Summary of various factors that may contribute to aging

       本文接上文：長壽之“道”——抗衰老藥物研發(fā)策略盤點(上)

       抗衰老藥物研究簡介

       衰老是一個復(fù)雜和漸進的生物學(xué)過程，涉及每一個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，但迄今還不能確定衰老的原因?？茖W(xué)研究表明，衰老是一個機體各項變化逐漸積累的過程，這其中伴隨著生物功能的受損、細胞或機體對代謝等應(yīng)激反應(yīng)能力的降低等。在過去的幾十年里，通過治療干預(yù)措施，極大地提高了人類的預(yù)期壽命。本文即對目前相對較為新穎，潛力較大的抗衰老藥物研究策略做一簡要總結(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)致中性粒細胞炎性浸潤，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)生的一種負面作用，并被認為是導(dǎo)致衰老和疾病的一個重要因素。機體氧化應(yīng)激狀態(tài)的累積，會導(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)是一種代償機制，可在線粒體功能障礙時起到保護性作用，幫助細胞對抗氧化應(yīng)激。所有真核細胞的質(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)。這種無處不在的系統(tǒng)將電子從細胞內(nèi)的供體如NADH/抗壞血酸轉(zhuǎn)移到細胞外受體，從而通過糖酵解為ATP提供更多的NAD +。PMRS系統(tǒng)通過維持NAD(P)+ / NAD(P)H的比例而實現(xiàn)對細胞氧化還原平衡的調(diào)節(jié)。除了在細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、控制細胞的生長和增殖、保持細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，可以延遲衰老的過程。有報道表明，PMRS介導(dǎo)了植物多酚類化合物如白藜蘆醇、槲皮素、EGCG及兒茶酚等的抗氧化功效。據(jù)推測，長壽的物種往往具有不同尋常的高PMRS活性以幫助他們應(yīng)對衰老帶來的氧化應(yīng)激反應(yīng)。而褪黑激素的促長壽功能也歸結(jié)于對PMRS系統(tǒng)的激活。因此，活化PMRS系統(tǒng)是抗衰老藥物開發(fā)的一個很有前途的策略。

       特異性作用于衰老細胞的藥物

       細胞衰老是一種腫瘤抑制機制，常常發(fā)生在伴隨有細胞周期不可逆停滯、基因表達發(fā)生異常改變及對細胞凋亡具有一定抗性的受損細胞。有很多因素都可觸發(fā)細胞的衰老過程，如端粒的縮短、線粒體依賴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等。研究表明，衰老會使細胞產(chǎn)生一些促炎癥反應(yīng)，這些異常表達的物質(zhì)溶解性不定，通常包括白細胞介素、趨化因子、生長因子、數(shù)種蛋白酶及分泌的不溶性蛋白/胞外基質(zhì)成分。這些因素通過激活與衰老相關(guān)的一些細胞表面受體及相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路而改變組織的微環(huán)境。

       Senolytics，一種新型延緩人類衰老的藥物，由美國的梅奧醫(yī)學(xué)中心(Mayo Clinic)與斯克里普斯研究所于2015年共同研制，其治療原理是通過消滅人類體內(nèi)的衰老細胞，來延緩衰老。2015年初，該研究小組確定了第一個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)小鼠模型的老化進程。此發(fā)現(xiàn)10個月后，Arkansas大學(xué)的Daohong Zhou和同事發(fā)現(xiàn)了被稱為navitoclax的一個senolytic組分，該化合物能夠抑制Bcl-2、Bcl-w及Bcl-xl活性，阻止細胞繼續(xù)存活。此后，有文獻記載的senolytic類藥物已累計超過14種，包括小分子、抗體和多肽等類別。值得關(guān)注的是，每種senolytic只對特定衰老細胞起效，針對不同老化疾病，可能需要多種類型的senolytic。除此之外，senolytic藥物還有幾點比較吸引人的特質(zhì)，如衰老細胞只需定期清除一次，如一年為一個周期，可以避免不良副作用。與癌癥不同，衰老相關(guān)疾病治療沒必要殺死組織中的所有衰老細胞。小鼠研究表明，殺死大部分衰老細胞就足以產(chǎn)生差異。另外，senolytic只會影響已經(jīng)存在的衰老細胞，不會干涉這類細胞的形成，這意味著衰老細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序列的前提下通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平而引起表型或基因表達的改變，主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾和microRNA表達的改變導(dǎo)致基因表達的改變。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)展的演變過程中發(fā)揮著重要的作用，也將成為未來延緩衰老、改善和預(yù)防老年性疾病的重要藥物靶點。

       HDAC抑制劑：

       The role of HDACs in cancer biology

       組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)是一類蛋白酶，對染色體的結(jié)構(gòu)修飾和基因表達調(diào)控發(fā)揮著重要的作用。一般情況下，組蛋白的乙?；欣贒NA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)合位點特異性結(jié)合，激活基因的轉(zhuǎn)錄。在細胞核內(nèi)，組蛋白乙?；c組蛋白去乙?；^程處于動態(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氨酸殘基上，HDAC使組蛋白去乙?；?，與帶負電荷的DNA緊密結(jié)合，染色質(zhì)致密卷曲，基因的轉(zhuǎn)錄受到抑制。

       組蛋白的乙酰化和去乙?；强刂苹虮磉_的主要的組蛋白修飾方式。在乙?；倪^程中，位于組蛋白N末端的賴氨酸殘基被HAT酶催化發(fā)生乙酰化，該過程與基因的活躍轉(zhuǎn)錄相關(guān)。另一方面，HDAC催化相反的過程以抑制基因的過度活躍，在此過程中乙?；粡倪^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了多種生理過程，包括細胞的分化、凋亡、自噬、炎癥反應(yīng)和代謝過程。伴隨著生命個體年齡的增長，HDAC活性會加強使得很多基因的轉(zhuǎn)錄活性降低；因而通過HDAC抑制劑類藥物來恢復(fù)這些基因的轉(zhuǎn)錄活性是一個令人振奮的抗衰老策略。一系列HDAC抑制劑類化合物已被發(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╊惢衔锏目顾ダ霞把娱L壽命作用已在果蠅中得到驗證，有望成為人類對抗衰老相關(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依賴于NAD+的組蛋白去乙?；福溉閯游锏腟irtuin分為四類：SIRT1-3屬于第一類，SIRT4屬于第二類，SIRT5屬于第三類，而SIRT6/7屬于第四類。這些蛋白分布在不同亞細胞層中，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，也是近年來熱門的一個藥物設(shè)計靶標(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，這些生理活動與二型糖尿病、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SIRT1酶活能夠延長低等生物的壽命，對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)等被報道具有SIRT-1激活劑的功效。白藜蘆醇(resveratrol)是近年來sirtuin激活劑的研究熱點之一。該化合物在增進健康狀態(tài)及延長壽命的功效已被深入研究，并在諸多模式生物如酵母、果蠅、線蟲中得到了證實。當(dāng)這些研究擴展到哺乳動物身上時，白藜蘆醇不能延長壽命。當(dāng)在中年小鼠的飲食中添加白藜蘆醇時，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，包括運動性能的改善、骨骼健康水平提升、白內(nèi)障及心臟問題方面的減少等。另據(jù)報道，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。

       干細胞療法

       Schematic diagram of stem cells

       干細胞是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細胞。在一定條件下，它可以分化成多種功能細胞，因為其具有再生各種組織器官和人體的潛在功能，被醫(yī)學(xué)界稱為“萬用細胞”。根據(jù)干細胞所處的發(fā)育階段分為胚胎干細胞和成體干細胞，成體干細胞是臨床應(yīng)用最成熟的一類。其中，間充質(zhì)干細胞是成體干細胞家族的主要成員，它具有多向分化能力和免疫調(diào)節(jié)作用而越來越受到關(guān)注。

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

       盡管干細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)問題阻礙了干細胞技術(shù)的發(fā)展。首先，干細胞療法的治療費用非常昂貴；其次，卵母細胞及囊胚在干細胞治療中的應(yīng)用一直備受爭議；另外治療效果還會受到機體對外源細胞組織排斥的限制。干細胞具有無限分裂的能力，這一特征與腫瘤細胞相同，因此癌變的風(fēng)險也限制了干細胞療法在疾病治療中的應(yīng)用。

       總結(jié)與展望

       毫無疑問，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健康壽命的時期，而非長生不老。在最廣泛的定義中，衰老的特征是分子及細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)該是將分子或細胞的功能衰退過程盡可能延長。對于抗衰老藥物研發(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)性和異時性。構(gòu)成衰老機制的多個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源于研究的方法學(xué)。對藥物的抗衰老效果評估依賴于不同的參數(shù)指標(biāo)：衰老的生物標(biāo)志物(氧化應(yīng)激、炎癥和細胞自噬水平)、年齡相關(guān)疾病的發(fā)病推遲情況、細胞穩(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)、對模式生物壽命增加的影響等等；對不同策略的療效比較非常難以核實。盡管如此，衰老分子機制的研究進展，還是會為抗衰老藥物研發(fā)提供一些新的策略，新的靶點。

       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。它表達于各種代謝相關(guān)的器官中，能被機體各種刺激激活，包括細胞壓力、運動和很多激素及能影響細胞代謝的物質(zhì)?，F(xiàn)有的科學(xué)證據(jù)表明，AMPK在機體的能量狀態(tài)、熱量限制和壽命之間處于關(guān)鍵的連接點位置；大量的科研文獻支持AMPK在延長壽命方面的作用。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)策略的一個重要靶點，由于AMPK能夠整合上下游多條對長壽起關(guān)鍵作用的信號通路，因此我們預(yù)見能夠適度激活A(yù)MPK的化合物將是最有潛力的候選藥物；而這也是現(xiàn)有知識背景下最有希望的抗衰老藥物研發(fā)策略。

       未來的抗衰老藥物研究工作可能會集中在營養(yǎng)和能量感知的分子信號途徑上，包括mTOR、IGF-1、AMPK和sirtuin家族等信號通路?？紤]到不同的分子網(wǎng)絡(luò)間存在大量的cross talk，尋找其中的一個或數(shù)個關(guān)鍵的節(jié)點分子作為靶點將是未來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：

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