《Aging Cell》：Aging of the Hematopoietic System: Mechanisms, Consequences, and Systemic Interactions
2 老年人外周血的年龄相关性变化
在老年个体中，外周血常表现为髓系细胞相对增多和淋巴细胞计数减少。这种“髓系偏倚”现象以往被简单理解为谱系分化的内在偏移，但近年来的谱系追踪和单细胞分析研究揭示了更为复杂的图景。研究表明，衰老过程中髓系细胞丰度的增加并非源于每个克隆的髓系输出增强，而是由于有更多造血干细胞和祖细胞(HSPC)克隆贡献于髓系生成，这是一种克隆补偿机制。高分辨率克隆追踪技术证实，克隆性扩增而非均匀的谱系偏移，是造成 apparent 髓系偏倚的主要原因。这些发现重新定义了年龄相关髓系偏倚，将其归因于分化功能受损和克隆失衡所呈现的 emergent 特性。
伴随髓系偏倚，衰老还导致血小板生成和功能的失调。单细胞转录组分析显示，衰老小鼠体内定向向巨核细胞-红系分化轨迹的HSC比例增加。有趣的是，研究发现衰老HSC存在直接分化为巨核细胞祖细胞的路径， bypass 了经典的祖细胞阶段。近期研究更鉴定出一群罕见的、由HSC衍生的非经典巨核细胞祖细胞，该群体随年龄增长而扩增，并表现出更强的血小板生成能力，直接将HSC异质性与年龄相关的血小板生成联系起来。在临床层面，衰老与血小板反应性、更新和活化特征的改变相关，可能促进 pro-thrombotic 和 pro-inflammatory 状态。
2.2 免疫衰老及其表现
免疫衰老指随着年龄增长，适应性免疫能力逐渐下降。胸腺萎缩导致初始T细胞输出减少，T细胞受体(TCR)多样性降低。外周T细胞向记忆性和衰老表型转变，尤其是CD8+T细胞，它们积累DNA损伤并表现出功能受损。B细胞输出和多样性亦随之下降，类别转换重组和体细胞高频突变减少。其后果是老年人疫苗接种反应差、感染易感性增加和癌症风险升高。
一类特定的T细胞亚群，即衰老相关T(SA-T)细胞，被认为是慢性炎症和年龄相关疾病的关键贡献者。SA-T细胞的特征是共刺激分子（如CD28）的丢失、抑制性受体高表达以及促炎细胞因子（如骨桥蛋白）的释放。随着年龄增长，这些细胞在发炎组织中积累并定居，促进炎症衰老表型。在人类中，高度分化/衰老T细胞亚群的扩增与代谢和自身免疫病理相关。它们的促炎活性加剧组织损伤，维持慢性炎症，是缓解免疫衰老相关病理、改善老年人群免疫弹性的潜在治疗靶点。
此外，研究表明细菌诱导的B细胞衰老促进了年龄相关的免疫衰退。肠道共生菌（如Bacteroides acidifaciens）的持续刺激可诱导生发中心(GC) B细胞衰老，特别是在派尔集合淋巴结和孤立淋巴滤泡中。这导致免疫球蛋白A(IgA)的产量和多样性减少，损害黏膜免疫并改变肠道菌群组成，从而形成炎症和免疫失调的反馈回路。
超级百岁老人（年龄≥110岁）为成功的造血衰老提供了独特见解。尽管年事极高，他们却表现出显著的免疫能力。研究显示，其体内细胞毒性CD4+T细胞群体扩增，且克隆造血发生率较年轻个体更低。
先天免疫 compartments 同样会衰老。研究表明，p16+衰老细胞（包括肺泡巨噬细胞）上调PD-L1，从而实现免疫逃逸并维持炎症。衰老细胞广泛上调神经节苷脂GD3，通过Siglec相互作用抑制自然杀伤(NK)细胞介导的清除作用；阻断GD3可恢复NK细胞毒性并减轻体内年龄相关组织纤维化。
3 造血干细胞的内在衰老
3.1 衰老HSC的自我更新、重建能力和分化偏倚受损
造血干细胞(HSC)的功能随年龄增长呈进行性下降，表现为自我更新能力减弱、移植潜能降低和谱系分化偏倚。尽管表型定义的HSC数量随年龄增加，但其质量和再生能力恶化。衰老HSC维持静息、非循环状态的能力下降，导致耗竭和造血功能障碍，这与异基因HSC移植中供者年龄越大预后越差的临床观察相符。
对小鼠HSC转录组的整合 meta-analysis 定义了一个衰老特征，该特征富含膜分子（如P-selectin）且偏向于基因上调，这与衰老HSC转录激活状态增强、RNA聚合酶II活性和染色质可及性增加相一致。小鼠和人类的转录组分析均显示，年龄相关的淋巴系基因程序减少和髓系输出增加，与功能偏倚一致。然而， accumulating 证据表明，这些改变并非简单地反映了转录水平上淋巴系与髓系分化程序的二元失调。相反，小鼠HSC的单细胞分析表明，衰老显著地与细胞周期调控缺陷相关，包括改变的G1期动态和增殖驱动的功能衰退，这些继发性地影响了谱系输出。值得注意的是，对人类HSC的最新分析表明，随着衰老进展，其有丝分裂原反应性和细胞周期进入存在渐进性的、内在的损伤，其特征是G1期进程延迟和AKT信号减弱，这直接证明了细胞周期控制失调是跨物种HSC内在衰老的保守标志。
研究进一步表明，通过Cdc42失调破坏HSC极性会损害其自我更新，突出了细胞骨架改变作为一种因果机制。最近的研究鉴定出由CD49b定义的HSC亚群具有不同的衰老易感性：髓系偏倚的CD49b-HSC随年龄增长而扩增并占据主导，而淋巴系偏倚的CD49b+HSC则减少。值得注意的是，即使在老年小鼠体内，CD49b-HSC仍保持相对完好的自我更新能力，但其分化输出仍主要为髓系偏倚，这表明干性的维持并不等同于平衡的谱系潜能的保持。
3.2 DNA损伤积累与基因组不稳定性
DNA损伤的积累是HSC内在衰老的主要驱动因素之一，源于复制压力、氧化损伤和修复能力下降。在衰老或DNA修复缺陷的小鼠HSC中，损伤积累导致功能丧失，并且p53依赖的分化检查点在基因毒性应激后限制了自我更新。复制压力已被证明是导致小鼠衰老HSC功能衰退的重要原因。
线粒体活性氧(ROS)和受损的质量控制进一步加剧了基因组不稳定性。小鼠研究表明，FOXO3A驱动的自噬保护HSC免受应激损伤，其 disruption 会损害HSC的维持。
在人类中，年龄增长导致的DNA损伤积累可在老年个体的CD34+HSPC中检测到（γH2AX foci）。此外，经历反复增殖的人类HSC（在连续移植或异种移植环境中）会出现进行性的ROS介导的氧化DNA损伤，并伴随ATM–CHK2–FOXO3a通路的激活，导致细胞周期阻滞和衰老样改变；使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸处理可减轻这种损伤并保护功能。
3.3 克隆造血：体细胞突变与染色体嵌合现象
意义未明的克隆造血(CHIP)源于DNMT3A、TET2、ASXL1等基因的体细胞突变，这些突变赋予突变HSC克隆竞争优势。CHIP的患病率随年龄增长而上升，并与血液恶性肿瘤、心血管疾病和全因死亡率风险升高相关。大规模队列研究表明，70岁以上人群中超过10%–20%可检测到CHIP。
CHIP例证了HSC的年龄相关内在变化如何导致系统性疾病。近期研究表明，CHIP相关突变改变免疫细胞功能，驱动慢性炎症和年龄相关疾病。
除单核苷酸突变外，染色体异常也对克隆造血有显著贡献。嵌合染色体改变(mCAs)，包括拷贝数增加、缺失、杂合性缺失，以及Y染色体嵌合缺失(mLOY)，是造血细胞体细胞嵌合的重要组成部分。这些异常现象的发生率随年龄增长而增加，是不同于经典基因突变的克隆扩增的另一种驱动因素。到70岁时，高达40%的男性其造血细胞中可能表现出mLOY。重要的是，携带mCAs的个体对血液恶性肿瘤和心血管事件表现出更高的易感性，这与CHIP类似。mLOY尤其被认为是血细胞中最常见的体细胞嵌合现象，并作为基因组不稳定性和年龄相关疾病的生物标志物。
近期高分辨率基因组分析进一步加深了我们对年龄相关克隆造血的理解。一项关键研究对超过3500个单细胞来源的造血集落进行了全基因组测序，结果显示，虽然造血作用在约65岁之前保持多克隆性，但此后克隆多样性显著减少。在70岁以上的个体中，30%–60%的造血 cases 仅由12–18个 dominant 克隆驱动。这些克隆通常在几十年前（通常在40岁之前）就开始扩增，并且大多数缺乏已知的驱动突变。这表明，中度效应突变在终身正选择下的积累，为晚年造血系统向寡克隆性 abrupt 转变 gradual 奠定了基础。
3.4 表观遗传漂变与转录失调
衰老诱导HSC发生广泛的表观遗传改变。全基因组DNA甲基化研究表明，衰老伴随淋巴系相关基因的高甲基化和 repression，而相当一部分HSC身份定义基因——其中许多与髓系偏倚输出相关——则表现出相对的低甲基化和表达增加，与谱系偏倚一致。染色质重塑缺陷、组蛋白修饰丢失和 non-coding RNA 表达改变进一步加剧了HSC功能障碍。与此同时，衰老的人类HSC经历了与白血病转化相似的增强子和启动子的广泛表观遗传重编程。
值得注意的是，CHIP中最常突变的基因——DNMT3A、TET2、ASXL1——是人类群体研究中发现的表现遗传调控因子。小鼠机制研究表明，DNMT3A和TET2协同维持DNA甲基化稳态；功能丧失会扰动异染色质组织并失调免疫/逆转录转座子程序，这些变化损害HSC功能并有利于髓系输出。
跨物种数据共同支持一个模型，即HSC内部的表观遗传漂变——由表观遗传调控因子突变放大——导致了年龄相关的转录偏倚和功能衰退。
3.5 衰老HSC中的代谢与应激反应通路
除了对氧化磷酸化(OXPHOS)的依赖性增加外， recent 研究揭示衰老HSC获得了涉及线粒体通路的复杂代谢适应。据报道，衰老小鼠HSC表现出线粒体氧化磷酸化增强和过量的ROS产生，这导致了DNA损伤、髓系偏倚和再生能力丧失。线粒体质量控制机制，包括FOXO3和SIRT3通路，随年龄增长而受损，加剧了氧化应激和代谢功能障碍。
有趣的是，研究表明衰老HSC通过SDHAF1积累上调线粒体ATP产生，从而获得代谢弹性。这种适应使衰老HSC能够维持能量 production 并在不依赖糖酵解的情况下存活，特别是在生理性低细胞因子条件下，但这可能促进克隆优势和功能衰退。
此外，研究发现，衰老骨髓微环境中的持续炎症通过SOCS3介导的AKT/FoxO抑制损害了小鼠模型HSC的糖酵解。作为响应，自噬被激活作为一种保护机制以维持HSC静息和功能。通过禁食后 refeeding 短暂诱导自噬，能够 rejuvenate 衰老HSC的糖酵解活性并增强其再生能力，突显了自噬作为逆转年龄相关造血衰退的潜在治疗靶点。
有趣的是，一项新报告强调，一部分表现出线粒体质量升高的衰老小鼠HSC具有增强的自我更新能力，表明衰老HSC池内存在功能异质性。这些线粒体富集的HSC表现出升高的OXPHOS活性和ATP产生，而没有过度的ROS生成。他们的研究还鉴定出GPR183是高性能衰老HSC的标志物，直接将线粒体动力学与干细胞衰老和 resilience 联系起来。
此外， recent 证据表明，DNMT3A突变HSC表现出增强的线粒体代谢和一碳流量，在炎症应激下提供了克隆适应性优势。研究表明，通过靶向线粒体复合物I，二甲双胍可逆转这些突变HSC的代谢和表观遗传异常，在小鼠模型中抑制其克隆扩增。
4 造血微环境的衰老
4.1 骨髓微环境的结构和功能改变
骨髓(BM)中的造血微环境经历显著的年龄相关变化，削弱了其支持HSC功能的能力。组织学上，衰老的BM特征为血管密度降低、脂肪生成增加和成骨细胞 niche 细胞减少。这些结构变化改变了氧梯度和代谢应激，促进HSC功能障碍，并导致髓系偏倚。
长期以来，经典 niche 衍生因子（如CXCL12、IGF-1、SCF、G-CSF）的年龄相关性减少被认为是HSC维持受损和分化偏倚的驱动因素。除了这些已明确的介质外， recent 工作鉴定出Netrin-1是一种 novel 因子，其缺失进一步削弱血管完整性，并加剧衰老微环境中的脂肪生成和DNA损伤。在 mouse 模型中恢复Netrin-1可 rejuvenate 衰老的微环境，恢复DNA损伤反应(DDR)，并提高HSC自我更新和重建多系造血的能力。
近期研究强调，并非所有骨髓 compartments 都以相同方式衰老。在小鼠中，颅骨骨髓表现出对几种经典微环境衰老标志的抵抗。与表现出血管稀疏、脂肪化替代和微环境完整性受损的股骨BM不同，颅骨BM在成年期经历骨髓腔和血窦网络的 progressive 扩张，且血窦完整性得以维持，脂肪含量低；人类颅骨骨髓的影像学显示类似特征。该 compartment 保持低脂肪性，并且随着年龄增长，不易上调炎症细胞因子（如IL-1和TNF-α），可能为造血维持了一个更具支持性的环境，并为抵抗衰老诱导的HSC功能障碍提供了独特的微环境韧性。
与此同时，BM微环境内部的生物力学变化也促进了造血衰老。在小鼠中，原位原子力显微镜显示，BM基质 stiffness 随年龄增长而增加，这负向调控骨髓基质细胞表达HSC微环境因子。从机制上讲，这种 stiffening 激活了Yap/Taz信号，损害了对HSC的基质支持。相反，柔软的基质条件促进微环境因子表达，有利于HSC维持和淋巴细胞生成，这表明基质 stiffness 是衰老微环境中一个先前未被充分认识但可靶向的维度。
在人类中，衰老也与骨髓内造血细胞和脂肪细胞之间空间关系的改变相关。BM脂肪增多与CD34+造血祖细胞向脂肪细胞富集区域的密度和邻近度增加相关，可能通过旁分泌或代谢机制促进髓系偏倚。尽管基质细胞数量稳定，但HSPC向脂肪细胞富集区域的重新分布可能 contribute 到在老年个体中观察到的造血功能衰退。
4.2 年龄相关的造血微环境炎症重塑
衰老深刻地改变了BM微环境。在小鼠中，年龄相关的微环境恶化包括骨祖细胞减少、促炎性LepR+间充质基质细胞(MSC)扩增以及血窦血管系统的退化，创造了一个慢性炎症环境，破坏了HSC的静息和自我更新。值得注意的是，在衰老小鼠中，受损的内膜细胞产生的IL-1β驱动HSPC的炎症和应激诱导的髓系生成，导致髓系偏倚分化和再生受损；在小鼠中 genetic 或 pharmacologic 阻断IL-1信号可缓解这些缺陷。
慢性炎症应激是HSC功能障碍的 well-established 驱动因素。涉及持续TNF-α或IFN-α暴露的模型表明， prolonged 炎症信号诱导不可逆的HSC增殖、功能耗竭和髓系偏倚，从而 recapitulate 衰老造血的特征。在此基础上，近期的小鼠工作提供了 definitive 证据，表明即使是离散且时间上分离的炎症发作，也会导致HSC自我更新能力的长期累积性损伤，在 challenge 后长达1年内未观察到恢复。这项研究提供了直接的原则验证，表明即使是短暂的炎症刺激，当 repeated 时，也能将衰老样特征编程到造血系统中，包括功能耗竭、髓系偏倚分化和克隆复杂性降低。
肠道微生物组也 emerge 为这种炎症重塑的关键调节器。将年轻小鼠的粪便微生物组移植给老年受体，可通过减弱炎症信号和恢复淋巴系潜能来 rejuvenate 衰老的HSC。这种 rejuvenation 与IL-1信号减少、Foxo相关基因表达增加以及代谢物谱重塑（ particularly 涉及色氨酸衍生物和产短链脂肪酸(SCFA)的细菌，如毛螺菌科）相关。近期使用Dnmt3a突变小鼠模型的研究进一步揭示，年龄增长导致的肠道屏障完整性受损允许细菌代谢物ADP-heptose的 systemic 传播，后者激活 pre-leukemic HSC中的ALPK1–NF-κB信号，促进其克隆扩增和微环境炎症。 collectively，这些小鼠数据确立了炎症、微生物组失调和HSC衰老之间的因果关系。然而，类似的干预措施是否能调节人类BM微环境仍是一个悬而未决的问题，突显了一个重要的转化前沿。
4.3 内皮和成骨微环境的衰退
骨髓内皮细胞(BMEC)和成骨细胞是造血微环境的重要组成部分，支持血管完整性和HSC维持。在小鼠中，衰老损害BMEC功能，导致血管通透性增强、活性氧(ROS)产生、缺氧以及关键支持因子（如SCF和CXCL12）表达减少。这些变化破坏了血管分泌信号并使HSC分化偏向髓系谱系。将衰老ECs experimental 输注到年轻小鼠体内证实了它们对造血恢复和谱系平衡的有害影响。
parallel，小鼠研究表明，衰老减少成骨细胞数量并损害其功能， particularly 削弱了对淋巴系偏倚HSC的支持。成骨细胞衰退加剧了向髓系主导的转变，并削弱了再生能力。此外，HSC的内在组成随年龄发生变化， favoring 髓系偏倚克隆 over 淋巴系偏倚克隆的扩增——这种不平衡因微环境恶化而加剧。
新兴的人类研究提供了类似过程的 correlative 证据。对衰老人类骨髓的空间转录组和组织学分析揭示了动脉周围骨内膜 niches 的丧失、CXCL12+基质群体减少以及骨髓脂肪增多， each 与改变的HSPC定位和谱系偏倚相关。然而，关于内皮或成骨细胞衰老因果性损害HSC支持的 direct 功能证据在人类中仍然有限，大多数机制数据仍来源于小鼠模型。
5 系统相互作用——造血衰老与其他器官
5.1 造血衰老与克隆造血在系统衰老中的作用
CHIP与全因死亡率显著增加相关，其主要驱动因素是心血管事件而非血液恶性肿瘤。年龄相关的体细胞突变（如TET2、DNMT3A、ASXL1）促进突变造血克隆的扩增，驱动系统性炎症和血管功能障碍。
利用小鼠模型的机制研究揭示，携带CHIP相关突变的突变髓系细胞分泌升高的促炎细胞因子（如IL-1β和IL-6），促进血管炎症和动脉粥样硬化形成。 consistently，大规模人类基因组分析表明，携带CHIP的个体循环IL-6水平升高，进一步支持了CHIP携带者存在系统性促炎状态。然而，并非所有CHIP相关突变都 confer 相同的生物学行为或治疗反应性。例如，IL-1β水平仅在TET2突变CHIP中显著升高，而IL-18仅在JAK2突变CHIP中选择性上调，这表明不同的驱动突变 engage 了 divergent 炎症通路。与此一致的是，对CANTOS试验的二次分析表明，使用IL-1β中和抗体 canakinumab 治疗可显著减少携带TET2突变个体的复发性心血管事件，但在非TET2突变个体或CHIP阴性个体中则无此效果。对英国生物样本库(UK Biobank)队列的分析显示，CHIP与腹主动脉瘤(AAA)风险增加相关。这种 excess 风险在携带已知可减少IL-6信号的IL6R p.Asp358Ala多态性的个体中有所减弱。然而，值得注意的是，在主要CHIP驱动突变中，ASXL1突变CHIP confer 了最高的AAA风险，并且这种风险并未因IL6R p.Asp358Ala变异而减轻。这些观察结果表明CHIP并非 uniform 实体，其致病性和治疗意义可能具有高度的突变特异性。
CHIP also 被因果关联到多种形式的心血管疾病(CVD)，包括冠状动脉疾病(CAD)、心力衰竭(HF)、中风、外周动脉疾病(PAD)以及非血管疾病，如慢性肾脏病、慢性阻塞性肺疾病和慢性肝病。尽管CHIP最常被讨论为一种有害的、 pre-malignant 状态，但 emerging 数据表明其影响可能并非 uniformly 有害。例如，某些突变， particularly 在TET2中，与阿尔茨海默病风险降低相关， possibly 通过改变小胶质细胞活性。虽然 recent 研究报告称CHIP的患病率在长寿个体中显著增加，并推测其在 aging-related 应激下可能具有稳态益处，但这些观察结果仍是 correlative 的，并未确立CH在长寿中的因果或保护作用。这些发现表明CHIP可能发挥 context-dependent 效应，偶尔 confer 优势，即使 overall 它仍然是年龄相关血液学和心血管疾病
