抗衰老研究：從基因到藥物

 自古以來，人類就追求青春常在，生命不老，歷史上曾出現過許多尋找“長生不老”秘方以及煉制“仙丹靈藥”的活動。時至今日，人們
已認識到“長生不老”只是一個美夢，但是延緩衰老卻是可能實現的，尋找抗衰老藥物的腳步一直沒有停息。隨著科學技術的進步，科研的觸角已經深入到了基因水平，進而發現了更多藥物的抗衰老作用……

        從理論上講，如果抑制促衰老基因（或基因敲除）能延長壽命，那么抑制相同基因的藥物也能延長生命。但實際上從基因到抗衰老藥的路還很長。許多能延長壽命的基因已被發現，但沒有一個能完全阻止衰老。根據交替使用理論，關鍵的促衰老基因應該呈作用多重性，即在生命晚期起破壞作用，而在生長發育早期又是生命所必需的。在發育過程中完全敲除這些基因是致命的。已知的壽命調控基因可能不包括促衰老基因，不過前者會影響后者或進行下游調控。它們也是理想的抗衰老藥作用靶標。

        抗衰老研究中需要解決兩個未知問題：關鍵靶標和現有的靶向該靶標的藥物。關鍵靶標確定后，藥物的選擇就成為關鍵。那些能激活Sir2蛋白、FOXO轉錄因子和熱休克蛋白（能增強應激抗性）的藥物是目前抗衰老藥物研究熱點，其中，TOR（target  of  rapamycin,雷帕霉素的靶標）作為一種細胞生長周期中的一種核心調控蛋白，尤其受到抗衰老藥物研發人員的關注。

        ■細胞老化受到密切關注      

        細胞老化的最典型特征是細胞周期受阻，此時端粒、p53、p16、p21的作用顯現出來。但要注意，細胞靜止期（G0期）與細胞老化不同，后者是細胞周期受阻而同時保持促生長通路激活。促細胞分裂劑（生長因子）能激活Raf-1/MEK/ERK和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt激酶信號通路，并進一步激活TOR，刺激蛋白合成和細胞生長。此外，上述通路可刺激細胞周期蛋白D1表達，從而啟動細胞周期進行。雖然癌基因Raf、Raf-1、B-Raf、MEK、Akt和PI3K激活了TOR通路，但通過誘導p21、p16、p53阻止細胞周期，導致細胞老化。DNA損傷雖然加速細胞老化，但并不干擾細胞生長。TOR可刺激細胞生長，其活化可能是細胞老化必需的。事實上，抑制TOR活性可阻止p21誘導和DNA損傷誘導的細胞老化。TOR的下游效應子eIF-4E也能誘導細胞老化。TOR的作用還包括刺激PPAR-γ，增強rDNA轉錄，核糖體的生合成，促細胞分裂劑和血管內皮生長因子（VEGF）的分泌，誘導細胞形態變化，促進蛋白質合成和細胞生長。細胞的過度生長是年齡增長的標志，如皮膚出現皺紋及男性的前列腺增生，也包括老齡化疾病（如動脈粥樣硬化）。在大量影響壽命的基因中都發現了TOR。

        ■TOR通路發揮重要作用

        酵母有兩種TOR蛋白，即TOR1和TOR2。TOR1缺失可延長壽命，但TOR2缺失或兩者都缺失則會致死。高等真核生物僅有一種生長發育必需的TOR基因。破壞小鼠TOR基因可使早期發育期的小鼠死亡。影響壽命的基因可編碼TOR通路成分，并且這些基因序列從酵母到小鼠保守。它們參與調控TOR通路上游（胰島素，PTEN，Akt）或下游（S6K，Sir2，Hsp70）。不同物種中促衰老因素的差異不是因為TOR，而是其他調節子（FOXO因子和Sir2）。

        酵母菌TOR通路中成員（如Ras，PI3K和Sch9）的突變可延長壽命。Sir2可抑制rDNA轉錄，拮抗TOR下游，也能延長壽命。線蟲的TOR基因突變后，如果TOR通路得到抑制，則其壽命也得到延長。果蠅中也有類似效果。果蠅中TOR的激活可引起神經退行性病變。雷帕霉素可對抗亨廷頓病蒼蠅模型的神經退行性病變。抑制TOR還可對抗與年齡有關的心臟功能減退，并延長壽命。小鼠的IGF-1（TOR上游）信號減退可延長壽命。人類壽命延長與胰島素/IGF-1信號減弱和胰島素敏感性增強有關。胰島素敏感性增強在遺傳學上是TOR活性降低的標志。

        熱量限制性飲食可增加胰島素敏感性，同時可增加所有受試動物包括哺乳動物的壽命，其機制至少有三種；營養素（氨基酸和葡萄糖）可激活TOR通路。果蠅實驗已證明這一點。哺乳動物的限食或禁食可增強脂肪動員，使體重減少；熱量限制可誘導Sir2而延長壽命；熱量限制可能抑制游離基或活性氧（ROS）生成，同時提示抗氧劑也可能延長壽命。

        ■抗衰老藥研究百花齊放

        抗氧劑雖然長壽的基因研究取得進展，但游離基理論仍是衰老研究的主流。一般認為影響壽命的突變也影響ROS。但現在發現ROS產出不變時，壽命也能明顯延長。由50萬人參與的包含了多種藥物抗衰老臨床試驗（包括維生素E、β-胡蘿卜素、維生素C和E、維生素A、葉酸）表明，這些藥物沒有一種在統計學意義上減少了衰老相關性疾病和死亡率。甚至一些試驗由于疾病和死亡發生率增加而在早期被中止。試驗失敗的原因可能有三個：ROS可能與衰老及衰老相關的疾病無關，即ROS理論完全錯誤；目前的抗氧劑不能有效抑制ROS，并額外帶來副作用；游離基在動物和人類壽命延長中沒起作用。

        二甲雙胍TOR能引起胰島素抗性，可能與衰老相關性2型糖尿病有關。二甲雙胍是糖尿病治療藥物，可增加胰島素敏感性。二甲雙胍和苯乙雙胍可顯著延長嚙齒類動物的壽命。二甲雙胍可能是抑制TOR而恢復了胰島素敏感性，因此它也能抗衰老。

        白藜蘆醇白藜蘆醇是一種在紅酒中發現的多酚，可延長酵母、魚和小鼠的壽命。其機制有三種解釋：它可能是一種抗氧劑；激活了SIRT1；能抑制促細胞分裂劑所誘導的S6K（一種TOR的靶點）磷酸化，及隨后的細胞過度生長。總之，白通過抑制TOR通路而發揮抗衰老作用。

        類Sir2蛋白激活劑熱量限制能增加Sir2活性而延長酵母壽命。Sir2是NAD(+)-依賴性蛋白脫乙酰酶的保守類Sir2蛋白家族的一員，包括人脫乙酰酶SIRT1。，后者能抑制TOR下游通路。因此，SIRT1、二甲雙胍、熱量限制和白藜蘆醇都是通過間接抑制TOR信號而延長壽命。

        雷帕霉素雷帕霉素是一種抗真菌的抗生素，在濃度極低（納摩爾濃度級）條件下能選擇性有效抑制TOR。由于TOR進化高度保守，所以雷帕霉素能抑制從酵母到人類細胞中的TOR。雷帕霉素的TOR抑制作用是多重的：抑制酵母生長，同時減緩酵母衰老。TOR對生長發育是必需的，但在生命后期的作用很小。

        雷帕霉素與其他藥物合用預防腎移植后的器官排斥。腎移植患者每天接受雷帕霉素治療持續幾年，也沒有發生持續抑制TOR而引發的疾病。雷帕霉素的副作用中并沒有產生明顯的免疫抑制問題（微生物感染，卡波氏肉瘤或骨質疏松），與此相反還可用于治療侵入性真菌感染和HIV。因此，實際上它是一個免疫調節劑，并具有抗癌和骨保護作用。

        ■預防腫瘤和骨質疏松成為雷帕霉素治療作用之外的副作用

        雷帕霉素最普遍的副作用還包括能增加血中脂質的含量，如甘油三酯。甘油三酯升高是熱量限制的表現。熱量限制會導致脂解作用，使脂肪進入血液而導致高血脂癥。雷帕霉素能增加脂肪組織中脂肪酶活性，并降低脂蛋白的脂肪酶活性，從而避免脂質在組織包括血管壁中蓄積。實際上，衰老過程中內臟的脂肪蓄積增加，并發生動脈粥樣硬化。動物模型中，注射雷帕霉素可減少新生內膜增厚，并減緩膽固醇水平較高的apoE缺失小鼠的動脈粥樣硬化。此外，雷帕霉素常引起中度貧血和白細胞減少（可能對抗衰老相關的感染癥狀）。中度貧血的原因是血漿中鐵和轉鐵蛋白飽和水平降低，這可能是有益的。

        TOR通路參與了細胞老化、動物衰老和人類疾病，它的抑制劑也相應地具有抗衰老作用，所以雷帕霉素影響所有與衰老相關的疾病并不奇怪。