根据衰老机制的复杂性探讨衰老干预的新进展

马永兴 保志军 竺 越 阮清伟

(复旦大学附属华东医院上海市老年医学研究所，上海 200040)

近Baker〔1〕报道衰老是造成人体许多慢性病的主因，其机制尚不够明确。细胞衰老机制能够抑制受损细胞的增殖，但随着年龄的增长，衰老的细胞积聚于各种组织和器官中，它们所分泌的物质可能会破坏组织结构和功能。Fred报道〔2〕衰老与增龄相关的老年慢性病实际上均属于衰老综合征的范畴，包括脑退行性性变、心血管疾病等。所以研究衰老机制不但有助于抗衰老及保健的研究与实践，而且对防治与增龄相关的老年病有重大意义〔3〕。本文将探讨衰老机制的多因性、综合性及复杂性(complexity)及其相应的干预理念。

1 衰老系复杂性疾病〔4～12〕

1.1衰老是复杂过程 Berdasco报道〔4〕衰老是个复杂过程，导致机体的复杂的生物学功能改变及增加疾病易感性及死亡。虽然衰老的分子学基础已经有大量研究，但并无公认的理论充分阐明衰老的主要机制步骤。表观遗传学因素包括DNA的甲基化，组蛋白(Histone)的修饰及微小RNA(micro RNAs)的表达，可能在衰老中调控基因表达的改变及基因组不稳定性方面有重要作用。miRNAs来源于RNA转录本，是一类内源性的22个左右核苷酸非蛋白编码单链短序列RNA分子，调控靶标mRNA，通过直接或间接调节P53-P21及/或P16-pRb线路，改变、调控基因表达、调控细胞衰老，进而调节衰老步骤及寿限〔6,7〕。现关于衰老的表观遗传学机制的研究是一热点课题，与衰老的多因性、综合性及复杂性密切相关。基因-环境相互作用调节衰老〔5〕，用系统复杂性的理论探讨衰老机制的多因性与综合性及其通过系统复杂性而互为关联、相互影响等问题，不但有助于阐明衰老的机制及诸多因子相互影响相互作用，亦有助于说明抗衰老必须采取综合措施的重要性。经验及理论均清楚地显示衰老机制多种而复杂。但一个基因突变及简单干预，如限制饮食就会对衰老基因型产生广泛的效应。一个重大的挑战是用综合性模型系统将分子性成分的高度还原论分析结合起来，以便“将他们统起来”。这就发展出两个课题，第一是生化模型将被描述为细胞衰老的网络概念，如何被用来综合多种生化机制，以促成细胞的不稳定性；其次，除多种基因与环境外，应探明内源发育机率导致衰老基因型差异的作用。

1.2衰老是复杂生物学问题 Kirkwood等〔13,14〕又提出衰老的复杂生物学问题，并再次将其中的简单与复杂性的关系一同加以考虑，而进行系统性的研究。强调衰老发病机制多因性、综合性及复杂性，其目的在于了解必须从整体及全面角度对衰老进行研究及干预，如此方可避免以偏代全、事倍功半，而达到有针对性、有重点地并采取综合措施干预及防治，以收事半功倍之效。这一新的理念有助于我们对衰老的干预，不但有重大理论意义，且有决定性的实践意义。本文用系统复杂性探讨衰老机制及相应的干预措施的理念，尚未见于国内文献的论述。他提出我们对衰老过程的理解已经到达一个关节点，能够可以相对简单地认为，分子及细胞学损伤最终导致衰弱及疾病，但须做大量复杂生物学的研究，以便确切理解何种因素促使我们衰老、增加寿限、如何能够达到“健康老龄化”(health ageing)。因而再次提出了解衰老生物学中所涉及的、必须综合联系考虑衰老机制中“简单与复杂”之间的关系(Bridging the simple and the complex)。系统生物学可从四个方面观察，①研究领域；②多方面的方法学；③综合性探索；④应视衰老系有机组合的现象，提出必须组合有多方面背景的科学家、特别是生物学、机械学及数字科学等专家，将之组为亲密的工作团队，进行共同研究。对于损伤导致衰老问题，提出DNA的损伤(基因组的不稳定性：体细胞突变，复制错误、不完全修复；端粒缩短；染色体重组；线粒体-DNA突变；病毒导致基因断裂、转座子；异常外成性修饰等)、RNA的损伤(转录错误、异常拼接)、蛋白质的损伤(折叠错误、翻译后异常修饰、异常聚集、蛋白质更新障碍的错误)及细胞膜的损伤(氧化)等，每一种损伤中又有多种的具体机制。衰老与整体衰弱及多种疾病发病有关，如氧化应激对衰老、机体整体衰弱及与多种疾病的发病机制均有关。

2 给予衰老机制的复杂性探讨衰老干预

鉴于衰老、长寿机制是多因性、综合性的，所以抗衰老或延缓衰老、延长寿限必须采取相应的多种综合措施。我们必须了解，抗衰老延长寿命是延寿而无衰老表现一门新的革命性的科学(The life extension Revolution:the new science of growing older without ageing)。作好保健及抗衰老的工作，达到延寿而无衰老表现。

2.1基因-环境相互作用调节衰老〔7〕衰老是21世纪最大生物医学挑战，与增龄相关的疾病如心脏病、癌肿及神经退化性疾病，在未来10年中，将会继续增长，动物模型研究显示，衰老是一个高度可塑性过程，可受基因及环境因子调节，动物实验发现限食可延缓衰老而不造成营养不良，显示通过不同途径、数百个基因与限制能量供应与衰老的调节的关系。其中某些基因如IGF1R 、FOXO3在与人类基因相关的研究中发现与人的寿限有关。以上研究提示了解环境如何调节与衰老相关的基因，可能通过饮食、生活方式或药物干预，而达到人体的应用及疾病的防治，解开人类对抗衰老的能力将导致前所未有的保健效益。

基于衰老机制系多因性、综合性及复杂性，且有关因素可相互影响，互为因果。干预衰老或抗衰老必须采取综合措施，包括合理营养(必要时饮食限制)、体育锻炼(包括太极拳与气功)、心理卫生及戒烟、酒等健康四大基石，定期检查、诊治疾病等。在注意上述原则基础上，按体检情况及医师建议，选用某些上述疗法，特别是抗氧化剂、免疫增强剂、改善微循环制剂及正确掌握某些内分泌制剂可能有所补益，但必须正确应用，取利避(防)害。药物干预衰老可有一定作用。

2.2干预衰老、抗衰老研究须结合非药物及药物干预(包括中、西药物)，基于炎性衰老的概念而提出的抗炎性衰老的设想，并强调防治炎性衰老的重要性〔15,16〕。Capri等〔17〕进一步提出在人类中抗免疫衰老(anti-immunosenescence)的复杂性战略，强调“返老还童”(rejuvenation)的复杂性探索，特别注意抑制“衰老微环境”(old microenvironment)的作用。Cutler指出衰老程序基于遗传及环境因素通过进化而保留下来，基本的衰老机制导致细胞及器官的进行性缺损，最后导致疾病以至于死亡(包括患癌肿、心血管疾病、神经变性等疾患)。衰老及衰老相关性疾病与细胞分子主要成分的氧应激损伤有关，但基于目标疾病-特殊性进程而研究开发的治疗性干预，并未对健康寿命(health span)产生重大影响。一个更重视基于整个生命过程中衰老机制的靶点，使老年人更具生产能力前景的探索研究，从而达到延长健康寿限，才是我们抗衰老的终极奋斗目标。限制能量摄入及有规律的运动可能是未来的主要探索方向。

用基因疗法及激素疗法延缓衰老是国际老年学研究的热点，基因工程疗法及激素疗法抗衰老将可能取得进展。诱导性多功能干细胞及再生医学的研究进展，将为干细胞用于增龄性疾患的干预、防治及抗衰老开辟新的乐观远景。再生医学作为高科技为延缓衰老提供了新的可能性。

因科学发展，重视保健，将使未来人类寿命大幅度延长，甚至极可能接近、达到人类寿命应有的水平百岁左右。必须再次指出，作好精神心理卫生、坚持体育锻炼、做到合理营养、适当限制饮食、戒烟、酒、定期体验、诊治疾病，这些重要原则是多年来国内外研究保健、防病(disease prevention and health promotion)、延缓或阻止伴随衰老的不良状态(retard or arrest the debilitating conditions associated with aging)及保健延长寿命(health-and longevity-promoting)及抗衰老、延长寿命的重中之重。至今尚无长生不老药及万灵滋补药可以代替上述保健延长寿命措施。只有在充分注意这些原则的基础上，按体验情况及医师建议选用某些抗衰老、延长寿命措施及制剂，才可能正确应用，趋利避害，有所补益。

3 其他抗衰老研究新进展

3.1清除衰老细胞能减衰老相关疾病的进程 细胞衰老机制能够抑制受损细胞的增殖，但随着年龄的增长，Baker〔1〕报道增龄性衰老的细胞积聚于各种组织和器官中，它们所分泌的物质可能会破坏组织结构和功能。研究结果显示衰老细胞是引起衰老相关机体失调的因素之一，清除这些衰老细胞有助于延缓组织病变的发生。研究人员利用p16INK4a对衰老细胞进行了标记，并通过转基因建立了含有INK-ATTAC细胞系的BubR1小鼠模型。BubR1小鼠能在一些衰老相关性疾病的发病组织内积聚p16INK4a阳性的衰老细胞，而INK-ATTAC能协助药物准确鉴定p16INK4a阳性的衰老细胞并有效清除。在体外实验中，研究人员证实INK-ATTAC细胞在受到药物AP20187刺激后即开始凋亡，反之，对照细胞的生长未受到影响。研究人员随后检测发现，在BubR1早衰小鼠模型的脂肪、骨骼肌和眼部组织内，终身移除表达p16INK4a的细胞能够延缓一些伴随着衰老而出现的病变的发生。若在小鼠生命晚期移除这类细胞则能缓解那些因衰老而出现的病变症状。结果证实，衰老细胞是引起衰老相关性疾病的因素之一。清除这些衰老细胞有助于延缓组织病变的发生，延长机体健康周期。此外，研究还建立了一种能有效清除衰老细胞的转基因模型，为之后衰老相关性疾病的研究提供了有力的帮助。

3.2发现节食影响寿命的生物信号〔19〕动物实验发现限食可延缓衰老而不造成营养不良〔4〕。美国巴克衰老研究所(Buck Institute for Research on Aging,)等单位研究人员发现了一个调控营养吸收和能量平衡的生物信号——一类来自脂质的信号作用分子N-酰基乙醇胺(NAEs)，这个信号可影响线虫寿命的长短。研究发现，当线虫处于节食状态时，体内NAEs就开始减少，如果NAEs缺失，就能使线虫寿命延长。若直接给予线虫NAEs就可以终止这种由节食引起的线虫寿命的延长。研究表明，NAEs的丰度因节食而在线虫中降低，而仅仅NAE的缺乏就足以延长寿命。该研究为抗衰老药物的研究提供了新的方向。

3.3抗衰老必须关注缓解压力与应激反应

3.3.1长期压力可导致DNA损伤〔20〕许多研究显示长期压力会引起染色体损伤。美国Makoto Hara研究结果表明，压力导致DNA损伤。长期的压力会导致体内p53(抑癌基因，起阻止基因组发生异常的作用)表达水平降低，从而诱导DNA损伤。在该研究中，小鼠被注入一种肾上腺素类似化合物，模拟慢性压力情况。研究显示，肾上腺素类似化合物结合β2-肾上腺素能受体后激活(β-arrestin-1)，由此产生一系列反应，最终影响p53的正常表达，诱导DNA损伤。小鼠在注射该化合物4周后，体内p53表达水平显著降低。同时还发现，在缺乏β-阻滞蛋白1的情况下，小鼠DNA不会受损。因为β-阻滞蛋白1表达缺失可有效稳定胸腺细胞内的p53表达水平(胸腺和急性、慢性压力反应相关)。

3.3.2应激反应加速大脑退化〔21〕费城宾夕法尼亚大学的Trojanowski报道长期的应激反应可导致大脑中受损蛋白的增加，加速AD神经退行性变进展。曾研究了和人AD相似的在大脑中β-淀粉样蛋白或tau蛋白不断积累的小鼠模型，通过隔离和定期将它们置于管子里造成小鼠的应激反应。并与未发生应激反应的小鼠对比，发现发生应激反应的小鼠大脑中β-淀粉样蛋白或tau蛋白表达量增多，记忆力减退，脑组织损伤更多。进而阻断调节应激反应的大脑蛋白分子，发现小鼠中应激反应不再加快疾病进程，阻断该信号通路可防AD的神经退行性变。

3.4沉默信息调节子T1(SIRT1)去乙酰化酶是否为长寿因子存在极大的争议〔22〕Harvard大学医学院遗传学教授David Sinclair对调节SIRT1去乙酰化酶的机制及药物进行了10余年系列研究，发现不同合成激活物调节SIRT1的共同的变构机制〔23〕。针对SIRT1去乙酰化酶产生的合成激活物预防肿瘤，2型糖尿病和AD等老年病〔24〕。Sinclair从4 000种激活物中选择活性最高的三种进行人体试验，以确定它们治疗，诸如2型糖尿病通过SIRT1酶的激活调控的药物，治疗2型糖尿病、炎症性肠病等特定病症的效果，Sinclair教授希望能够验证这种药物拥有双重作用，在治疗的同时起到预防的作用，或可能防治癌症和阿尔茨海默病的发生〔24〕。该酶在热卡的控制和运动时可自然产生，但其水平可因某些激活物如红酒中的白藜芦醇而增加〔25〕。在细胞水平能控制DNA修复，凋亡，生物钟，胰岛素分泌，炎症通路和线粒体生物合成〔26～29〕。在对基因条件敲除小鼠研究后，该团队2011年发现，SIRT1所产生的益处与健康饮食及其运动而发生的益处相类似，不过，体重不受影响。SIRT1能使超重小鼠与苗条的小鼠赛跑时速度可快1倍，出生时开始低剂量SIRT1使超重的小鼠平均寿命延长4%，最大寿命延长3%；高剂量延长平均寿命18%，最大寿命5%。出生56周开始干预，低剂量SIRT1使超重的小鼠平均寿命延长11%，高剂量延长平均寿限44%。从饮食期开始干预，低剂量延长最大寿命延长6%；高剂量延长最大寿命9%，并减少老年相关疾病。其首先面世的该类药物是针对糖尿病的药物，预计5年内推出，如能在众多人中使用这类药物，便可评估其他益处，他们将追踪1万人用该药物，以观察他们可否因此而更加健康，寿命更长。该团队还预测，他将可以推迟疾病的开始时间，不会有那么多人在50-60岁就患上慢性病。人们有望在年逾百岁时仍健康硬朗〔23,30,31〕。

Jiang等〔32〕近报道SIRT6 通过水解长-链脂性酰基赖氨酸，调节TNF-α分泌，有助于机体抗炎效应而达到抗衰老作用。

密西根大学Nicklett报道研究发现,对713名70～79岁妇女统计结果显示,结合运动和健康饮食可能增加寿命。有较勤运动的妇女相对没有运动的妇女，相对死亡率降低74%，多吃蔬菜及水果的妇女比较少吃蔬菜及水果的妇女，相对死亡率可能减少46%。同时发现摄取蔬菜及运动妇女在未来的5年里，可减少50%～70%的死亡率〔33〕。

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