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。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。相应的，衰老也成为大多数人类疾病的主要危险因素，包括糖尿病、心血管疾病、神经系统疾病和癌症以及其他老年综合症，如跌倒、虚弱和失禁等。虽然老化是一个不可避免的过程，但研究表明它具有很大的可塑性，其进展速度具有可调节性。近些年有关衰老的机制研究取得了巨大进展，从分子及细胞层面可分为9大标志性事件，如下图所示。这些共同的重要事件主要有基因组的不稳定性、端粒损耗、表观遗传学改变、蛋白稳态丧失、营养状况感知紊乱、线粒体功能紊乱、细胞衰老、干细胞衰竭及细胞间通讯的改变等。

       The Hallmarks of Aging

       自古以来人类便痴迷于延年益寿的各类研究和尝试；而近年来对衰老机理的理解使得对衰老过程进行一定的干预成为现实。三十多年前，daf-2基因被发现能够控制秀丽隐杆线虫的寿命。此后，多种信号通路据报道可直接或间接的影响衰老的表型，如insulin/IGF-1、mTOR、AMPK及sirtuin等。这些发现也直接导致了很多候选药物化合物的发现，通过激活或抑制某些蛋白分子而靶向于多种信号通路。各类抗衰老措施已被用于不同生物体的延迟衰老过程中，包括热量限制、激素疗法、抗氧化补充剂、自噬诱导剂、senolytic类药物、端粒酶的激活、表观遗传学调节等，后者的靶点包括DNA甲基转移酶、组蛋白去乙酰化酶HDAC、组蛋白乙酰基转移酶HAT、非编码的miRNA及潜在的sirtuin激活剂等，尽管很多方法的抗衰老临床疗效尚不确定。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。

       热量摄入限制(CR)及类似物

       Overview of CR-associated signaling and some of its key players

       热量限制(Caloric restriction，CR)指在提供生物体充分的营养成分如必需氨基酸、维生素等，保证生物体不发生营养不良的情况下，限制每日摄取的总热量，又称为饮食限制(Dietary restriction，DR)。McCay等于1935年首次报道CR延长大鼠寿限，迄今70余年来，大量实验已表明CR是除遗传操作以外最强有力的延缓衰老方法，被称为衰老研究领域最重大的发现。同时CR还推迟和降低多种老龄相关疾病如肿瘤、心血管疾病、2型糖尿病等发病。CR已经成为衰老机制及干预措施研究的一个重要模型，并且已有不少研究探索如何在人类实行CR疗法。

       通过热量限制来对抗衰老的作用机制尚未被完全阐明；其潜在的作用信号通路有四条来关联个体的营养状态与促进长寿的效应，分别是AMPK、胰岛素-胰岛素样生长因子1、mTOR信号通路的抑制及sirtuins分子的激活。这些机制主要是直接或间接调控细胞生长、线粒体功能和自噬。对于人类而言，热量限制是一个相当严格的长期干预过程，需要坚定的决心和较强的自我控制能力。初步的人类试验也报告了一些负面后果，如骨质疏松、性欲减退、无法调节体温和丧失体力及耐力等。另外，还有部分学者开展间歇性进食在抗衰老领域的研究。

       能量限制的策略已在很多低等动物开展的实验中证明了其抗衰老效果，但真正在人类身上应用却困难重重；这一矛盾也导致了热量限制类似物CRM的出现。这类化合物可以在实际上没有降低热量摄入的情况下，使体内产生类似于能量限制的效果，从而有利于个体的健康和长寿。CRM方法是抗衰老干预的最佳策略之一。

       葡萄糖代谢及吸收抑制：

       高血糖和高胰岛素血症是老年人常见的两种主要疾病。高血糖引起的氧化应激导致的晚期糖基化终末产物诱发许多退行性疾病，如糖尿病、动脉粥样硬化、慢性肾 脏病和阿尔茨海默病等。有证据表明高胰岛素血症引起的氧化应激会导致氧化蛋白的积累。众所周知，热量限制可以通过降低葡萄糖和胰岛素的循环水平来提高胰岛素敏感性。因此，对于热量限制类似物CRM的开发而言，降低血浆胰岛素及葡萄糖水平是一类有效的策略。

       1998年，糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖(2DG)开始被认为是第一种热量限制类似物，据报道可以降低大鼠的体温及循环胰岛素水平。2DG是一种葡萄糖类似物，为葡萄糖代谢抑制剂，通过作用于己糖激酶(hexokinase)来抑制糖酵解。该化合物不仅可以增加线虫的生命周期，且对大鼠进行短期摄入后会产生类似热量限制时的表型特征；另外也被发现对于一些神经系统疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病典型等是有益的，并减缓缺血导致的脑损伤。2011年，有研究表明2DG可通过线粒体ROS激活的AMPK过程而在培养的表皮细胞中诱导产生自噬。

       尽管文献研究表明热量限制与服用2DG产生的效应类似，但有研究表明摄入含2DG饮食的大鼠会患有肾上腺肿瘤、心脏毒性并增加死亡风险。其他一些糖酵解酶的抑制剂或葡萄糖摄取阻断剂也有可能成为有效的热量限制类似物，常见的有glucosamine、mannoheptulose及iodoacetate等，作用靶点分别为己糖激酶及甘油醛-3-磷酸异构酶。Acarbose是一类葡萄糖摄取阻滞剂，已广泛应用于2型糖尿病的治疗20多年。该化合物可做用于α-葡萄糖苷酶组织小肠中的淀粉分解为双糖，导致肠内葡萄糖吸收减少，从而造成血液中葡萄糖水平低下的状况。最近的一项研究表明，口服1%的阿卡波糖即可增加小鼠寿命的中位数及最大值。尽管如此，阿卡波糖似乎具有性别选择性，对雄性的影响比雌性更为明显，寿命增加率分别为22%及5%。另外，实验中还观测到阿卡波糖可以降低体重、血糖、胰岛素和IGF-1水平等效应。

       生长激素/IGF-1信号轴抑制剂：

       Main pathways in endocrine regulation of growth

       近期有研究表明，减少个体的促生长活性同延缓衰老速度、推迟与年龄相关疾病的发病及高龄所带来的风险存在关联性。IGF-1全称为类胰岛素生长因子1，由肝 脏响应生长激素而分泌。大量文献报道了通过基因工程影响GH和IGF-1信号所带来的热量限制效应对延长寿命的影响，包括线虫、果蝇和老鼠等。另外，在小鼠及人体中，降低GH/IGF-1活性可保护机体免于癌症及糖尿病的侵袭，两者均与个体年龄相关。对生长激素释放基因敲除小鼠的研究表明，小鼠个体生存中位数及最大寿命显著增加，同时显著降低了血清IGF-1水平、体重、血糖、血浆胰岛素、甘油三酯和胆固醇水平，同时伴有血浆瘦素水平、脂联素水平及胰岛素敏感性的上升。而在患有遗传性GH敏感性缺失的Laron综合征人群中，癌症及糖尿病发生的概率大大下降。因此，通过结合生长激素受体而抑制生长激素信号的传递，是延长个体生命的可行性策略之一。

       AMPK激活剂：

       Summary of a selection of target proteins and metabolic pathways regulated by AMPK

       AMPK (AMP激活的蛋白质激酶)是一种保守的异源三聚体蛋白质激酶，其酶活力能够被AMP上调。该蛋白质激酶能够通过感受细胞能量状态来维持真核细胞的ATP生成和消耗的平衡，即能量稳态。同时，AMPK在调控细胞生长和增殖、建立和稳定细胞极性、调节动物寿命、调控生理节律等方面也起着重要作用。AMPK可通过AMP/ATP比例来感知细胞内的能量状态；另外有研究表明，ADP的结合同样有助于AMPK的激活。一旦激活，AMPK即可触发包括糖酵解和脂肪酸氧化在内的ATP合成过程。有意思的是，AMPK的激活也是迄今为止人类了解的最为清晰的mTOR信号抑制效应的胞内触发者。

       近期很多药物已被证明可通过激活AMPK信号通路而对机体产生有益效应。这其中，最有希望的候选药物是二甲双胍，一类被广泛用于2型糖尿病治疗的药物。二甲双胍可以降低葡萄糖在胃肠道的吸收，减少肝 脏糖异生并增加胰岛素敏感性。二甲双胍并不直接激活AMPK，而是通过抑制线粒体呼吸链复合物Ⅰ活力而导致胞内AMP/ATP比率上升。临床研究及对线虫、小鼠模式生物的研究均表明二甲双胍对生命体的健康寿命有益。除糖尿病外，二甲双胍也被报道可降低心血管疾病、癌症及癌症所导致的死亡等风险。这些发现都表明，二甲双胍是一类理想的抗衰老药物。

       阿司匹林及其代谢物水杨酸是一种常用的镇痛抗炎药，已被证明是AMPK的变构激活剂。阿司匹林是一种乙酰化试剂，可以乙酰化环氧合酶活性位点的丝氨酸残基；该化合物似乎可以降低人类患癌症的风险。据报道，阿司匹林科技增加小鼠的中位数寿命，而不是最大寿命。在人类结肠癌细胞中，阿司匹林被发现可以抑制mTOR信号和激活AMPK信号通路。阿司匹林对衰老的调节作用使其成为热量限制类似物研究的重要目标之一。