背景介绍
调节不同物种寿命的主要信号通路包括 ERK、STK11（又称 LKB1）、AMPK、mTORC1和IGF1-胰岛素通路。这些通路在老年时期都受到干扰，激活了衰老的标志，包括线粒体功能障碍、炎症和细胞衰老。在衰老的生物体中，AMPK-mTORC1 信号轴对新陈代谢健康具有独特的重要作用，对脂肪组织的影响尤为显著，治疗性抑制 mTOR 可延长小鼠的寿命。
迄今为止，衰老的研究主要集中在寿命的延长上，特别是在酵母、线虫和果蝇中，但寿命的延长并不一定代表健康寿命的延长。需要进行综合研究以确定干预措施对健康寿命和寿命的影响。由于对人类健康和功能有重要影响的衰老病症显而易见，对小鼠寿命的研究也已成熟，所以实验小鼠特别适合进行此类实验。
人们越来越认识到慢性无菌炎症对衰老病理的重要性，而炎症本身就是衰老的一个核心标志。简而言之，衰老与适应性免疫系统功能失调有关，其特点是免疫衰老和胸腺萎缩，以及IL-6等先天性免疫基因的不适当激活。促炎信号因子 NF-κB 和 JAK-STAT3在衰老过程中上调，JAK 抑制剂可以缓解与衰老有关的功能障碍（小编注：胸腺萎缩导致胸腺造血功能衰退，进而使得T细胞群稀少、T细胞库的多样性减少，无法对新型抗原产生有效反应，故而会向促炎方向发展。）。
研究人员提出，IL-11（IL-6 家族的一种促炎症和促纤维化成员）可能会促进与年龄相关的病变并缩短寿命。研究表明 (图1a)。研究人员观察到 IL-11 在老年人中上调，IL-11可激活ERK-mTORC1和JAK-STAT3信号通路，而且越来越多的人认识到 IL-11 在衰老中的作用，也是衰老的一个标志。在这里，研究人员利用一系列遗传和药理学方法，对 IL-11 信号通路对小鼠的健康和寿命有负面影响这一假设进行了研究。
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调控寿命的信号通路
调节不同物种寿命的主要信号通路包括以下几个信号通路：
1.Insulin-IGF1（IIS）信号通路
第一个被证明调控动物寿命的信号通路是Insulin-IGF1信号通路，在小鼠和人类中， IGF1是肝脏响应垂体分泌的生长激素产生的，为了响应IGF1，IGF1受体激活下游一系列信号通路影响寿命，如IRS（胰岛素受体底物蛋白1和2）、AKT、PI3K和SGK（Serum and Glucocorticoid Induced Kinase，血清和糖皮质激素激酶），抑制IIS信号通路是通过改变基因表达来改变寿命的，主要是通过FOXO转录因子（线虫中FOXO的同源物为DAF-16）、Nrf2（线虫中Nrf2的同源物是SKN-1）发挥作用的，AKT和SGK分别将FOXO转录因子和Nrf2磷酸化并使其失活，从而降低动物的寿命。FOXO转录因子延长寿命的作用主要与其维持蛋白质稳态和促进自噬的功能相关，FOXOs促进参与自噬与线粒体自噬相关基因的表达，清除老化的细胞器，促进寿命延长；此外，FOXOs还参与蛋白质稳态系统的调控，FOXOs上调了泛素连接酶的表达水平，促进蛋白酶体的形成，在衰老过程中维持了蛋白质稳态，从而促进寿命延长。NRF2是一种抗氧化应激反应的关键转录因子，它通过调节多种抗氧化还原酶的表达来维持细胞内的氧化还原平衡，在衰老过程中，NRF2的激活改善了氧化应激引起的损伤以及SASP，缓解炎症，此外，NRF2的激活还会增加抗氧化酶的活性来抑制铁死亡，从而延长寿命。所以靶向IIS信号通路的疗法是增加寿命的有效靶点。
Insulin-IGF1（IIS）信号通路调控寿命图示
Insulin gene2基因敲除小鼠寿命变化图示
2. mTORC1信号通路
mTORC1信号通路调控寿命图示
抑制mTORC1小鼠寿命变化图示
参考文献：
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IL11的功能及其调控的下游信号通路
IL-11是IL-6家族细胞因子，其最初是在基质细胞的上清中发现的，可以促进IL-6依赖性浆细胞瘤的增殖，后来发现IL-11可以被多种不同的细胞产生并具有广泛的生物活性，包括刺激血小板生成和红细胞生成，促进巨核细胞的生成、分化和成熟，并与其他造血生长因子协同作用。IL-11也具有免疫调节的功能，如调控巨噬细胞的分化和功能，诱导CD4 T细胞的Th2或Th17极化，促进B细胞产生IgG，并且还可以保护内皮细胞免受炎症损伤。除此之外，IL-11还具有调节神经发生、促进破骨细胞的发育、抑制脂肪生成、调节上皮细胞的增殖和凋亡的功能。
与IL-6家族大多数其他成员一样，IL-11是一种四螺旋束细胞因子，通过含有gp130亚基的受体复合物发出信号，与IL-6类似，IL-11也具有经典信号通路和反式信号通路，经典的IL-11信号转导在表达膜结合的IL-11受体a亚基（mIL-11Ra）和gp130膜结合形式的细胞中发生，IL-11最初以低亲和力与mIL-11Ra结合，然后募集gp130亚基，进而形成高亲和力的受体复合物；此外，IL-11还能在不表达mIL-11Ra的细胞中启动跨信号转导，即反式信号转导，该过程需要IL-11与可溶性IL-11Ra（sIL-11Ra）结合，sIL-11Ra与IL-11结合后在表达gp130的细胞中就会反式激活IL-11信号通路，从而扩大了IL-11的作用范围。
IL-11经典信号通路和反式信号转导会激活多种细胞内的信号通路，如ERK-p90RSK、LKB1/AMPK、mTORC1-p70S6K信号通路，IL-11可以激活ERK，导致P90RSK激活，ERK在LKB1的S325位点磷酸化将其磷酸化，P90RSK在S428位点将LKB1磷酸化，使其失活，这会抑制AMPK并激活mTOR，该信号轴会引起上皮细胞障碍和基质细胞活化，在许多与IL11升高相关的疾病中可见，如肺纤维化、炎症性肠病、NASH和肾脏疾病。IL-11和IL-16都利用gp130作为信号传递的一部分，它们共享一些信号通路，如JAK-STAT、Ras-MAPK等信号通路，但是它们具体激活的JAK激酶和STAT蛋白家族成员有所不同。
参考文献：
[1]Widjaja AA, et al. iScience. 2022 Jul 20.
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2、IL-11激活ERK-mTORC1和JAK-STAT3信号通路；
3、在衰老过程中抑制IL-11促进白色脂肪米色化、改善代谢；
4、抑制IL-11延长了雌雄小鼠的寿命。
研究结果
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IL-11 随年龄增长而上调
研究人员测定了在衰老过程中IL-11在小鼠肝脏、内脏性腺白脂肪组织（vWAT）和骨骼肌（腓肠肌）的表达情况，结果显示 IL-11 在所有组织中都逐渐上调（图 1b、c 和图S1a、b）。随着年龄的增长，肝脏和肌肉中的ERK-p90RSK和mTOR-p70S6K逐渐激活，LKB1-AMPK失活，这些构成了IL-11信号模块（图1b和图S1c）。研究人员在两岁雄性和雌性小鼠的肝脏、vWAT 和骨骼肌中证实了 IL-11 的上调（图S 1d）。
为了确定衰老小鼠中表达Il11的细胞类型，研究人员查询了Tabula Muris Senis数据库，但没有得到任何信息，这可能是因为Il11的表达水平较低，而且IL-11在很大程度上受翻译调控。为了更好地确定衰老小鼠组织中表达 IL-11的细胞类型，研究人员对衰老 Il11-EGFP 报告小鼠的组织进行了检测。在两岁大的 Il11-EGFP 小鼠中，IL-11在实质细胞（肝脏中的肝细胞、vWAT 中的脂肪细胞和骨骼肌中的肌细胞）中明显可见，在各组织的基质细胞、上皮细胞和内皮细胞以及骨骼肌的神经中也有表达（图 1d 和图S 1e-g）。因此，随着衰老的发生，IL-11在不同组织的不同细胞类型中表达。（小编注：肝脏中SLC10A1染色通常指的是肝实质细胞，也就是肝细胞。SLC10A1基因编码的钠/牛磺胆酸共转运多肽（NTCP），主要在肝细胞的基底外侧膜表达，负责将血液中的结合型胆汁酸转运到肝细胞内，这是胆汁酸肠肝循环的重要环节。在这部分的IF染色中，作者利用CD31来表征肝脏、脂肪和骨骼肌中的内皮细胞，利用SM22a来表征平滑肌细胞，利用PDGFRA来表征成纤维细胞。但事实上，这些细胞表面marker不能严格一一代表基质细胞、上皮细胞和内皮细胞，它们存在一定的交叉重叠，如基质细胞就包括了平滑肌细胞和成纤维细胞等。）
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IL-11与衰老有关
为了进一步探讨 IL-11的上调与ERK-mTOR在衰老小鼠组织中激活之间的关系，研究人员研究了十周龄和两岁龄的Il11ra1-/-小鼠以及野生型同窝对照小鼠的肝脏、vWAT 和腓肠肌，结果表明衰老野生型小鼠表现出磷酸化 (p)-ERK 和 p-p90RSK 增加，p-LKB1的增加导致 p-AMPK 减少以及p-mTOR、p-p70S6K 和 p-S6RP 水平升高。(图 1e 和图S 2a-c）。在衰老野生型小鼠的组织中，典型衰老标志物p16Ink4a和p21Waf1/Cip1的水平升高。相比之下，这些激酶和 S6RP 的磷酸化状态以及 p16 和 p21 的水平在衰老的 Il11ra1-/-小鼠和年轻的野生型小鼠之间相似（图 1e 和图S 2a-c）。（小编注：p16Ink4a和p21Waf1/Cip1是两种在细胞周期控制和细胞衰老中起关键作用的细胞周期蛋白。首先，p16Ink4a是一种细胞周期抑制蛋白，属于INK4（inhibitor of CDK4）家族成员之一。p16Ink4a主要通过抑制细胞周期依赖性激酶CDK4和CDK6来发挥作用，阻止细胞周期从G1期向S期的过渡。它的表达通常在细胞衰老、DNA损伤响应或接触抗增殖信号时上调。p16Ink4a在许多癌症中作为肿瘤抑制因子发挥作用，其基因（CDKN2A）的突变或丢失与某些癌症的发生发展有关。另外，p21Waf1/Cip1是一种多功能的细胞周期抑制蛋白，属于Cip/Kip家族。它可以通过与多种CDK结合来抑制细胞周期的进展，包括CDK1、CDK2、CDK3、CDK4和CDK6。p21Waf1/Cip1的表达可以响应p53的激活而上调，参与DNA损伤响应、细胞衰老和细胞周期停滞。）
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与同窝的野生型对照组小鼠相比，两岁龄的Il11ra1-/-小鼠体重较轻（图 1f），雌性Il11ra1-/-小鼠的脂肪量减少，瘦肉量增加（图1g）。Il11ra1-/-雌雄小鼠的核心体温均略高于野生型对照组（图S2d）（小编注：核心体温与衰老之间存在一定的关联。核心体温是人体内部的温度，与新陈代谢密切相关，而新陈代谢又是细胞功能和生物体生存的关键因素。随着年龄的增长，人体的核心体温往往会有所下降。一些研究表明，较低的核心体温可能与较长的寿命有关。例如，在恒温动物中，低体温个体的寿命较长，并且低温可以延缓无脊椎动物的衰老过程。此外，有研究指出，热量限制（CR）可以延长动物的寿命，其中体温降低是CR效果的一部分，有助于节约能量，并通过减少氧化损伤、改变能量代谢和免疫功能来延缓衰老。进一步的研究还发现，在特定条件下，体温对寿命的影响可能大于代谢率。例如，将动物长期暴露于高温环境中，虽然代谢率降低，但体温升高，结果导致寿命缩短。而通过增加热传导率来促进散热、防止体温升高，可以逆转高温对寿命的不利影响。以上结果表明在一定温度范围内，体温可能是比代谢率更重要的影响因素，降低体温有助于延缓衰老、延长寿命。总的来说，核心体温与衰老的关联体现在体温对代谢、氧化损伤、免疫功能等方面的影响，以及体温本身作为衰老的一个潜在标志物。本文中IL11敲除小鼠寿命长但体温上升，其体温的升高可能是能量代谢增强导致的。目前绝大多数文献表明，无论是无脊椎动物，还是脊椎动物中的恒温动物或变温动物，都发现在一定范围内的低体温有助于寿命增加，其机制可能在于低温能降低熵增带来的各种形式的分子损伤，包括氧化应激和 DNA 损伤）。Il11ra1-/-衰老雌雄小鼠的vWAT质量指数（质量脂数指vWAT重量归一于体重）较低，腓肠肌质量指数增加（图S2e）。Il11ra1-/-小鼠与野生型的肝脏指数相似，而Il11ra1-/-小鼠的肝脏甘油三酯水平较低（图S 2e,f）。野生型衰老小鼠的血清胆固醇和甘油三酯水平高于Il11ra1-/-同窝小鼠（图S 2g,h）。 Il11ra1-/-衰老雌雄小鼠的肝脏促炎症基因（Ccl2、Ccl5、Tnf 和 Il1b）和脂肪酸合成基因（Acc、Fasn 和 Srebp1c）表达减少（图S 2i，j）。作为肝细胞损伤标志物的血清丙氨酸转氨酶（ALT）和天冬氨酸转氨酶（AST）水平在野生型衰老小鼠中升高，但在Il11ra1-/-衰老小鼠中并没有升高（图S 2k、l）。
研究人员评估了肝脏和腓肠肌的端粒长度和线粒体DNA（mtDNA）拷贝数，这是与生物年龄相关的生物标志物，发现这些表型在衰老Il11ra1-/-小鼠的组织中显著保留（图1h,i和图S2m,n）。
图S2 | 与Il11ra1缺失相关的有益信号通路、代谢、炎症和衰老生物标志物效应
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IL-11与衰老有关，因此研究人员在人类细胞类型中探索了 IL-11 对衰老的直接影响，这些细胞类型与在衰老小鼠中发现的表达 IL-11 的细胞类型相对应（图 1d 和图S 1e-g）。用 IL-11 刺激人成纤维细胞或肝细胞可激活 ERK-mTOR通路（小编注：Ras-ERK通路和PI3K-AKT通路存在交叉激活和交叉抑制的串扰机制。首先，ERK交叉激活mTOR，主要涉及两种机制：1、抑制TSC1/TSC2复合体：mTORC1的活性受到TSC1（Tuberous Sclerosis Complex 1）和TSC2的抑制性调控。ERK可以通过磷酸化TSC2的特定位点，降低TSC1/TSC2复合体对mTORC1的抑制作用，从而促进mTORC1的活化；2、ERK还可以通过直接与mTORC1相互作用，增加mTORC1的活性。其次，ERK还能交叉抑制PI3K-AKT，即通过磷酸化PI3K-AKT上游的GAB1，导致GAB1与PI3K的结合减弱或丧失，这可能会抑制PI3K-AKT信号通路的激活，最终抑制下游的mTORC活性。ERK和AMPK虽然都参与细胞应激反应，但它们代表了细胞对不同类型应激的响应，并且通过不同的机制影响mTOR的活性。这种不同主要体现在在应激种类上，ERK通常在细胞接收到生长因子、激素或有丝分裂信号时激活，这些信号通常与细胞增殖、生长和分化有关。激活的ERK可以通过多种机制激活mTORC1，从而促进细胞的代谢活动和蛋白质合成；而AMPK是在细胞能量水平下降或应激条件下激活，如缺氧、营养缺乏或某些代谢压力。AMPK的激活导致mTORC1的抑制，这有助于减少能量消耗，促进能量产生，并维持细胞的代谢平衡），提高 p16 和 p21 的水平，降低 PCNA 和细胞周期蛋白 D1 的表达，而 U0126 （小编注：U0126是一种选择性、非竞争性MAPK激酶抑制剂，作用于MEK1和MEK2。）或雷帕霉素可阻断这一现象（图S3a,b）。IL-11 刺激的成纤维细胞的上清液中与衰老相关的分泌表型因子数量增加，U0126 或雷帕霉素抑制了这种增加（图S 3c,d）。研究人员深入分析了肝细胞上清液中依赖于 mTORC1 的衰老相关分泌表型因子（IL-6、IL-8、LIF、VEGFA、HGF、CCL2、CXCL1、CXCL5、CXCL6 和 CCL20）(小编注：这些SASP因子受到 mTOR 信号通路的调控。mTOR是一种关键的营养物质感受调节器，它通过不同的复合体 mTORC1 和 mTORC2 来调节细胞的生长、代谢以及炎症反应。有研究者们发现 mTOR 通过其效应分子 MAPKAPK2（也称为 MK2）来调控 SASP（衰老相关的分泌表型）。具体来说，mTOR 通过 4EBP1（eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 1, 真核生物翻译起始因子4e结合蛋白）来调控 MK2 的翻译。MK2 进一步磷酸化 RNA 结合蛋白 ZFP36L1，这一磷酸化作用抑制了 ZFP36L1 降解多种 SASP 成分的 mRNA（ZFP36L1 负责降解含有 AU-rich elements (AREs) 的 mRNA，这些 mRNA 编码多种 SASP 成分，包括上述细胞因子。）因此，当 mTOR 被抑制或 ZFP36L1 被组成性激活时，ZFP36L1 的活性增强，导致相关细胞因子 mRNA 的降解，从而减少这些细胞因子的表达和分泌。具体到上述细胞因子，mTOR 的抑制通过减少 MK2 的翻译，进而减少了这些细胞因子的表达)，发现这些蛋白中的大多数都明显受到IL-11 刺激的 ERK 和 mTORC1 依赖性调控（图S3e-g）。（小编注：虽然图S3e-g 本身没有直接显示ERK-mTORC1通路与这些细胞因子水平上升之间的关系，但根据文章中的其他数据和讨论，可以推断这种关系。例如，图S 3a-b 显示了使用IL-11刺激的人类细胞中ERK-mTOR通路的激活，以及p16和p21水平的增加，这表明IL-11通过激活ERK-mTORC1通路促进衰老。此外，图S 3c-d 显示了使用MEK抑制剂（U0126）或mTORC1抑制剂（rapamycin）可以抑制IL-11诱导的IL6和IL8的分泌，这进一步支持了ERK-mTORC1通路在调节SASP因子中的潜在作用。因此，尽管图S 3e-g 本身没有直接展示ERK-mTORC1通路与这些细胞因子水平上升之间的关系，但其他数据和图表支持了这种联系。此外，文章中的讨论部分也强调了mTORC1通过调节特定mRNA的翻译来控制SASP，其中包括IL-6和IL-8等因子。这表明ERK-mTORC1通路的激活或抑制可能会影响这些细胞因子的表达和分泌，从而在细胞衰老和相关病理过程中发挥作用）。
衰老细胞的积累导致衰老病理。研究人员对人成纤维细胞处理了 IL11RA 抗体 (X209) 或 IgG 后进行连续传代，从而模拟复制衰老。研究人员观察到随着细胞传代次数的增加，磷酸化ERK-mTORC1、NF-κB 和STAT3水平上调，同时衰老标志物的数量也增加了（如p16、p21），而这些效应是 IL-11 依赖性的（图S 4a-d）。端粒长度和 mtDNA 拷贝数在早期阶段（第 4代 (P4)）细胞和经 X209 处理的晚期阶段（P14）细胞之间相似，而在经 IgG 处理的 P14 细胞中并没有这一现象（图S 4e,f）。经 IgG 处理的 P14 成纤维细胞的基础代谢呼吸受损，而经 X209 处理的 P14 细胞与 P4 成纤维细胞相似（图S4g,i）。
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为了支持在 C57BL6/129 混合遗传背景下Il11ra1-缺失小鼠产生的数据（小编注：文章中这里引用的文献是1997年发表的，在那篇文章中研究人员首次构建了Il11ra1-/-无义突变小鼠，并发现Il11ra1-/-小鼠的造血功能是正常的，后来随着研究的深入，研究人员发现Il11受体敲除的小鼠并不能精确地的表征Il11的功能，这是因为IL-11属于IL-6家族成员，与多种生物学功能相关，包括造血、纤维化、炎症反应等。IL-11RA（IL-11受体α链）是IL-11信号通路中的关键组分，与IL-11结合后共同通过gp130（糖蛋白130）传递信号。IL-11RA作为受体，可能参与其他信号通路或与IL-11无关的生物学过程。因此，IL-11RA的LOF可能影响这些非IL-11依赖的通路，导致观察到的表型不完全是由IL-11的功能丧失引起的。IL-6家族的细胞因子共享gp130作为共同的信号转导链。IL-11RA的LOF可能影响gp130的功能，进而影响其他依赖于gp130的细胞因子的信号传递。所以作者新构建了Il11敲除的小鼠品系。在提供的文献中，虽然Il11-/-和Il11ra1-/-小鼠在某些表型上具有相似性，如对肺纤维化的保护作用和雌性的不孕性，但在其他方面，如骨骼表型和颅骨形态，它们表现出显著的差异），并更深入地剖析与年龄相关的影响，研究人员在 C57BL6/J 背景下研究了Il11敲除（Il11-/-）的年轻（3月龄）和衰老（2岁龄）雌性小鼠。免疫印迹证实，在这一新增的品系中，IL-11 在老年期的各组织中上调（图1m）。衰老雌性Il11-/-小鼠的体重和脂肪含量较低，而瘦肉含量保持不变（图2a-c）。衰老雌性Il11-/-小鼠的虚弱评分低于衰老野生型小鼠，体温轻度升高（图2d和图S5a）。衰弱评分的降低主要是由于Il11-/-小鼠震颤、毛发失色、步态障碍和前庭障碍的改善引起的（补充表 1）。与年龄匹配的对照组相比，年轻和衰老的Il11-/-小鼠的肌肉强度都更高（图2e和图S5b）。
雷帕霉素对mTORC1的慢性抑制可导致葡萄糖不耐受，这是因为它间接抑制了mTORC2。因此，必须更全面地评估 IL-11 抑制对衰老小鼠肝功能、新陈代谢和葡萄糖利用的影响。随着野生型小鼠的衰老，血清中AST、ALT、胆固醇和甘油三酯都有所升高，而在衰老的Il11-/-小鼠中，这些升高都得到了缓解（图 2f 和图S 5c,d）。衰老Il11-/-小鼠的葡萄糖耐量试验（GTT）和胰岛素耐量试验（ITT）结果与年轻野生型小鼠相似，而衰老野生型小鼠的GTT和ITT则出现了损伤（图2g和图S5e,f）。与同年龄的野生型小鼠相比，年轻和衰老的Il11-/-小鼠的骨骼肌质量指数都更大（图S5g）。
与野生型的衰老小鼠相比，衰老的Il11-/-小鼠的肝脏质量指数和肝脏甘油三酯含量降低（图S5h,i）。衰老的Il11-/-小鼠的vWAT指数和腹股沟皮下白色脂肪组织（scWAT）质量减少，而棕色脂肪组织（BAT）质量不变（图2h和图S5j）。为了研究脂肪从头合成在衰老组织中的潜在作用，研究人员分析了 vWAT 中脂肪酸合成基因的表达，发现在衰老的野生型小鼠中，这些基因的表达随着年龄的增长而增加，但在衰老的Il11-/-小鼠中却没有增加（图 2i）。与Il11ra1-/-小鼠类似（图S2b,c），在衰老Il11-/-小鼠的vWAT和腓肠肌中，ERK-mTORC1轴的激活和衰老标志物的上调得到缓解（图2j和图S5k,l）。野生型衰老小鼠的 vWAT 中促炎基因表达增加，而衰老Il11-/-小鼠的 vWAT 中促炎基因表达没有增加（图S5m）。（小编注：衰老过程中脂肪酸合成增加可能与以下几个因素有关：1.激素水平的变化：衰老可能伴随着激素水平的变化，如胰岛素抵抗的增加，这可能会促进脂肪酸的合成；2.炎症反应：衰老与慢性低度炎症状态有关，这种炎症环境可能会影响代谢途径，包括增加脂肪酸合成。3.细胞衰老：细胞随着年龄的增长可能会经历衰老过程，这些衰老细胞可能会分泌多种细胞因子和生长因子，影响脂肪酸合成的调控。4.器官功能下降：例如肝脏功能的下降可能会影响脂肪酸的代谢和清除，导致脂肪酸合成的增加。5.体力活动减少：随着年龄的增长，体力活动水平可能降低，这可能会导致能量消耗减少，进而影响脂肪酸的合成和储存。在本文中，研究人员分析vWAT中脂肪酸合成基因的表达，是为了了解衰老过程中这些基因是否上调，从而可能促进了更多的脂肪酸合成。这可以帮助我们理解衰老过程中体重增加和肥胖发展的分子机制。如果这些基因在老年野生型小鼠中表达增加，而在Il11−/−小鼠中没有这种增加，这可能表明IL-11的缺失有助于减少与衰老相关的脂肪酸合成和脂肪积累）。
野生型衰老小鼠的肝脏、骨骼肌和 vWAT 中的端粒长度和 mtDNA 含量降低，Il11基因的敲除可减轻这些影响（图 2k，l）。野生型衰老小鼠血清 IL-6 水平升高，而衰老Il11-/-小鼠血清 IL-6水平并未升高（图S5n）。
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相比于野生型衰老小鼠，衰老Il11-/-雄性小鼠的体型、体重、脂肪量、瘦肉量和虚弱评分（由震颤、皮毛状况和脱毛引起）的不利变化得到缓解，体温轻度升高（图S 6a-e 和补充表 2）。与年龄匹配的野生型相比，年轻和衰老的Il11-/-小鼠的肌肉强度更高，与雌鼠中的现象是一致的（图S 6f）。衰老Il11-/-小鼠的 GTT 和 ITT 曲线与年轻小鼠相似，而野生型衰老小鼠则出现了损伤（图S6g）。
代谢笼分析表明，与衰老野生型小鼠相比，衰老Il11-/-小鼠的呼吸交换比（RER）总体较高（图S 6h）。饥饿一段时间后，再进食导致衰老Il11-/-小鼠的 RER 增加的幅度更大，这与代谢灵活性更好是一致的（图S 6h）。与野生型对照组相比，衰老Il11-/-小鼠更瘦，体重更轻，但它们消耗的食物更多，运动活动水平相似（图S6h）。炸弹量热法排除了Il11-/-小鼠的热量损失性肠病（图S6i）。
衰老野生型小鼠的肌肉明显出现了肌少症，而这种影响在衰老Il11-/-小鼠中则不那么明显，在年轻时，Il11-/-小鼠也表现出更大的肌肉质量指数，与雌鼠中的现象是一致的（图S6j,k）。两种基因型小鼠的肝脏指数重量相似（图S6l）。与衰老雄性小鼠Il11功能缺失相关的最显著的有益差异可能是 vWAT 质量，而不同基因型和年龄的 BAT 质量相似（图S6m）。精囊肿大是衰老雄性小鼠的一种特异性年龄特异性现象，这一现象在衰老野生型小鼠中比在老龄Il11-/-小鼠中更为常见（野生型：15 只中有 11 只，Il11-/-：14 只中有 1 只；P = 0.0003）（补充表 2）。
图S6| 衰老雄性Il11-/-小鼠不会出现年龄相关的代谢下降
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在研究种系遗传功能缺失对健康寿命和/或寿命的影响时，应辅以对衰老动物的干预措施，以确定从年轻动物延续下来的表型，并进行相关转化研究。这与当前的研究相关，在当前的研究中，在年轻的小鼠中，Il11功能缺失的一些有益影响（如肌肉质量和力量增加）也是显而易见的（图2和图S6）。为了实现这一目标，研究人员对衰老小鼠进行了干预，即给老年小鼠注射了IL-11中和性抗体（X203）或 IgG 对照，并研究了健康寿命指数（图 3a）。
与对照组相比，从75周龄到100周龄接受 X203 治疗的小鼠体重逐渐减轻，表现为脂肪量减少（图 3b、c）。在研究开始时，各实验组的葡萄糖代谢明显受损，接受X203治疗的小鼠的情况有所改善，而 IgG 则没有影响（图 3d）。再治疗之前，各实验组的虚弱评分都有轻度增加（图 3e）。在治疗期间，未接受治疗或接受IgG治疗的小鼠表现出逐渐的虚弱（例如震颤和步态障碍），而接受 X203治疗的小鼠则没有这一表型（图 3e 和补充表 3）。接受抗IL-11治疗的100周龄小鼠的肌肉强度高于接受 IgG 或未接受治疗的年龄匹配对照组，也高于实验开始时75周龄小鼠的肌肉强度（图 3f 和图S7a）。（小编注：研究发现用重组小鼠 IL11处理 C2C12细胞导致肌管形成减少。）
注射抗体六周后，在代谢笼中对小鼠进行研究。接受X203治疗的小鼠的 RER高于IgG治疗的小鼠，但低于一组年轻小鼠的RER（图 3g 和图S7b），这表明X203可减缓与年龄相关的代谢不灵活。X203治疗会导致核心温度升高和食物摄入量增加，而不同研究组的运动活动水平和粪便热量密度相似（图 3h 和图S7b、c）。（小编注：有文献报道影响 RER 的因素包括，运动持续时间和强度，肌糖原，饮食摄入量，年龄和性别。结果发现呼吸交换比率（RER）随以下因素的增加而降低：运动持续时间、饮食中的脂肪摄入量、年龄、最大氧摄取量（VO2max）和I型肌纤维的百分比；而随以下因素的增加而升高：饮食中的碳水化合物摄入量、运动强度、男性性别以及运动前和运动期间的碳水化合物摄入。对RER影响最大的变量是性别、饮食摄入和运动持续时间。在与饮食相关的因素中，日常的脂肪和碳水化合物摄入量比运动期间的碳水化合物摄入对RER的影响更大。）
研究结束时，未接受治疗或注射 IgG 的小鼠血清胆固醇、甘油三酯和IL-6水平均有所升高，而X203治疗可将这些指标降至75周龄时的水平以下（图S7d、e）。在实验过程中，未经处理的小鼠和IgG对照组小鼠的肝损伤标志物、肝甘油三酯含量和肝脏质量指数都有所增加，而接受X203治疗的小鼠的这些表型有所改善（图 3i-k 和图S7f）。
与年龄匹配的对照组和75周龄小鼠相比，接受X203治疗的100周龄小鼠的指数 vWAT 和肝脏质量减少，肌肉质量指数增加（图3k和图S7g）。接受X203治疗的小鼠的scWAT 减少，而 BAT增加（图S7h）。雄性小鼠精囊肿大的年龄特异性表型再次因IL-11功能缺失而减弱（IgG：13只中有8只，X203：12 只中有2 只；P = 0.022）（补充表 3）。
纤维化是衰老的典型特征，也是衰老的标志，而IL-11在人源细胞和年轻成年小鼠中具有促进纤维化的作用。研究人员量化了各实验组衰老小鼠的vWAT、骨骼肌和肝脏的纤维化情况，结果显示，接受 X203 治疗的小鼠各器官的组织纤维化情况发生了逆转（图 3l）。
与75周龄的小鼠相比，接受IgG治疗25周的小鼠的vWAT中的 IL-11-mTORC1 轴活化程度更高，衰老标志物的表达量也更高（图3m和图S7i）。相比之下，接受X203治疗的小鼠ERK-mTOR活性降低，p21和p16表达减少（图3m和图S7i）。100周龄的未处理小鼠和IgG处理小鼠的端粒损耗和mtDNA拷贝数减少，而在X203处理的小鼠中未见这些现象（图S7j,k）。
图3| 治疗性抑制IL-11可减少雄性小鼠与年龄相关的代谢功能障碍、致病通路和肌肉疏松症
图S7| 抗Il11治疗可改善衰老雄性小鼠的肌肉力量和代谢健康
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研究人员还研究了抗IL-11疗法对衰老雌性小鼠衰老病理的影响（图S8a）。接受X203治疗的衰老雌性小鼠体重减轻，而接受 IgG 治疗的衰老雌性小鼠体重增加（图S8b）。在研究结束时， 处理X203的小鼠与开始时相比，脂肪含量更低，瘦肉含量更高，GTT和ITT有明显改善，而处理IgG的小鼠则出现了相反的效果（图S8c,d）。实验开始时，各组的虚弱评分相似，接受 IgG 治疗的小鼠的虚弱评分有所提高，而接受 X203 治疗的小鼠的虚弱评分则没有提高（图S8e 和补充表 4）。接受X203的雌性小鼠的肌肉力量高于起始水平，核心体温轻度升高（图S8f-h）。
图S8| 治疗性抑制IL11可减少雌性小鼠的年龄相关的代谢功能障碍、虚弱和骨骼肌减少症
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为了进一步剖析分子机制，研究人员对IgG处理或抗IL-11处理的100周龄小鼠的 vWAT、腓肠肌和肝脏进行了RNA 测序（RNA-seq）（补充表 5）。在所有组织中，接受抗IL-11治疗的小鼠在氧化磷酸化和新陈代谢方面的基因组富集得分最高，而炎症、EMT和JAK-STAT3信号标志的得分则有所降低（图4a）。
在衰老的vWAT中，与衰老相关的基因（Cdkn2a、Tnf、Il10、Il1b、Bst1、Irg1、Parp14、Itgax 和 Itgam）上调，抗-IL-11 治疗减轻了这种影响（图4b和图S9a）（小编注：ITGA（integrin alpha subunit，整合素α亚基）的上调与衰老之间的关系涉及多个生物学过程，尤其是在细胞与细胞外基质（ECM）的相互作用、信号传导、细胞黏附、以及组织重塑等方面。1. 细胞黏附和细胞外基质重塑；整合素α亚基参与细胞与 ECM 的相互作用。随着衰老的进展，ECM 的成分和结构发生变化（如胶原蛋白和弹性蛋白的降解或变性），需要细胞通过上调特定整合素α亚基来适应这些变化。以维持黏附的稳定性和细胞的生存。2. 信号传导路径：整合素α亚基的上调激活或调控一些与衰老相关的信号通路，如PI3K/Akt、MAPK、和NF-κB等。这些信号通路与细胞存活、增殖、分化及炎症反应密切相关。衰老过程中，整合素的异常表达可能导致这些信号通路的失调，加速细胞功能的衰退和组织的老化。3. 炎症反应：衰老通常伴随着慢性炎症（炎性衰老），整合素α亚基可能通过调节免疫细胞的黏附和迁移，参与炎症反应的维持和发展。其上调可能促进慢性炎症的持续存在，从而加速衰老过程或促进与衰老相关的疾病（如动脉粥样硬化、癌症等）。4. 组织纤维化和功能退化：在某些衰老相关的病理状态下，如肺纤维化、肝纤维化或动脉粥样硬化中，ITGA的上调常伴随着组织纤维化的增加。纤维化导致组织僵硬，功能退化，这种现象在衰老过程中尤为显著。整合素的异常表达可能通过促进成纤维细胞的激活和ECM的过度沉积，推动纤维化进程）。接受抗IL-11治疗的小鼠的肌肉和肝脏也出现了类似的衰老标志物抑制作用，但不那么明显。
研究人员对vWAT转录组进行的更详细研究发现，抗IL-11基因组上调最多的基因是 Ucp1，它对白色脂肪组织（WAT）沉积的米色产热脂肪细胞的发育非常重要(图4c和补充表5）。随后研究人员发现在接受抗-IL-11治疗的小鼠的vWAT中，有更多与米色化相关的基因（Acot2、Cidea、Cox4i1、Cox8b、Dio2、Elovl3、Eva1a、Fabp3、Ppargc1a、Ppargc1b、Ppara和Prdm16）上调（图4d）。100周龄的雄性小鼠在接受抗IL-11治疗后显示出UCP1和PGC1a的蛋白水平上调，二者的蛋白水平高于75周龄的雄性小鼠（图4e）。
为了支持这一发现，研究人员在雌性对照小鼠的vWAT中发现了与年龄相关的UCP1表达抑制，而在Il11敲除的雌性小鼠和Il11ra1敲除的雌性和雄性小鼠中，这种现象得到了缓解（图 4f 和图S9b）。研究人员对vWAT中线粒体基因表达的定向评估显示，在接受抗IL-11治疗的小鼠中，与线粒体生物生成和功能相关的基因表达显著增加（图S9c,d）。（小编注：延缓衰老过程中炎症降低和促进产热是两个相关联但又相对独立的过程，它们之间互相影响，共同作用于延缓衰老的进程，降低炎症可以通过改善细胞微环境为产热脂肪细胞的活化和功能提供有利条件，炎症介质释放的减少会降低对产热的抑制作用；产热脂肪细胞的活化可以释放一些具有抗炎作用的因子，如IL-6，通过调节代谢和免疫反应来降低炎症。降低炎症和促进产热可以形成正向循环。降低炎症有助于产热脂肪细胞的功能，而产热的增加又可以进一步降低炎症状态。）
在接受X203治疗的小鼠中，Clstn3b有明显的上调，Clstn3b是一种新发现的哺乳动物特异性Clstn3基因座 3’端的产物，它与S100b共同促进WAT甘油三酯的代谢，S100b在接受X203治疗的小鼠中也有上调现象（图 4g 和图S9e）。随着年龄的增长，野生型小鼠BAT 中 Ucp1 的下调幅度有限，Il11-/-小鼠 BAT 中 Ucp1 的表达轻度增加，但接受抗 IL-11 治疗的小鼠 BAT 中 Ucp1 的表达没有增加（图S9f,g）。
与接受 X203 治疗的小鼠相比，接受 IgG 治疗的小鼠 vWAT 中促炎基因的表达更高（图 4b），这与之前在Il11ra1-/-小鼠肝脏和Il11-/-小鼠 vWAT 中的结果一致（图S2i和5m）。研究人员对年轻和衰老的Il11ra1-/-和野生型小鼠的进一步分析证实，野生型小鼠 vWAT 中的促炎基因表达与年龄有关，而Il11ra1-/-基因型小鼠的促炎基因表达在不同性别的小鼠中都有所减少（图S9h）。
基质炎症与免疫细胞浸润有关，研究人员发现接受X203治疗的小鼠 vWAT 中免疫细胞表面标记基因 Cd68、Cd4、Ly6C 和Cd19下调（图4h）。组织学结果表明，经X203处理的小鼠vWAT的脂滴面积平均减少了 2.5 倍，常驻的CD68+巨噬细胞减少（图4i，j）。
图4| 抗IL-11可减少vWAT炎症，并重新激活受年龄限制的产热程序
图S9| 抗Il11对老年白色脂肪组织的有益作用
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在进行健康寿命实验的同时，研究人员还对雌雄Il11-/-小鼠以及野生型同窝对照小鼠进行了寿命研究，研究人员对这些小鼠进行了观察，汇总分析表明，Il11-/-小鼠的寿命明显长于野生型对照组（中位值寿命：野生型，120.9周；Il11-/-，151周）。性别特异性分析显示，雌性Il11-/-（中位值寿命：野生型，118.9周；Il11-/-，148.3周）和雄性Il11-/-（中位值寿命：野生型，128.7周；Il11-/-，待定）小鼠的寿命明显延长（图5a-c）。
为了使该研究更具有转化意义，研究人员使用75周龄的雄性和雌性小鼠，每月注射抗IL-11或IgG，直至小鼠死亡（图5d-f和图S10），考察了在衰老小鼠中IL-11抑制对寿命的影响。结果表明接受抗IL-11治疗的小鼠寿命明显更长（中位值寿命：IgG，120.9周；X203，155.6周）。性别特异性分析显示，雌性小鼠的寿命明显延长（中位值寿命：IgG，117.1周；X203，146.4周），雄性小鼠中寿命同样也明显延长（中位值寿命：野生型，130.3周；X203，159.6周）。
癌症是衰老小鼠的常见死因，尸检数据显示，Il11敲除的小鼠（野生型，84只小鼠中有49只患肿瘤；Il11-/-，25只小鼠中有3只患肿瘤；P＜0.0001）或接受抗IL-11治疗的小鼠（IgG，36只小鼠中有22只患肿瘤；X203，19只小鼠中有3只患肿瘤；P＝0.0013）肉眼可见的肿瘤较少。（补充表 6 和 7）。
图5| 基因或药物抑制 IL-11 可延长雌雄小鼠的寿命
图S10| 在寿命研究中，接受抗IL11与IgG治疗的小鼠的总体外观
总结
对于健康寿命和寿命而言，ERK、AMPK 和 mTORC1 是关键的通路，而炎症则是核心重要标志。在此，研究人员研究了IL-11（一种IL-6家族的促炎细胞因子）是否会对与年龄相关的疾病和寿命产生负面影响。随着小鼠的衰老，IL-11在各种细胞类型和组织中上调，以调节ERK-AMPK-mTORC1轴，从而调节细胞、组织和机体层面的衰老病理。Il11或Il11ra1的敲除可防止代谢衰退和老年虚弱。对75周龄的小鼠处理抗IL-11药物25周，可以改善新陈代谢和肌肉功能，减少衰老生物标志物和雌雄小鼠的虚弱程度。在寿命研究中，Il11基因敲除可延长雌雄小鼠的寿命，平均延长24.9%。从小鼠75周龄开始使用抗IL-11药物治疗直至小鼠死亡，雄性小鼠的中位值寿命可延长22.5%，雌性小鼠的中位值寿命可延长25%。总之，这些结果证明了促炎因子IL-11在哺乳动物的健康寿命和寿命中的作用。研究人员认为，抗IL-11疗法目前正处于治疗肺纤维化疾病的早期临床试验阶段，它可能为确定抑制IL-11对老年人衰老病理的作用提供了一个转化机会。
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