衰老细胞也有物理指纹？山东第一医科大学团队提出Physical Senotype新概念

近日，山东第一医科大学/山东省医学科学院牟晓东课题组与美国 Steadman Philippon Research Institute（SPRI）合作团队，在衰老研究领域国际权威期刊

Ageing Research Reviews（IF = 15.5，Q1）

发表综述文章

The Physical Senotype in Cellular Senescence: Mechanical and Physical Strategies for Senotherapy” （PMID: 42537808）

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文章从机械生物学和物理生物学角度重新审视细胞衰老，首次提出并系统梳理“Physical Senotype（物理衰老表型）”这一研究框架，强调衰老细胞不仅具有经典的分子和代谢异常，也呈现出一组可感知、可测量、并有望被干预的物理和力学特征。 文章为药学院在读硕士研究生王冰洁和戚向清、牟晓东教授和Johnny Huard 教授共同完成，于2026年7月31日在线发表。

细胞衰老，不只是“分子坏了”

传统的细胞衰老研究主要聚焦于 DNA 损伤反应、端粒缩短、线粒体功能障碍、代谢重编程、炎症反应以及衰老相关分泌表型（SASP）等经典生物化学改变。这些机制构成了现代衰老生物学的重要基础，也推动了senolytics、senomorphics 等衰老干预策略的发展。

然而，在这些分子变化发生的同时，衰老细胞在“形态”和“力学”层面也发生了非常显著的重塑。与年轻细胞相比，衰老细胞往往体积增大、铺展面积增加，细胞骨架重新排列，细胞和细胞核的硬度发生改变；与此同时，细胞膜张力、细胞—基质黏附、细胞核力学、机械信号转导以及细胞器在胞质内的空间组织方式也可能发生系统性变化。这些现象并非衰老过程中的简单“伴随结果”，而可能反过来持续影响基因表达、细胞命运、炎症和组织功能。

提出“Physical Senotype”：给衰老细胞增加一个物理维度

基于近年来机械生物学、细胞骨架、细胞核力学以及衰老研究不断交叉的证据，本综述提出并系统总结了“Physical Senotype（物理衰老表型）”这一概念。其核心思想是：细胞衰老不仅是一种由分子标志物定义的生物化学状态，也可以被理解为一种具有特征性物理属性的细胞状态。换言之，衰老细胞可能拥有自己的“物理指纹”。

这一“物理指纹”可以体现在多个层面，包括细胞体积与形态变化、肌动蛋白和微管等细胞骨架重塑、细胞和细胞核刚度变化、核膜与核纤层异常、细胞—细胞和细胞—基质黏附改变、机械转导通路失衡，以及线粒体、溶酶体、脂滴等细胞器的定位和力学耦联变化。

不同衰老诱因和不同细胞类型可能表现出不同的组合，因此 Physical Senotype 并不是单一指标，而更像是一组能够从物理层面对衰老状态进行刻画的特征谱。

图示：正常细胞向衰老细胞转变过程中形成可识别的“Physical Senotype”，并为细胞骨架、硬度、机械信号及物理工程策略等干预提供新的切入点。

为什么“物理衰老表型”值得关注？

这一概念的意义，在于它为细胞衰老研究提供了一个不同于传统生化标志物的观察维度。许多经典衰老指标需要通过蛋白表达、转录组、代谢组或组织染色进行识别，而部分物理特征则可以通过原子力显微镜、微流控、力学传感器、高分辨成像、组织弹性成像以及工程材料平台进行测量。

未来，如果能够建立稳定、具有疾病相关性的物理特征组合，就有可能发展出新的衰老细胞识别方式，甚至用于判断衰老程度和治疗反应。

更重要的是，物理表型并不仅仅用于“检测”。细胞的硬度、骨架张力和机械信号本身就是细胞功能的重要调控器。当衰老细胞出现持续的骨架硬化、机械应力异常或核力学失衡时，针对这些变化进行干预，理论上可能打断维持衰老状态的反馈环路，从而改善细胞功能，降低有害的 SASP，或者使衰老细胞更容易被免疫系统或其他治疗手段清除。

从 senolytics 走向“physical senotherapy”

目前，衰老干预的一个重要方向是利用 senolytic 药物选择性清除衰老细胞，但传统策略通常依赖衰老细胞的抗凋亡通路、代谢依赖或特定分子标志物。本文进一步提出，衰老细胞独特的物理和力学属性同样可能成为治疗靶点。

例如，可以通过调控肌动蛋白或微管等细胞骨架、改变异常细胞硬度、纠正机械转导失衡，或采用超声、机械刺激、材料表面和力敏递送系统等工程策略，对衰老细胞进行“物理层面”的干预。

这类策略并不意味着取代经典 senolytics，而更可能与药理、免疫和再生医学手段形成互补。未来甚至可以设想：利用衰老细胞特有的高硬度、异常膜张力或特殊机械环境作为“识别信号”，设计只在特定力学条件下释放药物的载体，或者通过改变组织局部力学环境，使衰老细胞失去维持有害表型的条件。这种思路将“衰老是什么”进一步延伸到“衰老细胞在物理上是什么样，以及这些物理特征能否成为治疗入口”。

连接衰老生物学、机械生物学与再生医学

Physical Senotype 的提出，也体现了衰老研究正在从单一分子通路走向多尺度整合。细胞骨架、细胞核、细胞器和细胞外基质共同组成一个连续的力学网络，衰老过程中任何一个层面的长期失衡，都可能通过机械耦联影响其他层级。因此，从力学和空间组织角度研究衰老，有助于解释为什么某些细胞即使没有立即死亡，也会逐渐失去正常的适应、修复和再生能力。

这一框架还为衰老相关疾病研究提供了新的交叉方向。肌肉退化、骨关节疾病、纤维化、心血管老化、神经退行性改变以及肿瘤治疗后产生的细胞衰老，都伴随着不同程度的组织力学变化。如何区分“疾病导致的力学异常”和“衰老细胞自身形成的物理表型”，并找到其中可治疗的关键节点，将是未来值得深入研究的问题。

一个值得进一步发展的新研究窗口

综述认为，Physical Senotype 目前仍处于概念整合和快速发展的阶段。不同细胞类型、不同衰老诱因和不同组织环境下，物理表型可能并不完全一致；一些力学改变究竟是衰老的原因、结果，还是保护性适应，也需要更加严格的因果实验加以区分。因此，未来的重要任务之一，是建立标准化的物理表型测量体系，并与经典分子衰老指标、功能改变以及体内疾病结局进行对应。

但正因为如此，这一方向也具有较大的拓展空间。随着机械生物学、智能材料、微纳工程、单细胞力学和活体成像技术的发展，衰老研究有机会从“测量分子变化”进一步迈向“读取并操控细胞的物理状态”。这不仅可能帮助我们更准确地识别衰老细胞，也可能催生新一代以物理属性为基础的 senotherapy。

“衰老细胞不仅在分子上不同，也可能在物理上拥有可被识别、测量和利用的独特状态。”

从“细胞里发生了什么”，进一步走向“衰老细胞在物理上变成了什么样，以及我们能否利用这些变化进行治疗”，Physical Senotype 为理解和干预细胞衰老打开了一个新的研究窗口，也为机械生物学与衰老医学的进一步融合提供了新的理论起点。

文章信息：Wang B, Qi X, Huard J, Mu X.




The Physical Senotype in Cellular Senescence: Mechanical and Physical Strategies for Senotherapy.




Ageing Research Reviews. 2026;121:103283.




Epub 2026 Jul 31. doi: 10.1016/j.arr.2026.103283