Summary of various factors that may contribute to aging

       本文接上文：長(zhǎng)壽之“道”——抗衰老藥物研發(fā)策略盤(pán)點(diǎn)(上)

       抗衰老藥物研究簡(jiǎn)介

       衰老是一個(gè)復(fù)雜和漸進(jìn)的生物學(xué)過(guò)程，涉及每一個(gè)器官和組織廣泛的慢性改變，并且和多種疾病相關(guān)聯(lián)，衰老學(xué)家雖然提出了許多學(xué)說(shuō)，但迄今還不能確定衰老的原因。科學(xué)研究表明，衰老是一個(gè)機(jī)體各項(xiàng)變化逐漸積累的過(guò)程，這其中伴隨著生物功能的受損、細(xì)胞或機(jī)體對(duì)代謝等應(yīng)激反應(yīng)能力的降低等。在過(guò)去的幾十年里，通過(guò)治療干預(yù)措施，極大地提高了人類(lèi)的預(yù)期壽命。本文即對(duì)目前相對(duì)較為新穎，潛力較大的抗衰老藥物研究策略做一簡(jiǎn)要總結(jié)。

       質(zhì)膜氧化還原系統(tǒng)(PMRS)激活劑

       The plasma membrane redox system

       氧化應(yīng)激(Oxidative Stress，OS)是指體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，傾向于氧化，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞炎性浸潤(rùn)，蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物。氧化應(yīng)激是由自由基在體內(nèi)產(chǎn)生的一種負(fù)面作用，并被認(rèn)為是導(dǎo)致衰老和疾病的一個(gè)重要因素。機(jī)體氧化應(yīng)激狀態(tài)的累積，會(huì)導(dǎo)致大分子結(jié)構(gòu)和功能的改變，并最終產(chǎn)生年齡相關(guān)的生理功能異常。PMRS (plasma membrane redox system)是一種代償機(jī)制，可在線粒體功能障礙時(shí)起到保護(hù)性作用，幫助細(xì)胞對(duì)抗氧化應(yīng)激。所有真核細(xì)胞的質(zhì)膜都包含成簇的由多種氧化還原酶組成的質(zhì)膜氧化還原系統(tǒng)。這種無(wú)處不在的系統(tǒng)將電子從細(xì)胞內(nèi)的供體如NADH/抗壞血酸轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外受體，從而通過(guò)糖酵解為ATP提供更多的NAD +。PMRS系統(tǒng)通過(guò)維持NAD(P)+ / NAD(P)H的比例而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞氧化還原平衡的調(diào)節(jié)。除了在細(xì)胞能量代謝中的作用外，PMRS還具有組織ROS的產(chǎn)生、α-生育酚的再循環(huán)、降低鐵離子的攝入、控制細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖、保持細(xì)胞膜的完整性及維持胞外抗壞血酸濃度的功能。如果PMRS活性維持在較高水平，可以延遲衰老的過(guò)程。有報(bào)道表明，PMRS介導(dǎo)了植物多酚類(lèi)化合物如白藜蘆醇、槲皮素、EGCG及兒茶酚等的抗氧化功效。據(jù)推測(cè)，長(zhǎng)壽的物種往往具有不同尋常的高PMRS活性以幫助他們應(yīng)對(duì)衰老帶來(lái)的氧化應(yīng)激反應(yīng)。而褪黑激素的促長(zhǎng)壽功能也歸結(jié)于對(duì)PMRS系統(tǒng)的激活。因此，活化PMRS系統(tǒng)是抗衰老藥物開(kāi)發(fā)的一個(gè)很有前途的策略。

       特異性作用于衰老細(xì)胞的藥物

       細(xì)胞衰老是一種腫瘤抑制機(jī)制，常常發(fā)生在伴隨有細(xì)胞周期不可逆停滯、基因表達(dá)發(fā)生異常改變及對(duì)細(xì)胞凋亡具有一定抗性的受損細(xì)胞。有很多因素都可觸發(fā)細(xì)胞的衰老過(guò)程，如端粒的縮短、線粒體依賴(lài)性的促炎癥及促氧化途徑，DNA損傷及遺傳**應(yīng)激壓力和促癌基因的表達(dá)等。研究表明，衰老會(huì)使細(xì)胞產(chǎn)生一些促炎癥反應(yīng)，這些異常表達(dá)的物質(zhì)溶解性不定，通常包括白細(xì)胞介素、趨化因子、生長(zhǎng)因子、數(shù)種蛋白酶及分泌的不溶性蛋白/胞外基質(zhì)成分。這些因素通過(guò)激活與衰老相關(guān)的一些細(xì)胞表面受體及相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路而改變組織的微環(huán)境。

       Senolytics，一種新型延緩人類(lèi)衰老的藥物，由美國(guó)的梅奧醫(yī)學(xué)中心(Mayo Clinic)與斯克里普斯研究所于2015年共同研制，其治療原理是通過(guò)消滅人類(lèi)體內(nèi)的衰老細(xì)胞，來(lái)延緩衰老。2015年初，該研究小組確定了第一個(gè)senolytic，這是一種FDA批準(zhǔn)的化療藥物，名為dasatinib；與槲皮素聯(lián)合使用，有效減緩了衰老相關(guān)小鼠模型的老化進(jìn)程。此發(fā)現(xiàn)10個(gè)月后，Arkansas大學(xué)的Daohong Zhou和同事發(fā)現(xiàn)了被稱(chēng)為navitoclax的一個(gè)senolytic組分，該化合物能夠抑制Bcl-2、Bcl-w及Bcl-xl活性，阻止細(xì)胞繼續(xù)存活。此后，有文獻(xiàn)記載的senolytic類(lèi)藥物已累計(jì)超過(guò)14種，包括小分子、抗體和多肽等類(lèi)別。值得關(guān)注的是，每種senolytic只對(duì)特定衰老細(xì)胞起效，針對(duì)不同老化疾病，可能需要多種類(lèi)型的senolytic。除此之外，senolytic藥物還有幾點(diǎn)比較吸引人的特質(zhì)，如衰老細(xì)胞只需定期清除一次，如一年為一個(gè)周期，可以避免不良副作用。與癌癥不同，衰老相關(guān)疾病治療沒(méi)必要?dú)⑺澜M織中的所有衰老細(xì)胞。小鼠研究表明，殺死大部分衰老細(xì)胞就足以產(chǎn)生差異。另外，senolytic只會(huì)影響已經(jīng)存在的衰老細(xì)胞，不會(huì)干涉這類(lèi)細(xì)胞的形成，這意味著衰老細(xì)胞本身所具有的腫瘤抑制功能仍可保留。

       表觀遺傳學(xué)修飾藥物

       表觀遺傳學(xué)是指在不改變DNA序列的前提下通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平而引起表型或基因表達(dá)的改變，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和microRNA表達(dá)的改變導(dǎo)致基因表達(dá)的改變。表觀遺傳失調(diào)是多種年齡相關(guān)疾病的根本原因，包括癌癥、動(dòng)脈粥樣硬化、2型糖尿病、神經(jīng)變性和**疾病以及免疫反應(yīng)下降等。表觀遺傳學(xué)在衰老發(fā)生發(fā)展的演變過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，也將成為未來(lái)延緩衰老、改善和預(yù)防老年性疾病的重要藥物靶點(diǎn)。

       HDAC抑制劑：

       The role of HDACs in cancer biology

       組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)是一類(lèi)蛋白酶，對(duì)染色體的結(jié)構(gòu)修飾和基因表達(dá)調(diào)控發(fā)揮著重要的作用。一般情況下，組蛋白的乙酰化有利于DNA與組蛋白八聚體的解離，核小體結(jié)構(gòu)松弛，從而使各種轉(zhuǎn)錄因子和協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子能與DNA結(jié)合位點(diǎn)特異性結(jié)合，激活基因的轉(zhuǎn)錄。在細(xì)胞核內(nèi)，組蛋白乙酰化與組蛋白去乙?；^(guò)程處于動(dòng)態(tài)平衡，并由組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase，HAT)和組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)共同調(diào)控。HAT將乙酰輔酶A的乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白氨基末端特定的賴(lài)氨酸殘基上，HDAC使組蛋白去乙?；c帶負(fù)電荷的DNA緊密結(jié)合，染色質(zhì)致密卷曲，基因的轉(zhuǎn)錄受到抑制。

       組蛋白的乙?；腿ヒ阴；强刂苹虮磉_(dá)的主要的組蛋白修飾方式。在乙?；倪^(guò)程中，位于組蛋白N末端的賴(lài)氨酸殘基被HAT酶催化發(fā)生乙酰化，該過(guò)程與基因的活躍轉(zhuǎn)錄相關(guān)。另一方面，HDAC催化相反的過(guò)程以抑制基因的過(guò)度活躍，在此過(guò)程中乙?；粡倪^(guò)度乙酰化的組蛋白上移除掉。有足夠的證據(jù)表明，組蛋白的乙?；瘏⑴c了多種生理過(guò)程，包括細(xì)胞的分化、凋亡、自噬、炎癥反應(yīng)和代謝過(guò)程。伴隨著生命個(gè)體年齡的增長(zhǎng)，HDAC活性會(huì)加強(qiáng)使得很多基因的轉(zhuǎn)錄活性降低；因而通過(guò)HDAC抑制劑類(lèi)藥物來(lái)恢復(fù)這些基因的轉(zhuǎn)錄活性是一個(gè)令人振奮的抗衰老策略。一系列HDAC抑制劑類(lèi)化合物已被發(fā)現(xiàn)可以減少和年齡有關(guān)的疾病的發(fā)生發(fā)展，包括4-苯丁酸、trichostatin A、丁酸鈉及辛二酰苯胺異羥肟酸等。組蛋白去乙?；敢种苿╊?lèi)化合物的抗衰老及延長(zhǎng)壽命作用已在果蠅中得到驗(yàn)證，有望成為人類(lèi)對(duì)抗衰老相關(guān)性疾病，如炎癥、神經(jīng)退行性疾病、心血管疾病及癌癥的有力武器。

       Sirtuin激活劑：

       SIRT classification

       Sirtuin是生命體中廣泛存在的一類(lèi)依賴(lài)于NAD+的組蛋白去乙酰化酶，哺乳動(dòng)物的Sirtuin分為四類(lèi)：SIRT1-3屬于第一類(lèi)，SIRT4屬于第二類(lèi)，SIRT5屬于第三類(lèi)，而SIRT6/7屬于第四類(lèi)。這些蛋白分布在不同亞細(xì)胞層中，它們催化的底物和酶反應(yīng)也各不相同。SIRT1是目前研究最為廣泛的sirtuin蛋白，也是近年來(lái)熱門(mén)的一個(gè)藥物設(shè)計(jì)靶標(biāo)。SIRT1廣泛參與脂肪酸氧化、應(yīng)激耐受、胰島素分泌和葡萄糖合成等生理活動(dòng)，這些生理活動(dòng)與二型糖尿病、心血管疾病、代謝綜合征、炎癥和衰老等密切相關(guān)。已有研究發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)SIRT1酶活能夠延長(zhǎng)低等生物的壽命，對(duì)二型糖尿病肥胖小鼠也有較好的治療作用。

       Responses of NAD+ biosynthetic enzymes and sirtuins to nutritional and environmental cues in aging/longevity control

       在過(guò)去的數(shù)年里，由于在熱量限制所導(dǎo)致的生理反應(yīng)中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，sirtuins已吸引了巨大的關(guān)注度；尋找能夠激活sirtuin分子的化合物也已成為很多抗衰老研究的重要方向。目前已有多種天然植物化學(xué)物質(zhì)，如槲皮素、楊梅素、白藜蘆醇、多酚(白藜蘆醇)等被報(bào)道具有SIRT-1激活劑的功效。白藜蘆醇(resveratrol)是近年來(lái)sirtuin激活劑的研究熱點(diǎn)之一。該化合物在增進(jìn)健康狀態(tài)及延長(zhǎng)壽命的功效已被深入研究，并在諸多模式生物如酵母、果蠅、線蟲(chóng)中得到了證實(shí)。當(dāng)這些研究擴(kuò)展到哺乳動(dòng)物身上時(shí)，白藜蘆醇不能延長(zhǎng)壽命。當(dāng)在中年小鼠的飲食中添加白藜蘆醇時(shí)，并未觀察到小鼠壽命的平均值或中位數(shù)有顯著的提高；盡管如此，研究人員卻觀察到了很多健康方面的有益功效，包括運(yùn)動(dòng)性能的改善、骨骼健康水平提升、白內(nèi)障及心臟問(wèn)題方面的減少等。另?yè)?jù)報(bào)道，白藜蘆醇還可以改善老年人的記憶能力，調(diào)節(jié)肥胖和糖尿病患者的血糖和血脂水平。

       干細(xì)胞療法

       Schematic diagram of stem cells

       干細(xì)胞是一類(lèi)具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞。在一定條件下，它可以分化成多種功能細(xì)胞，因?yàn)槠渚哂性偕鞣N組織器官和人體的潛在功能，被醫(yī)學(xué)界稱(chēng)為“萬(wàn)用細(xì)胞”。根據(jù)干細(xì)胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞，成體干細(xì)胞是臨床應(yīng)用最成熟的一類(lèi)。其中，間充質(zhì)干細(xì)胞是成體干細(xì)胞家族的主要成員，它具有多向分化能力和免疫調(diào)節(jié)作用而越來(lái)越受到關(guān)注。

       干細(xì)胞療法是利用干細(xì)胞或干細(xì)胞來(lái)源的細(xì)胞來(lái)替代或修復(fù)因外源傷害、疾病或老化而受損組織的的治療方法。干細(xì)胞療法大致可分為三種不同的方法：(1)通過(guò)生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子及第二信使等分子刺激內(nèi)源性干細(xì)胞，誘導(dǎo)受損組織的自我修復(fù)過(guò)程；(2)直接在受損組織部位注射干細(xì)胞，使其分化并替代損壞的組織；(3)第三種方法是干細(xì)胞來(lái)源的細(xì)胞、器官或組織的移植。有證據(jù)表明，神經(jīng)干細(xì)胞能夠釋放一些可擴(kuò)散的因子，從而改善人類(lèi)大腦中老化及退行性病變的神經(jīng)元。在帕金森病中，通過(guò)移植能夠合成多巴胺的干細(xì)胞，可以修復(fù)受損的多巴胺能系統(tǒng)。多年以來(lái)，骨髓干細(xì)胞被用來(lái)進(jìn)行白血病的治療。另外，從人類(lèi)胚胎干細(xì)胞中產(chǎn)生胰島素分泌細(xì)胞是治療1型糖尿病的一種很有前途的策略。

       盡管干細(xì)胞療法在治療各種疾病方面有很大的希望，但是有許多倫理、技術(shù)和基本的科學(xué)問(wèn)題阻礙了干細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展。首先，干細(xì)胞療法的治療費(fèi)用非常昂貴；其次，卵母細(xì)胞及囊胚在干細(xì)胞治療中的應(yīng)用一直備受爭(zhēng)議；另外治療效果還會(huì)受到機(jī)體對(duì)外源細(xì)胞組織排斥的限制。干細(xì)胞具有無(wú)限分裂的能力，這一特征與腫瘤細(xì)胞相同，因此癌變的風(fēng)險(xiǎn)也限制了干細(xì)胞療法在疾病治療中的應(yīng)用。

       總結(jié)與展望

       毫無(wú)疑問(wèn)，任何人的生命都是有限的，因而任何抗衰老藥物的目的在于延長(zhǎng)健康壽命的時(shí)期，而非長(zhǎng)生不老。在最廣泛的定義中，衰老的特征是分子及細(xì)胞層面損傷的不斷積累導(dǎo)致的功能衰退。鑒于此，抗衰老藥物的首要目標(biāo)應(yīng)該是將分子或細(xì)胞的功能衰退過(guò)程盡可能延長(zhǎng)。對(duì)于抗衰老藥物研發(fā)而言，的障礙在于衰老并不是單因素所導(dǎo)致的，且具有高度的異質(zhì)性和異時(shí)性。構(gòu)成衰老機(jī)制的多個(gè)事件使尋找整體意義上的“抗衰老”干預(yù)非常有挑戰(zhàn)性。

       尋找具有可行性的抗衰老策略的另一大困難來(lái)源于研究的方法學(xué)。對(duì)藥物的抗衰老效果評(píng)估依賴(lài)于不同的參數(shù)指標(biāo)：衰老的生物標(biāo)志物(氧化應(yīng)激、炎癥和細(xì)胞自噬水平)、年齡相關(guān)疾病的發(fā)病推遲情況、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持、生理特征的改變(膽固醇水平、體重指數(shù)、血壓、空腹血糖)、對(duì)模式生物壽命增加的影響等等；對(duì)不同策略的療效比較非常難以核實(shí)。盡管如此，衰老分子機(jī)制的研究進(jìn)展，還是會(huì)為抗衰老藥物研發(fā)提供一些新的策略，新的靶點(diǎn)。

       Molecular mechanism(s) involving longevity promoting effects of different candidate anti-aging drugs/approaches

       AMPK (Adenosine 5‘-monophosphate (AMP) - activated protein kinase) 即AMP依賴(lài)的蛋白激酶，是生物能量代謝調(diào)節(jié)的關(guān)鍵分子，是研究糖尿病及其他代謝相關(guān)疾病的核心。它表達(dá)于各種代謝相關(guān)的器官中，能被機(jī)體各種刺激激活，包括細(xì)胞壓力、運(yùn)動(dòng)和很多激素及能影響細(xì)胞代謝的物質(zhì)?，F(xiàn)有的科學(xué)證據(jù)表明，AMPK在機(jī)體的能量狀態(tài)、熱量限制和壽命之間處于關(guān)鍵的連接點(diǎn)位置；大量的科研文獻(xiàn)支持AMPK在延長(zhǎng)壽命方面的作用。更為重要的是，AMPK在真核生物中高度保守。AMPK作為抗衰老藥物研發(fā)策略的一個(gè)重要靶點(diǎn)，由于AMPK能夠整合上下游多條對(duì)長(zhǎng)壽起關(guān)鍵作用的信號(hào)通路，因此我們預(yù)見(jiàn)能夠適度激活A(yù)MPK的化合物將是最有潛力的候選藥物；而這也是現(xiàn)有知識(shí)背景下最有希望的抗衰老藥物研發(fā)策略。

       未來(lái)的抗衰老藥物研究工作可能會(huì)集中在營(yíng)養(yǎng)和能量感知的分子信號(hào)途徑上，包括mTOR、IGF-1、AMPK和sirtuin家族等信號(hào)通路。考慮到不同的分子網(wǎng)絡(luò)間存在大量的cross talk，尋找其中的一個(gè)或數(shù)個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)分子作為靶點(diǎn)將是未來(lái)抗衰老藥物研究的首要目標(biāo)。

       縮略詞表：

       CR：caloric restriction

       PMRS: plasma membrane redox system

       ROS: reactive oxygen species

       AFR: ascorbate free radical

       GH: growth hormone

       IGF-1: insulin like growth factor-1

       AMPK: adenosine monophosphate-activated protein kinase

       CamKKβ: Ca2+/calmodulin-dependent protein kinasekinase β

       cAMP: Cyclic adenosine monophosphate

       FoxO: forkhead box O

       mTOR: mammalian target of Rapamycin

       PI3K: Phosphatidylinositol 3-kinase

       LC3: light chain 3

       參考文獻(xiàn)：

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