衰老机制及抗衰老治疗的研究进展

孙晓康，张艳艳，张晓元，刘英梅，张秀华，孙新晓，陈 勉，刘 飞*

（1.山东省药学科学院，山东 济南 250101；2.北京化工大学，北京 100029）

衰老是机体各组织器官随着年龄的增长，在体内外遗传、精神紧张、环境污染等多种因素的影响下，导致结构和功能逐步发生不可逆的退行性变化。衰老可分为生理性衰老和病理性衰老，前者指机体功能和代谢随时间推移发生自然衰老的状态，如蛋白退化、组织萎缩、代谢率降低和钙代谢异常等；后者指由于各种疾病引起的衰老状态。伴随年龄的推移，衰老引起的疾病如阿尔茨海默病、帕金森病、心脑血管疾病和癌症等在全球范围内呈指数级增长[1]。

现代医学和社会科技的不断发展，人类平均寿命得到大幅度地提高。中国第七次全国人口普查数据显示，2010年～2020年，65岁及以上人口上升了4.63个百分点，人口老龄化程度进一步加深，预测到2050年老年人口将达5亿。2016年发布《“健康中国2030”规划纲要》，到2030年，人均预期寿命将达到79岁，人民健康水平显著提高。老年人口基数和比重的不断提高，不仅加重了经济社会负担和劳动年龄人口的负担，而且给医疗卫生事业和社会养老服务业带来极大挑战。因此，开展人类衰老机制及开发抗衰老药物研究，延缓人类衰老速度，增加老年人健康寿命，具有重要的社会意义。

1 衰老机制

衰老由多种复杂因素共同作用形成的，且不同机体存在差异性。目前，尚无法用一种理论解释所有的衰老现象。中医和现代医学关于衰老机制存在多种不同的假说，为抗衰老药物的开发奠定了理论基础。

1.1 中医学说

衰老在中医学上有五脏虚弱衰老说、肾虚衰老说、脾胃虚弱衰老说、阴阳失调衰老说、肝郁衰老说和痰浊血瘀衰老说等不同学说[2]。其中肾虚衰老说被广为接受，肾在中医脏腑学说中有着“生命之根”的重要地位，肾精维持人体的生理功能，使其保持动态平衡，从而进行正常活动。当肾气衰竭，五脏之气缺乏来源，各种衰老病症将逐渐显现。

1.2 现代医学学说

现代医学关于衰老机制也有多种学说[3-5]，如自由基学说、线粒体DNA损伤学说、遗传程序学说、端粒学说、交联学说、生物膜损伤学说、染色体突变学说、差错学说、细胞凋亡学说和废物累积学说等。其中自由基学说、线粒体DNA损伤学说、遗传程序学说和端粒学说最具代表性。

1.2.1 自由基学说 该理论认为机体既可产生自由基又携带自由基清除系统[如超氧化物歧化酶（SOD）等]，以此维持机体的正常活动。伴随年龄增长，两者难以维持平衡，导致自由基过剩。过量的自由基引发脂质过氧化，严重地损伤细胞，形成脂质白由基并产生过氧化脂质（LPO），进一步损伤生物大分子而导致衰老、死亡。过量自由基或清除能力下降可引发衰老、癌症、休克和炎症等多种疾病[6]。

1.2.2 线粒体DNA损伤学说 线粒体调节ATP产生、凋亡和铁硫簇合成等多种细胞过程，在机体能量代谢中起重要作用。线粒体氧化磷酸化生成ATP的过程中，约有1 %～4 %摄入的氧转化为氧自由基，线粒体DNA由于缺乏组蛋白和DNA结合蛋白的保护，极易受到氧自由基损伤，最终导致线粒体DNA片段缺失，如阿尔茨海默病、帕金森病等老年性疾病均发生不同程度的片段缺失。随年龄增长，线粒体极易受氧自由基损伤而发生形态变化并导致功能减退，最终造成机体衰老[7]。线粒体过氧化氢酶的过表达可延长脊椎动物的寿命[8]。针对线粒体的合成抗氧化剂（如SKQ1）可延长野生型啮齿动物和mtDNA突变小鼠的健康寿命和寿命[9]。

1.2.3 遗传程序理论 遗传程序理论认为衰老是从受精卵到成熟阶段延长生命的遗传信号，衰老在每个物种中被编程，以此确定个体的平均寿命。研究者在机体内发现与长寿或抗衰老有关的基因，如 age-1、p53、p16、clk-1、daf-2、gro-1、klotho等，这些基因发生突变可延长物种寿命。野生型线虫age-1单基因发生突变后，平均寿命提高65 %，最高寿命提高110 %[10]。Li等[11]发现p53基因在调控细胞周期和细胞凋亡过程中发挥关键性作用，当机体细胞受到外界刺激后，p53蛋白呈现应激性快速上调，诱导p21蛋白激活，从而抑制p21蛋白磷酸化过程，阻碍了正常状态下的细胞周期，最终延缓细胞衰老。

1.2.4 端粒学说 端粒学说认为真核生物染色体末端的端粒长度与机体衰老密切相关，端粒 DNA随细胞分裂次数增加而不断缩短，当其缩短至Hayflick界限时，端粒功能失调会引起DNA损伤反应，进而诱导细胞周期阻滞和促炎因子表达，最终导致机体衰老[12]。Bernadotte等[13]研究发现端粒长度受端粒酶活性控制，当端粒酶活性增强，端粒就越长，染色体的稳定性和完整性就越好，从而延长机体寿命。

2 抗衰老治疗

迄今为止，抗衰老治疗按理化属性大致分为化学药物治疗、中药治疗和生物治疗。

2.1 化学药物治疗

2.1.1 合成抗衰老药物 临床使用较多延缓衰老药为合成药物，如阿司匹林、吡拉西坦和拉莫三嗪等。

2.1.1.1 阿司匹林 依赖于FOXO转录因子，减弱胰岛素样生长因子1受体（insulin-like growth factor 1，IGF-1）信号，降低活性氧（ROS）水平，从而保护氧化应激，延缓与年龄相关的功能衰退或疾病。在无外源性应激的情况下，喂食阿司匹林的秀丽隐杆线虫平均寿命延长了21 %～23 %[14]。阿司匹林还能延长雄性小鼠的寿命，并显著降低2型糖尿病患者的全因死亡率[15]。

2.1.1.2 吡拉西坦 是γ-氨基丁酸衍生物，可加快大脑磷脂新陈代谢，刺激核糖核酸和蛋白质合成，增加脑血流量，从而达到强化记忆、延缓脑衰老功能。谢展雄等[16]证实衰老模型大鼠喂食吡拉西坦后，超氧化物歧化酶（SOD）活性增强、丙二醛（MDA）含量降低，有抗衰老效果。

2.1.1.3 拉莫三嗪 是一种抗癫痫药物。Avanesian等[17]给果蝇喂食12 mg/ml拉莫三嗪，雄蝇平均寿命和最大寿命分别增加了3.3 d和6.5 d，雌蝇分别增加4.2 d和6.3 d，可作为有效的抗衰老药物使用。

2.1.2 靶向抗衰老药物 近年，研究者通过遗传筛选和自然突变的方法，鉴定出多种影响衰老的相关信号传导通路，如胰岛素信号通路（Insulin/IGF-1 signaling pathway，IIS），哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）信号通路，腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）信号通路，沉默信息调控因子1（silent information regulator 1，SIRT1）和促分裂原激活蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）。一些潜在的抗衰老药物通过作用于衰老相关的信号通路，既可延缓模型生物的寿命，也可改善与衰老相关的疾病，如雷帕霉素作用于mTOR信号通路、二甲双胍作用于AMPK 信号通路和白藜芦醇作用于SIRT1信号通路等。

2.1.2.1 雷帕霉素 是一种从吸水链霉菌中首次分离出的大环内酯类抗生素[18]。作为mTOR抑制剂，雷帕霉素进入机体与他克莫司结合蛋白-12（FKBP12）相结合，该复合物再与mTOR的FKBP-雷帕霉素复合物区域结合，抑制mTOR活性，阻碍了细胞周期G1期至S期的进程，抑制蛋白质翻译，阻止细胞增殖，从而发挥延长寿命的功能[19]。雷帕霉素在无脊椎动物（酵母、线虫和果蝇）[20-22]和脊椎动物（小鼠和狗）[23-24]等多种动物模型中均展现出延长寿命的作用。更重要的是，无论在生命的早期还是晚期，即使短暂使用，雷帕霉素均能延长物种的寿命。早期使用雷帕霉素可使杂合子p53+/-小鼠的平均寿命延长28 %并延迟肿瘤发生[25]。给中年伴侣犬使用10周雷帕霉素可改善心脏收缩和舒张功能，并延长寿命[24]。喂食雷帕霉素于老年期（600日龄）小鼠，雌鼠平均寿命增加14 %，雄鼠平均寿命增加9 %[26]。低剂量雷帕霉素间歇给药，不仅降低易患癌小鼠的衰老速率并延长寿命，且显著抑制癌变[27]。

研究表明，雷帕霉素除抑制mTOR信号转导途径外，还可重塑小鼠肠道、口腔等微生物组的组成，从而影响机体代谢、免疫和健康，减少与年龄相关疾病的患病率，进而延缓机体衰老。雷帕霉素短期治疗中年（20月龄）小鼠3个月，诱导宿主免疫细胞分化的分节丝状菌数量增加，降低癌症风险，从而导致小鼠的预期寿命提高60 %[28]。Jonathan等[29]证明雷帕霉素治疗老年小鼠8周，口腔微生物组测序分析表明，牙龈和牙周骨炎症衰减，拟杆菌门细菌减少，口腔微生物组恢复年轻态。

2.1.2.2 二甲双胍 是一种从植物山羊豆中提取的小分子化合物，临床多用于治疗2型糖尿病[30]。二甲双胍不仅延缓小鼠和秀丽隐杆线虫等模型生物的寿命，而且预防多种与人类年龄相关的疾病[31-32]。Onken等[33]研究表明，50 mmol/L二甲双胍可将秀丽隐杆线虫的平均寿命延长36 %。流行病学研究发现，接受二甲双胍治疗的糖尿病患者死亡率相对于其他人群降低了18 %[34]。

迄今为止，二甲双胍关于延缓生物衰老产生的分子机制尚不明确，主要包括以下5个方面[35-36]：（1）激活AMPK信号通路，进而激活长寿蛋白SIRT-1以及阻止下游靶标磷酸化，延缓内皮细胞的衰老；（2）通过抑制mTOR，降低胰岛素水平和阻断IGF-1信号传导，延长了无脊椎动物的寿命；（3）抑制电子传递链中的线粒体复合物1并降低内源性活性氧（ROS）的产生；（4）上调内质网谷胱甘肽过氧化物酶7（GPx7）的表达延缓人类衰老进程；（5）减少DNA损伤。

2.1.2.3 白藜芦醇 又称芪三酚，是一种非黄酮类的天然多酚类化合物，普遍存在于葡萄、蓝莓、虎杖、坚果和桑葚等植物中[37-38]。白藜芦醇已在酵母、果蝇和线虫中被证实延缓物种衰老并延长寿命的作用[39-40]，同时可改善老年人的记忆能力，降低心力衰竭、癫痫、帕金森病和阿尔茨海默病等发作风险[41-42]。

白藜芦醇发挥抗衰老作用有以下3种机制：（1）激活SIRT1抗衰老。白藜芦醇作为沉默信息调节因子 SIRT1的强效激活剂，在饲粮中添加30和60 mg/kg白藜芦醇能显著延长果蝇的平均寿命，分别为39.5 %和41.9 %[43]。（2）激活AMPK抗衰老。Caballero等[44]证实白藜芦醇通过激活 AMPK信号通路，抑制细胞内活性氧的产生，导致野生型秀丽隐杆线虫的平均寿命延长50.8 %，从而改善衰老症状。（3）增强线粒体功能抗衰老。给出血性损伤的大鼠饲喂白藜芦醇，发现大鼠左心室组织中ATP显著升高，胞质细胞色素c水平降低，改善心脏收缩力，增强线粒体功能并延长寿命[45]。

2.2 中药治疗

中药抗衰老作用机制主要表现在以下3个方面：（1）清除自由基，巴戟天可以有效地清除羟自由基（·OH）和超氧阴离子自由基（·O2-），减少脂质过氧化物引起的细胞损伤，从而延缓衰老[46]。（2）增强免疫功能，枸杞多糖在啮鼠模型中显著上调腹腔巨噬细胞CD40、CD80、CD86和MHC II类分子的表达进而增强先天性免疫[47]。（3）提高抗氧化酶活性，淫羊藿通过抑制p-p53/p21和chk1/chk2表达，提高SOD活性，降低MDA含量，有效降低氧化应激诱导的衰老大鼠DNA损伤[48]。

2.3 生物治疗

除了抗衰老药物外，为了对抗外貌和体形的衰老，还开发出多种抗衰老技术进行治疗，主要包括：干细胞移植、粪菌微生物移植和激素代替疗法等。

2.3.1 干细胞移植 脂肪干细胞和骨髓间充质干细胞常用于抗衰老干细胞移植，这两类干细胞有组织损伤小、取材方便、分化能力强和效果持久等特点，分泌多种生长因子和炎性相关因子，提高机体抗自由基能力，抑制炎症反应，加速伤口愈合以达到抗衰老效果。在衰老模型大鼠体内静脉注射异体脂肪干细胞，发现其SOD水平升高，抗氧化能力增强，延缓了衰老进程[49]。Zhang等[50]研究发现，骨髓间充质干细胞移植可通过分化为心肌细胞、免疫抑制活性和分泌保护因子或细胞因子，改善年龄相关的骨质疏松症、帕金森病和动脉粥样硬化，显著改善衰老大鼠心脏受损功能，并恢复其身体和认知功能，从而产生强大的抗衰老作用。

2.3.2 粪便微生物移植 随年龄增长，机体免疫力下降、肠道生理功能和饮食结构发生改变，导致肠道菌群有益菌减少、多样性减少且兼性厌氧菌增多[51]。衰老相关肠道菌群的改变，通过肠神经系统影响脑-肠轴，阻碍神经、内分泌和免疫信号，将引起阿尔茨海默病、帕金森综合征等中枢神经系统疾病。Kelly等[52]发现肠道菌群的多样性增加会降低心脏疾病的风险。将非洲青鳉鱼仔的肠道菌群移植至老年青鳉鱼体内，其寿命延长41 %[53]。因此，在临床上以肠道菌群作为靶点的粪便微生物移植抗衰老技术被广泛应用，例如粪菌胶囊、粪便药丸等。

2.3.3 激素替代疗法 由于激素水平的下降导致皮肤和整体外观随年龄的增长发生变化，最常用的激素包括生长激素、雄激素、雌激素和孕酮。健康女性绝经后使用激素替代疗法治疗，大肠癌的发病率下降了37 %[54]。安全合理进行激素代替疗法，将有效延缓衰老，从而提高老年人的生命质量。

3 展望

目前，人口老龄化是全球面临的必然趋势，抗衰老需求日益增强。雷帕霉素、阿司匹林、二甲双胍和白藜芦醇等药物已证明能够延缓多种物种的寿命，但考虑人体用药延缓衰老，尚缺乏大规模、长时间的临床实验数据。在保证安全性、有效性和长期使用性上，上述药物均有一定缺点，如雷帕霉素会引起高血糖、高脂血症、肾脏毒性、伤口愈合受损、血小板数量降低和免疫抑制等不良反应；阿司匹林易引起恶心、呕吐不适和疼痛等胃肠道的症状，同时也会导致皮疹，血管神经性水肿和哮喘等异常过敏反应；长期大剂量服用二甲双胍可诱发乳酸酸中毒；服用大剂量白藜芦醇可导致人类胃肠道和肝脏功能紊乱等。

对此，针对现有药物开展结构修饰改造和剂型改进，筛选更高效、更低副作用的衍生物是应对措施之一。如源于雷帕霉素开发的衍生物替西罗莫司、依维莫司、利达福莫司和佐他莫司等，均展现出较优水溶性或药理活性。2014年诺华公司发现小剂量的依维莫司使老年人对流感疫苗的免疫应答提高了20 %[55]，从免疫力的恢复方面证明了依维莫司可延长人类寿命，相比雷帕霉素而言，依维莫司的药物代谢动力学更优[56]。不同靶点药物联用以抵消潜在的副作用已成为另一种抗衰老治疗的热门应对措施[57-59]，如雷帕霉素与二甲双胍联合使用，可降低二甲双胍引起的高水平乳酸，并克服雷帕霉素诱发葡萄糖耐量下降、胰岛素敏感性降低等问题。

干细胞移植、粪便微生物移植、激素替代疗法、年轻血液置换、端粒酶激活术等近年来出现的抗衰老新策略，为抗衰老治疗带来新的方向与希望，但真正做到临床应用和治疗，尚需克服众多难关。如干细胞移植研究期长、异体移植免疫排斥反应、极易引起出血和感染等风险；粪便微生物移植手术在临床实践中存在健康捐献者的筛选、移植介入方式、对病原体传播的担忧和缺乏标准化治疗方案等问题等。随着现代医学和生物学新技术的进步和创新，新的抗衰治疗方法也会不断涌现。如衰老细胞裂解法（Senolytics），其中达沙替尼联用槲皮素清除体内衰老细胞，已进入Ⅱ期临床阶段[60]。2019年[61]首次人体衰老试验，证实二者联用可选择性地消除衰老细胞，改善特发性肺纤维化患者的身体功能，增强肺纤维化患者的活动能力，并成功清除了糖尿病肾病患者脂肪组织的部分衰老细胞。

另外，衰老作为人体一种正常生理过程，基于自然规律，加强体育锻炼、适当热量限制，结合抗衰老药物协同治疗，实现最大限度地预防或延缓衰老，降低衰老相关疾病的发生率，提高老年人的生活质量，降低家庭和社会的经济负担，对于改善我国老龄化问题具有重要意义。