标志，它们是一类“老而不死的僵尸细胞”，不但占着地方不走，还阻碍组织再生，释放促炎因子，促进慢性炎症[1]。此前，梅奥诊所的研究人员已经开发出了一种名为senolytic的药物用来清除它们，但是由于衰老细胞的异质性，使得现有药物的使用都受到限制。
图片来自于：pixabay.com
为了打破限制，北京大学的邓宏魁教授团队与罗佗平教授团队开展合作，他们发现，衰老细胞的一个主要特征——溶酶体β-半乳糖苷酶（β-gal）活性增加可以作为药物开发的一个切入点，基于此，他们设计出了一款前体药物SSK1，能够消除小鼠和人类的衰老细胞。
SSK1会被β-gal特异性特异性激活，在清除衰老细胞时也不受衰老细胞表型的影响。研究发表在了《细胞·研究》杂志上[2]。
β-gal从名字上就能看出来，是个可以水解半乳糖苷的酶，那么基于此来设计一种由半乳糖修饰的前体药物，让它在进入体内时不会引起反应，而只在遇到β-gal时，半乳糖被切割，释放出药物的真正有效成分，岂不完美？
于是，研究人员首先在FDA批准的药物中筛选了对衰老细胞具有强细胞毒性的药物，他们选择了吉西他滨，一是因为它能够有效杀死小鼠和人类的衰老细胞，二是它的4-氨基是公认的开发前体药物的绝佳选择，再者，它还有血浆循环时间短的特点，全身毒性低。
因此，研究人员以吉西他滨为基础，合成了衰老特异性杀伤化合物1（SSK1），修饰的乙酰基和β-gal响应部分分别是为了改善针对细胞的通透性和特异性。
SKK1结构图
实验表明，SSK1会在衰老细胞中被特异性裂解，释放4-（羟甲基）-2-硝基苯酚和吉西他滨，而对于非衰老细胞，SKK1则“无动于衷”。
4-（羟甲基）-2-硝基苯酚对于衰老细胞和非衰老细胞都没有明显毒性，而通过RNAi降低编码β-gal的GLB1基因的表达后，衰老细胞中β-gal活性降低，其他衰老标志物则不受影响，这导致了SSK1杀死衰老细胞的能力变弱，这也充分说明，SSK1是通过被β-gal切割，产生吉西他滨来发挥作用的。
吉西他滨一般是通过激活促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）来诱导细胞死亡的，实验证明，SSK1裂解产生的吉西他滨也同样如此，另外，SSK1还诱导了衰老细胞中的线粒体DNA损伤。
接下来，研究人员测试了SSK1对衰老细胞的特异性。他们用不同的方法诱导了小鼠胚胎成纤维细胞的衰老，包括电离辐射、癌基因过表达和干扰细胞周期的药物（依托泊苷），再用SSK1去治疗。
图片来自于：pixabay.com
这些衰老的细胞都被SSK1杀死，而非衰老细胞几乎没有受到影响。在来自成年小鼠的肺组织中，SSK1成功杀死了纤维化部分的细胞，放过了正常组织中的细胞。
他们还用同样的方法诱导了人的胚胎成纤维细胞衰老，用SSK1治疗也得到了相同的效果。
这些实验都是在体外进行的，为了更有说服力，研究人员在小鼠中进行体内实验。他们选择了两种独立的衰老模型，一种是自然衰老，另一种是应激诱导的。
在诱导模型中，小鼠气管滴注博来霉素，诱导肺部损伤，产生衰老细胞。与安慰剂对照组相比，SSK1的治疗轻松地杀死了肺部的衰老细胞，SSK1组衰老细胞减少的百分比是对照组的3.8倍之多！
对照组（左）和SSK1治疗（右）后小鼠肺部衰老细胞的对比
而且，无论是肺纤维化，还是肝纤维化，SSK1都不辱使命，顺利地清除了处于不同组织中的衰老细胞。接受了治疗的小鼠，运动能力和肌肉强度显著提高，在跑步机和握力测试中都取得了更好的成绩，生存率也有了增加的趋势。
为了进一步表征SSK1对自然衰老的细胞的影响，研究人员选择了20个月大的小鼠，进行了8周的治疗。自然衰老的小鼠全身各个组织中都有衰老细胞的积累，SSK1的治疗不仅清除了衰老细胞，还降低了一些衰老相关标志物的表达，比如说CDK抑制蛋白p16和p21。
前面我们提到过，衰老细胞会分泌促炎因子等，促进局部和全身的慢性炎症，SSK1的治疗也降低了炎症水平。
另外，SSK1不但杀死了衰老细胞，研究人员发现，它对表现出衰老特征的巨噬细胞也有用，SSK1减少了积聚在衰老小鼠肝脏中的巨噬细胞的浸润，炎症水平降低的效果也有一部分来自于这里。
内在有了改善，外在也一定会有所表现。相比对照组，SSK1治疗让小鼠在转棒实验、跑步机实验和握力实验等一系列实验中都表现得更好，说明它们的运动能力、平衡能力、耐力、骨骼肌量和主动探查意愿方面都得到了改善。
图片来自于：pixabay.com
虽然SSK1看起来很强，但是有一个很重要的问题是我们不能忽略的。SSK1的构建相当于给吉西他滨安上了一个导向仪，让它在固定靶标上发挥作用，那么就不能不考虑脱靶问题，因为在一些非衰老细胞中，β-gal活性也会增加[3,4]。
通过分析GLB1在不同组织中的表达情况，研究人员发现，肾脏和颌下腺有较高的β-gal表达，大多数β-gal阳性的非衰老细胞是上皮细胞。在SSK1治疗后，只有少数细胞被诱导凋亡，β-gal阳性非衰老细胞没有明显减少，这说明SSK1治疗是安全的。
总的来说，这项研究表明，前体药物SSK1清除衰老细胞是安全且有效的，未来，如果这个药物能在人体试验中获得成功，那么我们就会在延缓衰老上更进一步了~
编辑神叨叨
由奇点糕历时3个月打造的音频课程《小细胞肺癌8讲》重磅上线啦～ 我们用8讲的课程，帮您回顾了小细胞肺癌领域近30年来的重要探索和进展。只需80分钟，即可纵览小细胞肺癌领域的前沿学术进展。
此外，我们还准备了少量纸质版讲义，购买课程后加主编微信即可免费申领，先到先得！
参考资料：
[1] Childs B G, Gluscevic M, Baker D J, et al. Senescent cells: an emerging target for diseases of ageing[J]. Nature Reviews Drug Discovery, 2017, 16(10): 718-735.
[2] Cai, Y., Zhou, H., Zhu, Y. et al. Elimination of senescent cells by β-galactosidase-targeted prodrug attenuates inflammation and restores physical function in aged mice. Cell Res (2020). https://doi.org/10.1038/s41422-020-0314-9
[3] Brusuker I, Rhodes J M, Goldman R, et al. Beta-galactosidase - an indicator of the maturational stage of mouse and human mononuclear phagocytes.[J]. Journal of Cellular Physiology, 1982, 112(3): 385-390.
[4] Bolon, B. Whole mount enzyme histochemistry as a rapid screen at necropsy for expression of beta-galactosidase (LacZ)-bearing transgenes: considerations for separating specific LacZ activity from nonspecific (endogenous) galactosidase activity[J]. Toxicologic Pathology. 2008, 36(2), 265–276.
本文作者 | 应雨妍
联系客服
