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

       衰老是一個復雜和漸進的生物學過程，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聯(lián)，衰老學家雖然提出了許多學說，但迄今還不能確定衰老的原因?？茖W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激反應能力的降低等。在過去的幾十年里，通過治療干預措施，極大地提高了人類的預期壽命。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。

       質膜氧化還原系統(tǒng)(PMRS)激活劑

       The plasma membrane redox system

       氧化應激(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，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。機體氧化應激狀態(tài)的累積，會導致大分子結構和功能的改變，并最終產(chǎn)生年齡相關的生理功能異常。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激。所有真核細胞的質膜都包含成簇的由多種氧化還原酶組成的質膜氧化還原系統(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活性以幫助他們應對衰老帶來的氧化應激反應。而褪黑激素的促長壽功能也歸結于對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，這些異常表達的物質溶解性不定，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/胞外基質成分。這些因素通過激活與衰老相關的一些細胞表面受體及相應的信號轉導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小鼠模型的老化進程。此發(fā)現(xiàn)10個月后，Arkansas大學的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，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。

       表觀遺傳學修飾藥物

       表觀遺傳學是指在不改變DNA序列的前提下通過調(diào)節(jié)轉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表達的改變導致基因表達的改變。表觀遺傳失調(diào)是多種年齡相關疾病的根本原因，包括癌癥、動脈粥樣硬化、2型糖尿病、神經(jīng)變性和**疾病以及免疫反應下降等。表觀遺傳學在衰老發(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?；?histone deacetylase，HDAC)是一類蛋白酶，對染色體的結構修飾和基因表達調(diào)控發(fā)揮著重要的作用。一般情況下，組蛋白的乙酰化有利于DNA與組蛋白八聚體的解離，核小體結構松弛，從而使各種轉錄因子和協(xié)同轉錄因子能與DNA結合位點特異性結合，激活基因的轉錄。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使組蛋白去乙酰化，與帶負電荷的DNA緊密結合，染色質致密卷曲，基因的轉錄受到抑制。

       組蛋白的乙?；腿ヒ阴；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?；?，該過程與基因的活躍轉錄相關。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?；慕M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錄活性降低；因而通過HDAC抑制劑類藥物來恢復這些基因的轉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+的組蛋白去乙酰化酶，哺乳動物的Sirtuin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計靶標。SIRT1廣泛參與脂肪酸氧化、應激耐受、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。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致的生理反應中的關鍵調(diào)節(jié)作用，sirtuins已吸引了巨大的關注度；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物質，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用最成熟的一類。其中，間充質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，誘導受損組織的自我修復過程；(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、技術和基本的科學問題阻礙了干細胞技術的發(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，因此癌變的風險也限制了干細胞療法在疾病治療中的應用。

       總結與展望

       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致的功能衰退。鑒于此，抗衰老藥物的首要目標應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致的，且具有高度的異質性和異時性。構成衰老機制的多個事件使尋找整體意義上的“抗衰老”干預非常有挑戰(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。對藥物的抗衰老效果評估依賴于不同的參數(shù)指標：衰老的生物標志物(氧化應激、炎癥和細胞自噬水平)、年齡相關疾病的發(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)的關鍵分子，是研究糖尿病及其他代謝相關疾病的核心。它表達于各種代謝相關的器官中，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?，F(xiàn)有的科學證據(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鍵作用的信號通路，因此我們預見能夠適度激活AMPK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)絡間存在大量的cross talk，尋找其中的一個或數(shù)個關鍵的節(jié)點分子作為靶點將是未來抗衰老藥物研究的首要目標。

       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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