細胞衰老機制及藥物干預(yù)作用研究進展

金宙 姜凡 鄭鈺凡 張潔 韓昀希 梁超 康湘萍

(上海中醫(yī)藥大學(xué) 1曙光臨床醫(yī)學(xué)院，上海 201203；2龍華臨床醫(yī)學(xué)院；3基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院)

機體衰老與細胞衰老密切相關(guān)，機體的衰老是指與年齡相關(guān)的內(nèi)在生理功能下降，細胞衰老則是與時間相關(guān)的細胞固有功能(如細胞內(nèi)、細胞間通訊運輸和細胞分裂復(fù)制等)喪失，以致衰老的細胞死亡或被其他細胞清除〔1〕。細胞衰老是生命在細胞水平所必經(jīng)的一種漸進性過程，細胞的衰老在一定程度上反映了個體生命的衰老。因此，在完善各項社會保障制度的同時，人們希望通過細胞水平的研究，從干預(yù)細胞的衰老入手，延緩個體衰老。近年來，隨著相關(guān)研究的深入，人們在細胞形態(tài)學(xué)和分子水平等領(lǐng)域?qū)毎ダ嫌辛烁M一步的認(rèn)識，雖然細胞衰老的機制尚未完全明確，但目前較為經(jīng)典的影響細胞衰老的機制是氧化應(yīng)激、細胞自噬、細胞周期改變及脫氧核糖核酸(DNA)損傷這四大類。本文將以這四種機制為分類基礎(chǔ)，綜述近年來發(fā)現(xiàn)的藥物對細胞衰老的影響，旨在為研究延緩細胞衰老提供臨床支持與理論依據(jù)。

1 氧化應(yīng)激

活性氧(ROS)泛指氧來源的自由基和非自由基，當(dāng)它在體內(nèi)大量聚積時，會激發(fā)氧化應(yīng)激狀態(tài)，使體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)失衡，繼而誘導(dǎo)細胞功能喪失、衰老及調(diào)亡。ROS的主要來源之一是線粒體內(nèi)膜的呼吸鏈底物端，通過攻擊DNA，導(dǎo)致DNA鏈斷裂，這種氧化性DNA損傷會導(dǎo)致基因組異?！?〕。通過阻滯氧化應(yīng)激相關(guān)分子信號或通路，減少ROS的產(chǎn)生，從而降低氧化應(yīng)激水平以達到延緩細胞衰老目的是目前研究最多的一類機制。

人參皂苷Rb1的抗衰老作用與其調(diào)節(jié)eNOS/NO系統(tǒng)密切相關(guān)，其通過降低eNOS乙?；?，促進NO的產(chǎn)生，降低細胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平從而發(fā)揮抗衰老作用〔3〕。阿司匹林作為常用的非甾體類抗炎藥，不僅可以抑制氧化劑產(chǎn)生，還能調(diào)節(jié)與eNOS活性密切相關(guān)的Caveolin-1蛋白的表達，上調(diào)細胞內(nèi)NO的水平，進一步發(fā)揮抗氧化損傷、抗細胞衰老的作用〔4〕。此外，外源性硫化氫也被證實能夠通過正向調(diào)節(jié)Sirt1 /eNOS /NO軸上調(diào)細胞內(nèi)NO的水平從而抵抗高糖誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細胞衰老〔5〕。

1.2Kelch 樣ECH 關(guān)聯(lián)蛋白(Keap)1-核因子E2相關(guān)因子(Nrf)2信號通路 Keap1-Nrf2信號通路是細胞內(nèi)調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)的重要途徑。Nrf2屬于亮氨酸調(diào)節(jié)蛋白家族成員之一，是機體調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激反應(yīng)的重要的轉(zhuǎn)錄因子，Keap1是Nrf2的特異性受體。在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，Keap1與Nrf2解離被激活，啟動抗氧化反應(yīng)元件(ARE)，調(diào)控Ⅱ相解毒酶基因及抗氧化酶基因等的表達，增加細胞對于氧化應(yīng)激與親電性生物大分子等物質(zhì)的抗性〔6〕。

許碧琪等〔7〕研究發(fā)現(xiàn)杜仲黃酮對糖尿病腎病小鼠具有降低空腹血糖和改善腎功能作用，作用機制可能與調(diào)節(jié)Nrf2/血紅素加氧酶(HO)-1信號通路，進而改善腎臟組織氧化應(yīng)激狀態(tài)有關(guān)。郭長春〔8〕則發(fā)現(xiàn)經(jīng)過蛹蟲草蛋白干預(yù)后的小鼠腦組織中Nrf2的mRNA表達得到明顯提升，提示蛹蟲草蛋白可激活抗氧化相關(guān)信號通路Nrf2-ARE關(guān)鍵基因的表達來干預(yù)細胞衰老。Chen等〔9〕發(fā)現(xiàn)1，25-二羥維生素D3能夠上調(diào)Nrf2轉(zhuǎn)錄，使p53、p16衰老信號失活從而發(fā)揮抗衰老作用。

1.3內(nèi)源性抗氧化劑 內(nèi)源性抗氧化劑是指人體自己可以產(chǎn)生的抗氧化劑，生理情況下，氧化應(yīng)激產(chǎn)生的氧自由基(OFR)可通過體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)及時清除，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)及谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)可清除OFR，SOD還可以直接清除超氧陰離子自由基，起到抗氧化作用〔10〕。內(nèi)源性抗氧化劑與飲食中的外源性抗氧化劑協(xié)同作用，降低ROS水平以減輕氧化應(yīng)激給細胞帶來的損傷。研究發(fā)現(xiàn)，枸杞多糖抗衰老的重要途徑之一是提高血液中SOD的含量以此實現(xiàn)延緩衰老的作用〔11〕。碧蘿芷和石榴籽油也具有很強的抗氧化活性，不僅能清除自由基，還能增強內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)功能，從而發(fā)揮抑制細胞衰老的作用〔12，13〕。由此看來保護內(nèi)源性抗氧化劑免受氧化損傷也是藥物抗氧化應(yīng)激的有效途徑。

綜上，氧化應(yīng)激在細胞衰老乃至機體衰老的過程中都扮演著很重要的角色，但氧化應(yīng)激的過程復(fù)雜而多變，是由多個信號通路組成的網(wǎng)狀交互過程，因此，闡明藥物抗氧化應(yīng)激的機制，對于低氧環(huán)境下延緩細胞衰老具有十分重要的意義。

2 細胞自噬

細胞自噬是細胞內(nèi)受損物質(zhì)的清除機制之一，參與衰老及與衰老相關(guān)的各種生理病理過程。眾多研究表明，通過激活細胞自噬，減少病理蛋白的表達，可以有效抑制細胞凋亡，從而延緩衰老。

招標(biāo)需求設(shè)置上，主動明確招標(biāo)需求應(yīng)包含的服務(wù)、商務(wù)要求等關(guān)鍵要素，“一舉打破了以往招標(biāo)由對方提供服務(wù)參數(shù)的局面?！?/p>

Unc-51樣激酶(ULK)1是啟動自噬的關(guān)鍵蛋白，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物(mTORC)1可通過磷酸化ULK1抑制其活化，從而抑制細胞自噬。因此mTORC1的活性對于自噬的發(fā)生與否有重要的調(diào)控作用。

2.1SIRT1通路 SIRT1通路是調(diào)節(jié)自噬的重要信號通路之一。SIRT1通路的激活能促進mTORC1 的兩種主要調(diào)控蛋白形成復(fù)合物，使小分子鳥苷三磷酸酶Rheb由活化轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔罨问剑ヅc哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的結(jié)合力，進而抑制mTORC1的活性，正向調(diào)節(jié)自噬的發(fā)生。

Wang等〔14〕發(fā)現(xiàn)，甲狀旁腺激素可使地塞米松處理的髓核細胞自噬相關(guān)蛋白-微管相關(guān)蛋白1輕鏈(LC)3和BECLIN-1表達增加，抑制mTOR表達，誘導(dǎo)自噬以保護髓核細胞。除了甲狀旁腺激素外，Shi等〔15〕研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rg1也可通過SIRT1/BECLIN-1/自噬軸發(fā)揮抗內(nèi)皮細胞衰老的作用。另外，據(jù)Liu等〔16〕報道，槲皮素可通過SIRT1/PINK1/自噬軸延緩腎小管上皮細胞的衰老。

2.2AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)通路 AMPK激活是細胞自噬的一個重要途徑。近年來，AMPK被證實不僅可以通過抑制mTORC1通路激活自噬，還可以直接磷酸化多個自噬相關(guān)蛋白因子，包括ULK1、BECLIN-1等，以此來促進細胞自噬〔17〕。

胡艷紅等〔18〕發(fā)現(xiàn)，人參-三七-川芎提取物可通過上調(diào)肝激酶(LK)B1和AMPK表達，降低mTOR表達，從而增強細胞自噬活性，以延緩細胞衰老。Liu等〔19〕的研究則表明蟲草菌絲可通過調(diào)節(jié)LC3、AMPK、ULK1蛋白的表達水平，抑制AMPK/ULK1信號通路激活來干預(yù)衰老過程。另有研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍也可通過影響AMPK/SIRT1-FoxO1途徑增強自噬，緩解糖尿病大鼠糖脂代謝紊亂、腎功能損傷〔20〕。

2.3p53/p21信號通路 P53蛋白對細胞自噬有雙重調(diào)節(jié)功能，細胞核中的p53可上調(diào)細胞自噬水平，而細胞質(zhì)中的p53則會下調(diào)細胞自噬水平。p53主要通過激活mTOR上游調(diào)節(jié)因子從而上調(diào)細胞自噬水平，其上游調(diào)節(jié)因子主要包括損傷調(diào)節(jié)自噬調(diào)節(jié)因子、AMPK等〔21〕。P21蛋白則是通過上調(diào)LC3和ULK1促進細胞自噬。

周勇等〔22〕研究發(fā)現(xiàn)，淫羊藿苷可通過抑制衰老信號通路p53/p21激活自噬相關(guān)蛋白延緩腦衰老；而人參皂苷Rg1則通過下調(diào)p19/p53/p21信號通路來保護細胞〔23〕。據(jù)Sun等〔24〕報道，五味子木脂素可通過下調(diào)p19、p53和p21信號通路從而影響細胞自噬。Song等〔25〕則發(fā)現(xiàn)，17β-雌二醇能夠通過激活p53及其下游效應(yīng)子(p53上調(diào)的凋亡調(diào)節(jié)劑)從而誘導(dǎo)自噬。由此可見，上述藥物可以通過影響SIRT1、AMPK及p53/p21等多種信號通路以最終調(diào)節(jié)mTOR1通路，誘導(dǎo)細胞自噬，延緩衰老。細胞自噬是細胞衰老過程中重要的一個環(huán)節(jié)，細胞通過自噬可以及時清除胞內(nèi)廢物，維護細胞功能，延長細胞壽命，因此通過干預(yù)細胞自噬來延緩衰老是藥物干預(yù)細胞衰老的有效途徑之一。

3 細胞周期改變

細胞周期是指細胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過程，分為間期與分裂期兩個階段。衰老的特征之一就是細胞周期的阻滯，短期的生長阻滯是機體限制損傷、修復(fù)損傷的一種保護機制，但如果損傷強度過大、持續(xù)時間過長，就會導(dǎo)致組織的再生和更新能力下降。因此，降低細胞內(nèi)與生長阻滯相關(guān)的分子或抑制參與生長阻滯的相關(guān)通路是抗衰老的重要途徑之一。

3.1p53/p21信號通路 p53/p21信號通路是目前研究最多的對細胞周期具有調(diào)控作用的經(jīng)典信號通路之一，也是與細胞衰老相關(guān)的各調(diào)節(jié)途徑潛在交互作用的重要節(jié)點，其本身受到Nrf2、Sirt1等多種信號分子的調(diào)控。p53在調(diào)節(jié)細胞生長、DNA修復(fù)和細胞凋亡中起重要作用，p21是p53的下游靶基因，為細胞周期抑制因子，p21的表達可以阻斷多種細胞周期蛋白復(fù)合物的活性，導(dǎo)致細胞周期停滯在G1/S期，最終引發(fā)細胞衰老〔26〕。

郭長春〔8〕發(fā)現(xiàn)蛹蟲草蛋白能夠顯著降低衰老的小鼠胚胎成纖維細胞中p53和p21的表達，緩解細胞周期停滯和細胞凋亡。Ma等〔27〕在研究中發(fā)現(xiàn)活性維生素D能夠阻斷p53/p21信號通路，抑制細胞衰老，從而調(diào)節(jié)非酒精性脂肪肝疾病的進程。雌激素可通過調(diào)節(jié)SIRT1/p53/p21通路實現(xiàn)抗血管平滑肌細胞衰老的作用，也可通過直接下調(diào)p53表達、上調(diào)細胞周期蛋白(cyclin)D1表達，調(diào)控表皮成纖維細胞的細胞周期，有效緩解細胞衰老〔28，29〕。

3.2p16Ink4a/Rb信號通路 p16Ink4a/Rb信號通路與p53/p21信號通路類似，是另一個調(diào)控細胞周期的經(jīng)典通路。p16與p53同屬于細胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)抑制因子，為CDK抑制因子INK4家族成員之一，直接參與細胞周期的調(diào)控。P16蛋白可通過抑制CDK4/6與cyclinD結(jié)合構(gòu)成的復(fù)合物對Rb蛋白的磷酸化，從而抑制轉(zhuǎn)錄因子E2Fs的活性，阻斷DNA復(fù)制，致使細胞周期阻滯在G1期從而導(dǎo)致細胞衰老〔30〕。

Zainuddin等〔31〕研究發(fā)現(xiàn)，棕櫚γ-生育三烯酚能夠通過抑制p16 INK4a過表達、下調(diào)次磷酸化的pRb和cyclinD1的表達來調(diào)節(jié)細胞周期從而延遲人二倍體成纖維細胞的衰老。根據(jù)Shao等〔32〕的研究，PrxⅡ能夠抑制軟骨細胞的p16信號通路，降低軟骨細胞的氧化應(yīng)激水平，從而延緩軟骨細胞衰老、抑制骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展。彭慧茹等〔33〕發(fā)現(xiàn)睪酮可能通過芳香化轉(zhuǎn)化為雌二醇，作用于雌激素受體，通過減少細胞內(nèi)去磷酸化Rb蛋白表達來干預(yù)細胞衰老。鄢夢竹等〔34〕則報道人參皂苷Rg3能抑制D-半乳糖誘導(dǎo)的血管平滑肌細胞衰老，其作用機制可能是通過抑制細胞生長周期p16INK4a/Rb、p53/p21Cipl/wafl信號通路來實現(xiàn)。劉敏等〔35〕研究發(fā)現(xiàn)，L-茶氨酸能通過抑制p53和p16表達并提高Rb的磷酸化水平來顯著抑制衰老的人臍靜脈內(nèi)皮細胞和心肌細胞凋亡。

綜上，相關(guān)藥物主要通過調(diào)控細胞周期相關(guān)基因和蛋白的表達，干預(yù)p53/p21、p16Ink4a/Rb等信號通路，以此來逆轉(zhuǎn)外源性或者內(nèi)源性因素所導(dǎo)致的細胞生長周期阻滯，發(fā)揮抗衰老的作用。此外，人參皂苷Rg3、L-茶氨酸等部分藥物甚至可同時作用于p53/p21通路和p16Ink4a/Rb通路，這再次提示了藥物延緩細胞衰老的潛在途徑是相互交錯的。

4 DNA損傷反應(yīng)

DNA在代謝過程中會自發(fā)產(chǎn)生或由環(huán)境因素引起脫氧核苷酸的錯配及DNA堿基的相互轉(zhuǎn)化或氧化損傷過程，該過程還可能導(dǎo)致DNA斷裂，嚴(yán)重者可引起細胞凋亡〔36〕。DNA損傷反應(yīng)(DDR)的本質(zhì)是一種細胞應(yīng)激反應(yīng)，包括DNA損傷監(jiān)控和DNA修復(fù)，可有效保障細胞在損傷反應(yīng)中的生存。除了DDR機制，染色體末端的端粒保護機制也是維護DNA完整性從而延緩細胞衰老的重要細胞生物學(xué)機制，因其影響通路和DDR機制具有重合性，故筆者將其歸納于DDR機制中進行論述。

4.1ATM/ATR/DNA-PKc通路 哺乳動物DDR的激活蛋白是三種磷酸肌醇3激酶相關(guān)蛋白激酶-共濟失調(diào)毛細血管擴張突變(ATM)、共濟失調(diào)毛細血管擴張和Rad3相關(guān)(ATR)、DNA依賴性蛋白激酶催化亞基(DNA-PKcs)具有相似的結(jié)構(gòu)，是DDR過程中的感受子。ATM和DNA-PKc主要被DNA 雙鏈斷裂激活，而ATR可被DNA 單鏈斷裂激活，當(dāng)檢測到DNA損傷時，激活的ATM、ATR和DNA-PKc磷酸化并穩(wěn)定腫瘤抑制因子p53以阻止細胞周期的進展和受損細胞的緩慢增殖，同時ATR和ATM也磷酸化細胞周期監(jiān)控激酶Chk1和Chk2〔37〕；隨后一系列涉及細胞周期、DNA修復(fù)和基因組轉(zhuǎn)錄活性調(diào)控的下游效應(yīng)蛋白被激活，當(dāng)DNA輕度損傷時，這一系列過程可以將基因毒性損傷降到最低以保護DNA完整性，在一定程度上延緩了細胞的衰老。

基于ATM/ATR/DNA-PKc通路延緩細胞衰老的單味藥物或復(fù)方藥劑有淫羊藿苷、黃精、香蘭素衍生物、一貫煎等。淫羊藿苷可通過改變ATM/ATR活化相關(guān)蛋白γH2AX和53BP1的表達水平以保護D-半乳糖誘導(dǎo)的卵巢早衰細胞〔38〕。研究表明黃精也可通過影響ATM/ATR通路來調(diào)節(jié)內(nèi)皮祖細胞(EPCs)的細胞周期，干預(yù)EPCs的老化進程〔39〕。香蘭素衍生物VND3207則通過調(diào)節(jié)DNA-PKcs途徑促進放射性損傷后腸道細胞的修復(fù)以防止其凋亡〔40〕。除了單味藥物，復(fù)方藥劑也是研究的方向之一，最新研究表明一貫煎可能通過抑制ATM/CHK2/Cdc25A/Cdc25C通路影響細胞周期進而修復(fù)L02細胞DNA氧化損傷〔41〕。

4.2端粒保護 在細胞分裂中，每一細胞周期后端粒長度均不同程度縮短，而端粒的縮短會影響染色體的穩(wěn)定性，這是細胞衰老的重要原因。而端粒酶可使端粒延長，維持基因組穩(wěn)定性。相關(guān)研究表明〔42〕，端粒DNA縮短或功能喪失可以激活A(yù)TM信號途徑，說明在正常細胞中，由端粒DNA縮短引發(fā)的細胞復(fù)制性衰老實質(zhì)上也是DDR機制應(yīng)對DNA損傷的一種方式。

有學(xué)者通過實驗發(fā)現(xiàn)芡實超微粉、Klotho蛋白等均可能通過對端粒酶的保護作用，降低細胞分裂時染色體的損傷，從而起到延長細胞壽命、延緩機體衰老的功效〔43，44〕。此外，Yu等〔45〕報道，由人參、何首烏、杏仁等中藥組成的天升元口服液-1可以增強正常外周血單核細胞和CD34+造血干細胞端粒酶的活性，該過程與其拮抗細胞衰老作用密切相關(guān)。

4.3Wnt/β-catenin通路 Wnt/β-catenin信號通路是Wnt信號通路中的經(jīng)典通路，參與細胞的增殖、凋亡等生命過程。由于Wnt/β-catenin信號途徑是腫瘤抑制因子p53的一個主要靶點，因此該信號通路與DNA損傷反應(yīng)存在聯(lián)系。有研究表明〔46〕，激活Wnt/β-catenin信號通路可以促進DNA損傷，在一定程度上可調(diào)控細胞衰老。

人參具有大補元氣、延年益壽的功效，在臨床上有著廣泛的應(yīng)用。研究表明〔47〕，人參的有效成分——人參皂苷Rg1在體內(nèi)外均可通過調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路下調(diào)DNA損傷反應(yīng)從而延緩不同來源的間充質(zhì)干細胞衰老。

基因組的穩(wěn)定性是細胞保持活力、發(fā)揮正常功能的基礎(chǔ)，基于DDR機制延緩細胞衰老的藥物可通過影響涉及細胞周期、DNA修復(fù)和基因組轉(zhuǎn)錄活性調(diào)控的效應(yīng)蛋白而發(fā)揮著抗衰老作用，因此，保障DDR機制(包括端粒保護機制)的有效運行以維持DNA穩(wěn)定是延緩細胞衰老的又一途徑。

綜上，隨著老齡化社會的到來，人們對于自身健康及延緩個體衰老越來越關(guān)注，而細胞衰老的積累便是個體的衰老，因此與細胞衰老相關(guān)的研究逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點。目前，人們已經(jīng)在細胞衰老機制的研究和藥物防治方面取得了一定的成果，也已證實細胞衰老是由氧化應(yīng)激、細胞自噬、細胞周期改變、DNA損傷等多種機制和途徑交錯影響后累積的結(jié)果，但細胞衰老的過程復(fù)雜而多變，尚有其他影響細胞衰老的機制未被完全闡明，所以如何延緩細胞衰老需綜合多方面影響來進行全面分析。

目前研究發(fā)現(xiàn)的或臨床已經(jīng)在應(yīng)用的與細胞衰老相關(guān)的藥物大多是以延緩細胞衰老為目的，本文列舉的許多藥物都是目前臨床常用的抗衰老或防治衰老相關(guān)疾病的藥物，這些藥物通過不同的機制發(fā)揮著延緩細胞衰老的作用，這其中既有常用的西藥成分如激素、肽類物質(zhì)等，也有許多常用的中藥單體或者復(fù)方，這說明中藥對細胞衰老的影響效果不亞于西藥成分，且中藥大多為天然產(chǎn)物，資源較豐富，毒副作用較小，是較為安全合適的抗衰老藥物，因此，在衰老相關(guān)疾病的臨床治療時可適當(dāng)擴大中藥的應(yīng)用范圍。

目前人們對延緩細胞衰老的藥物研究不斷成熟，但也存在一些問題尚未被解決：是否有藥物通過未知的衰老相關(guān)分子機制影響細胞衰老？某些藥物影響細胞衰老時涉及多種信號通路，各信號通路之間是如何相互作用的？能否從細胞學(xué)乃至分子學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一各種衰老相關(guān)機制的理論？這是抗衰老研究領(lǐng)域亟待解決的問題，也是其今后的發(fā)展方向之一。相信隨著細胞衰老藥物研究的不斷深入，這些問題會獲得更加精確的回答。