Summary of various factors that may contribute to aging

       本文接上文：长寿之“道”——抗衰老药物研发策略盘点(上)

       抗衰老药物研究简介

       衰老是一个复杂和渐进的生物学过程，涉及每一个器官和组织广泛的慢性改变，并且和多种疾病相关联，衰老学家虽然提出了许多学说，但迄今还不能确定衰老的原因。科学研究表明，衰老是一个机体各项变化逐渐积累的过程，这其中伴随着生物功能的受损、细胞或机体对代谢等应激反应能力的降低等。在过去的几十年里，通过治疗干预措施，极大地提高了人类的预期寿命。本文即对目前相对较为新颖，潜力较大的抗衰老药物研究策略做一简要总结。

       质膜氧化还原系统(PMRS)激活剂

       The plasma membrane redox system

       氧化应激(Oxidative Stress，OS)是指体内氧化与抗氧化作用失衡，倾向于氧化，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增加，产生大量氧化中间产物。氧化应激是由自由基在体内产生的一种负面作用，并被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。机体氧化应激状态的累积，会导致大分子结构和功能的改变，并最终产生年龄相关的生理功能异常。PMRS (plasma membrane redox system)是一种代偿机制，可在线粒体功能障碍时起到保护性作用，帮助细胞对抗氧化应激。所有真核细胞的质膜都包含成簇的由多种氧化还原酶组成的质膜氧化还原系统。这种无处不在的系统将电子从细胞内的供体如NADH/抗坏血酸转移到细胞外受体，从而通过糖酵解为ATP提供更多的NAD +。PMRS系统通过维持NAD(P)+ / NAD(P)H的比例而实现对细胞氧化还原平衡的调节。除了在细胞能量代谢中的作用外，PMRS还具有组织ROS的产生、α-生育酚的再循环、降低铁离子的摄入、控制细胞的生长和增殖、保持细胞膜的完整性及维持胞外抗坏血酸浓度的功能。如果PMRS活性维持在较高水平，可以延迟衰老的过程。有报道表明，PMRS介导了植物多酚类化合物如白藜芦醇、槲皮素、EGCG及儿茶酚等的抗氧化功效。据推测，长寿的物种往往具有不同寻常的高PMRS活性以帮助他们应对衰老带来的氧化应激反应。而褪黑激素的促长寿功能也归结于对PMRS系统的激活。因此，活化PMRS系统是抗衰老药物开发的一个很有前途的策略。

       特异性作用于衰老细胞的药物

       细胞衰老是一种肿瘤抑制机制，常常发生在伴随有细胞周期不可逆停滞、基因表达发生异常改变及对细胞凋亡具有一定抗性的受损细胞。有很多因素都可触发细胞的衰老过程，如端粒的缩短、线粒体依赖性的促炎症及促氧化途径，DNA损伤及遗传毒性应激压力和促癌基因的表达等。研究表明，衰老会使细胞产生一些促炎症反应，这些异常表达的物质溶解性不定，通常包括白细胞介素、趋化因子、生长因子、数种蛋白酶及分泌的不溶性蛋白/胞外基质成分。这些因素通过激活与衰老相关的一些细胞表面受体及相应的信号转导通路而改变组织的微环境。

       Senolytics，一种新型延缓人类衰老的药物，由美国的梅奥医学中心(Mayo Clinic)与斯克里普斯研究所于2015年共同研制，其治疗原理是通过消灭人类体内的衰老细胞，来延缓衰老。2015年初，该研究小组确定了第一个senolytic，这是一种FDA批准的化疗药物，名为dasatinib；与槲皮素联合使用，有效减缓了衰老相关小鼠模型的老化进程。此发现10个月后，Arkansas大学的Daohong Zhou和同事发现了被称为navitoclax的一个senolytic组分，该化合物能够抑制Bcl-2、Bcl-w及Bcl-xl活性，阻止细胞继续存活。此后，有文献记载的senolytic类药物已累计超过14种，包括小分子、抗体和多肽等类别。值得关注的是，每种senolytic只对特定衰老细胞起效，针对不同老化疾病，可能需要多种类型的senolytic。除此之外，senolytic药物还有几点比较吸引人的特质，如衰老细胞只需定期清除一次，如一年为一个周期，可以避免不良副作用。与癌症不同，衰老相关疾病治疗没必要杀死组织中的所有衰老细胞。小鼠研究表明，杀死大部分衰老细胞就足以产生差异。另外，senolytic只会影响已经存在的衰老细胞，不会干涉这类细胞的形成，这意味着衰老细胞本身所具有的肿瘤抑制功能仍可保留。

       表观遗传学修饰药物

       表观遗传学是指在不改变DNA序列的前提下通过调节转录后水平而引起表型或基因表达的改变，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和microRNA表达的改变导致基因表达的改变。表观遗传失调是多种年龄相关疾病的根本原因，包括癌症、动脉粥样硬化、2型糖尿病、神经变性和精神疾病以及免疫反应下降等。表观遗传学在衰老发生发展的演变过程中发挥着重要的作用，也将成为未来延缓衰老、改善和预防老年性疾病的重要药物靶点。

       HDAC抑制剂：

       The role of HDACs in cancer biology

       组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)是一类蛋白酶，对染色体的结构修饰和基因表达调控发挥着重要的作用。一般情况下，组蛋白的乙酰化有利于DNA与组蛋白八聚体的解离，核小体结构松弛，从而使各种转录因子和协同转录因子能与DNA结合位点特异性结合，激活基因的转录。在细胞核内，组蛋白乙酰化与组蛋白去乙酰化过程处于动态平衡，并由组蛋白乙酰化转移酶(histone acetyltransferase，HAT)和组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)共同调控。HAT将乙酰辅酶A的乙酰基转移到组蛋白氨基末端特定的赖氨酸残基上，HDAC使组蛋白去乙酰化，与带负电荷的DNA紧密结合，染色质致密卷曲，基因的转录受到抑制。

       组蛋白的乙酰化和去乙酰化是控制基因表达的主要的组蛋白修饰方式。在乙酰化的过程中，位于组蛋白N末端的赖氨酸残基被HAT酶催化发生乙酰化，该过程与基因的活跃转录相关。另一方面，HDAC催化相反的过程以抑制基因的过度活跃，在此过程中乙酰基被从过度乙酰化的组蛋白上移除掉。有足够的证据表明，组蛋白的乙酰化参与了多种生理过程，包括细胞的分化、凋亡、自噬、炎症反应和代谢过程。伴随着生命个体年龄的增长，HDAC活性会加强使得很多基因的转录活性降低；因而通过HDAC抑制剂类药物来恢复这些基因的转录活性是一个令人振奋的抗衰老策略。一系列HDAC抑制剂类化合物已被发现可以减少和年龄有关的疾病的发生发展，包括4-苯丁酸、trichostatin A、丁酸钠及辛二酰苯胺异羟肟酸等。组蛋白去乙酰化酶抑制剂类化合物的抗衰老及延长寿命作用已在果蝇中得到验证，有望成为人类对抗衰老相关性疾病，如炎症、神经退行性疾病、心血管疾病及癌症的有力武器。

       Sirtuin激活剂：

       SIRT classification

       Sirtuin是生命体中广泛存在的一类依赖于NAD+的组蛋白去乙酰化酶，哺乳动物的Sirtuin分为四类：SIRT1-3属于第一类，SIRT4属于第二类，SIRT5属于第三类，而SIRT6/7属于第四类。这些蛋白分布在不同亚细胞层中，它们催化的底物和酶反应也各不相同。SIRT1是目前研究最为广泛的sirtuin蛋白，也是近年来热门的一个药物设计靶标。SIRT1广泛参与脂肪酸氧化、应激耐受、胰岛素分泌和葡萄糖合成等生理活动，这些生理活动与二型糖尿病、心血管疾病、代谢综合征、炎症和衰老等密切相关。已有研究发现，促进SIRT1酶活能够延长低等生物的寿命，对二型糖尿病肥胖小鼠也有较好的治疗作用。

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

       在过去的数年里，由于在热量限制所导致的生理反应中的关键调节作用，sirtuins已吸引了巨大的关注度；寻找能够激活sirtuin分子的化合物也已成为很多抗衰老研究的重要方向。目前已有多种天然植物化学物质，如槲皮素、杨梅素、白藜芦醇、多酚(白藜芦醇)等被报道具有SIRT-1激活剂的功效。白藜芦醇(resveratrol)是近年来sirtuin激活剂的研究热点之一。该化合物在增进健康状态及延长寿命的功效已被深入研究，并在诸多模式生物如酵母、果蝇、线虫中得到了证实。当这些研究扩展到哺乳动物身上时，白藜芦醇不能延长寿命。当在中年小鼠的饮食中添加白藜芦醇时，并未观察到小鼠寿命的平均值或中位数有显著的提高；尽管如此，研究人员却观察到了很多健康方面的有益功效，包括运动性能的改善、骨骼健康水平提升、白内障及心脏问题方面的减少等。另据报道，白藜芦醇还可以改善老年人的记忆能力，调节肥胖和糖尿病患者的血糖和血脂水平。