抗衰老研究：从基因到药物

    自古以来，人类就追求青春常在，生命不老，历史上曾出现过许多寻找“长生不老”秘方以及炼制“仙丹灵药”的活动。时至今日，人们已认识到“长生不老”只是一个美梦，但是延缓衰老却是可能实现的，寻找抗衰老药物的脚步一直没有停息。随着科学技术的进步，科研的触角已经深入到了基因水平，进而发现了更多药物的抗衰老作用……

 

    从理论上讲，如果抑制促衰老基因（或基因敲除）能延长寿命，那么抑制相同基因的药物也能延长生命。但实际上从基因到抗衰老药的路还很长。许多能延长寿命的基因已被发现，但没有一个能完全阻止衰老。根据交替使用理论，关键的促衰老基因应该呈作用多重性，即在生命晚期起破坏作用，而在生长发育早期又是生命所必需的。在发育过程中完全敲除这些基因是致命的。已知的寿命调控基因可能不包括促衰老基因，不过前者会影响后者或进行下游调控。它们也是理想的抗衰老药作用靶标。

 

    抗衰老研究中需要解决两个未知问题：关键靶标和现有的靶向该靶标的药物。关键靶标确定后，药物的选择就成为关键。那些能激活Sir₂蛋白、FOXO转录因子和热休克蛋白（能增强应激抗性）的药物是目前抗衰老药物研究热点，其中，TOR（target of rapamycin，雷帕霉素的靶标）作为一种细胞生长周期中的一种核心调控蛋白，尤其受到抗衰老药物研发人员的关注。

 

 

    细胞老化的最典型特征是细胞周期受阻，此时端粒、p₅₃、p₁₆、p₂₁的作用显现出来。但要注意，细胞静止期（G0期）与细胞老化不同，后者是细胞周期受阻而同时保持促生长通路激活。促细胞分裂剂（生长因子）能激活Raf-1/MEK/ERK和磷脂酰肌醇3-激酶（PI₃K）/Akt激酶信号通路，并进一步激活TOR，刺激蛋白合成和细胞生长。此外，上述通路可刺激细胞周期蛋白D₁表达，从而启动细胞周期进行。虽然癌基因Raf、Raf-1、B-Raf、MEK、Akt和PI₃K激活了TOR通路，但通过诱导p21、p16、p53阻止细胞周期，导致细胞老化。DNA损伤虽然加速细胞老化，但并不干扰细胞生长。TOR可刺激细胞生长，其活化可能是细胞老化必需的。事实上，抑制TOR活性可阻止p21诱导和DNA损伤诱导的细胞老化。TOR的下游效应子eIF-4E也能诱导细胞老化。TOR的作用还包括刺激PPAR-γ，增强rDNA转录，核糖体的生合成，促细胞分裂剂和血管内皮生长因子（VEGF）的分泌，诱导细胞形态变化，促进蛋白质合成和细胞生长。细胞的过度生长是年龄增长的标志，如皮肤出现皱纹及男性的前列腺增生，也包括老龄化疾病（如动脉粥样硬化）。在大量影响寿命的基因中都发现了TOR。

 

 

    酵母有两种TOR蛋白，即TOR₁和TOR₂。TOR₁缺失可延长寿命，但TOR₂缺失或两者都缺失则会致死。高等真核生物仅有一种生长发育必需的TOR基因。破坏小鼠TOR基因可使早期发育期的小鼠死亡。影响寿命的基因可编码TOR通路成分，并且这些基因序列从酵母到小鼠保守。它们参与调控TOR通路上游（胰岛素，PTEN，Akt）或下游（S₆K，Sir₂，Hsp₇₀）。不同物种中促衰老因素的差异不是因为TOR，而是其他调节子（FOXO因子和Sir₂）。

 

    酵母菌TOR通路中成员（如Ras，PI₃K和Sch₉）的突变可延长寿命。Sir₂可抑制rDNA转录，拮抗TOR下游，也能延长寿命。线虫的TOR基因突变后，如果TOR通路得到抑制，则其寿命也得到延长。果蝇中也有类似效果。果蝇中TOR的激活可引起神经退行性病变。雷帕霉素可对抗亨廷顿病苍蝇模型的神经退行性病变。抑制TOR还可对抗与年龄有关的心脏功能减退，并延长寿命。小鼠的IGF-1（TOR上游）信号减退可延长寿命。人类寿命延长与胰岛素/IGF-1信号减弱和胰岛素敏感性增强有关。胰岛素敏感性增强在遗传学上是TOR活性降低的标志。

 

    热量限制性饮食可增加胰岛素敏感性，同时可增加所有受试动物包括哺乳动物的寿命，其机制至少有三种；营养素（氨基酸和葡萄糖）可激活TOR通路。果蝇实验已证明这一点。哺乳动物的限食或禁食可增强脂肪动员，使体重减少；热量限制可诱导Sir₂而延长寿命；热量限制可能抑制游离基或活性氧（ROS）生成，同时提示抗氧剂也可能延长寿命。

 

 

    抗氧剂虽然长寿的基因研究取得进展，但游离基理论仍是衰老研究的主流。一般认为影响寿命的突变也影响ROS。但现在发现ROS产出不变时，寿命也能明显延长。由50万人参与的包含了多种药物抗衰老临床试验（包括维生素E、β-胡萝卜素、维生素C和E、维生素A、叶酸）表明，这些药物没有一种在统计学意义上减少了衰老相关性疾病和死亡率。甚至一些试验由于疾病和死亡发生率增加而在早期被中止。试验失败的原因可能有三个：ROS可能与衰老及衰老相关的疾病无关，即ROS理论完全错误；目前的抗氧剂不能有效抑制ROS，并额外带来副作用；游离基在动物和人类寿命延长中没起作用。

 

    二甲双胍TOR能引起胰岛素抗性，可能与衰老相关性2型糖尿病有关。二甲双胍是糖尿病治疗药物，可增加胰岛素敏感性。二甲双胍和苯乙双胍可显著延长啮齿类动物的寿命。二甲双胍可能是抑制TOR而恢复了胰岛素敏感性，因此它也能抗衰老。

 

    白藜芦醇白藜芦醇是一种在红酒中发现的多酚，可延长酵母、鱼和小鼠的寿命。其机制有三种解释：它可能是一种抗氧剂；激活了SIRT₁；能抑制促细胞分裂剂所诱导的S₆K（一种TOR的靶点）磷酸化，及随后的细胞过度生长。总之，白通过抑制TOR通路而发挥抗衰老作用。

 

    类Sir₂蛋白激活剂热量限制能增加Sir₂活性而延长酵母寿命。Sir₂是NAD（+）-依赖性蛋白脱乙酰酶的保守类Sir₂蛋白家族的一员，包括人脱乙酰酶SIRT₁。，后者能抑制TOR下游通路。因此，SIRT₁、二甲双胍、热量限制和白藜芦醇都是通过间接抑制TOR信号而延长寿命。

 

    雷帕霉素雷帕霉素是一种抗真菌的抗生素，在浓度极低（纳摩尔浓度级）条件下能选择性有效抑制TOR。由于TOR进化高度保守，所以雷帕霉素能抑制从酵母到人类细胞中的TOR。雷帕霉素的TOR抑制作用是多重的：抑制酵母生长，同时减缓酵母衰老。TOR对生长发育是必需的，但在生命后期的作用很小。

 

    雷帕霉素与其他药物合用预防肾移植后的器官排斥。肾移植患者每天接受雷帕霉素治疗持续几年，也没有发生持续抑制TOR而引发的疾病。雷帕霉素的副作用中并没有产生明显的免疫抑制问题（微生物感染，卡波氏肉瘤或骨质疏松），与此相反还可用于治疗侵入性真菌感染和HIV。因此，实际上它是一个免疫调节剂，并具有抗癌和骨保护作用。

 

    ■预防肿瘤和骨质疏松成为雷帕霉素治疗作用之外的副作用

 

    雷帕霉素最普遍的副作用还包括能增加血中脂质的含量，如甘油三酯。甘油三酯升高是热量限制的表现。热量限制会导致脂解作用，使脂肪进入血液而导致高血脂症。雷帕霉素能增加脂肪组织中脂肪酶活性，并降低脂蛋白的脂肪酶活性，从而避免脂质在组织包括血管壁中蓄积。实际上，衰老过程中内脏的脂肪蓄积增加，并发生动脉粥样硬化。动物模型中，注射雷帕霉素可减少新生内膜增厚，并减缓胆固醇水平较高的apoE缺失小鼠的动脉粥样硬化。此外，雷帕霉素常引起中度贫血和白细胞减少（可能对抗衰老相关的感染症状）。中度贫血的原因是血浆中铁和转铁蛋白饱和水平降低，这可能是有益的。

 

    TOR通路参与了细胞老化、动物衰老和人类疾病，它的抑制剂也相应地具有抗衰老作用，所以雷帕霉素影响所有与衰老相关的疾病并不奇怪。