衰老機制及延緩衰老活性物質研究進展

游庭活，溫 露，劉 凡

1廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所 廣東省農產品加工重點實驗室 農業部功能食品重點實驗室，廣州 510610;2廣東藥學院，廣州 510006

衰老又稱老化，是機體各種生化反應綜合作用的體現，是體內外諸多因素(包括周圍環境及社會因素等)之間相互作用的結果。現代醫學研究表明，衰老的本質是指在正常狀況下生物發育成熟后，隨年齡增大，自身機能減退，機體內環境穩定性與應激能力下降，結構、功能逐步退行性改變的不可逆過程［1］。根據引起衰老的不同原因，可將其分為生理性衰老和病理性衰老。隨著現代基因技術的發展，人們對衰老的機理研究不斷深入。利用衰老的作用機理，從自然界中尋找具有延緩衰老的活性物質，已成為近年來的研究熱點之一。

1 衰老機制

衰老是人類必然經歷的過程，延緩衰老幾乎是每個人的愿望，而研究衰老的機制，延長人類壽命是目前研究人員面臨的難題與研究的熱點。上世紀40年代以來，隨著細胞生物學與分子生物學等學科的迅速發展，推動了衰老機制的深入研究，有助于延緩衰老藥物和延緩衰老機制的研究，并且取得重大的進展，若干具有科學價值的衰老學說被相繼提出。目前，關于衰老的機制主要有自由基氧化應激學說、DNA 損傷學說、端粒學說、細胞凋亡學說等。

1.1 自由基氧化應激學說

上世紀50年代，Harman 首次提出了衰老的自由基氧化應激學說。該學說將衰老和退行性疾病都歸結于自由基對細胞和結締組織的有害攻擊，而自由基主要是通過氧化酶以及結締組織中的鐵、鈷、錳等微量元素催化產生。當機體衰老時，體內的自由基增多，而能夠清除自由基的物質減少，致使自由基在體內過量堆積，造成細胞損傷、組織器官發生紊亂，從而導致衰老。經過近60年的發展，自由基氧化應激學說已被越來越多的人群所接收，已成為最有說服力的衰老學說之一［2］。許多由老齡化引起的疾病的發病機制都與機體參與氧化應激［3，4］有關，所以在維護健康和預防、治療疾病方面，抗氧化劑的作用及從天然產物中尋找有效地抗氧化化合物越來越受到人們的關注。

衰老是一個復雜的多因素過程，自由基氧化損傷在衰老的過程中起著非常重要的作用，但自由基氧化損傷并不是衰老唯一機制;并且自由基學說尚未提出自由基氧化應激反應及其產物是引發衰老直接原因的實驗依據，也沒有說明是何種因子導致衰老過程中自由基清除能力的下降。這些問題需要研究人員進一步的研究探索解決。

1.2 線粒體DNA 損傷學說

Miquel［5］在1980年提出了線粒體DNA(m tDNA)損傷假說，是近年來國際上研究衰老機制的熱點之一，認為DNA 損傷是細胞衰老與凋亡的基礎。DNA 是老齡化引起的氧化應激最關鍵的目標分子，由于線粒體自身結構特點的關系，m tDNA 容易受到自由基的攻擊，使其氧化損傷，導致m tDNA 突變。研究表明［6］，與年齡有關的m tDNA 比核DNA 更容易被氧化。而且m tDNA 的損傷可能與線粒體中的谷胱甘肽被氧化有關，具體的作用機制還需進一步的研究［7］。李冰等［8］研究表明，中藥方劑四君子湯延緩衰老的作用機制與提高腦組織抗氧化能力，減輕細胞線粒體DNA 缺失突變有關。

1.3 端粒學說

端粒是一段DNA 序列和蛋白質組合的復合體，而端粒酶直接參與端粒區的形成，合成端粒DNA 使端粒維持一定長度。Herley［9］在1992年提出了較完整的細胞衰老端粒學說，認為細胞的衰老是由于端粒的長度逐漸縮短導致的，當端粒縮短到一定程度，細胞就會停止復制而衰老死亡，只有少數細胞能夠激活端粒酶，使細胞繼續復制而不再衰老，所以在正常細胞中恢復端粒酶的活性，就可以維持細胞的端粒長度，達到延緩衰老的作用。

1.4 細胞凋亡學說

1972年Kerr 等［10］首次提出了細胞凋亡的概念。細胞凋亡是指細胞的程序性死亡，是一個主動的、有控的，在調節機體細胞數量上起著與有絲分裂互補作用的重要的生理學過程，與被動過程的細胞壞死有本質的區別。細胞是構成機體的基本單位，機體在完成新陳代謝的同時，細胞也在進行自我更新。母代細胞凋亡，子代細胞就會代替母代細胞進行各項生理功能，使各組織器官的細胞在數量上保持動態平衡。在老化的過程中，若細胞凋亡的速度加快，細胞增殖不能有效彌補，凋亡與增殖之間的平衡被打破，就會出現一系列衰老的表現。張帆等［11］研究表明甘肅黨參水提物延緩衰老模型小鼠衰老的可能機制是提高了機體的免疫功能，抑制神經細胞的凋亡。

1.5 TOR 分子理論

衰老可以定義為時間依賴性的細胞、組織、器官生理功能的減退。近年來，老齡化已經被當作是一種能用分子療法治療的疾病。在衰老遺傳中，控制真核細胞的mTOR(Target of rapamycin，雷帕霉素靶蛋白)增長是最主要的目標之一。TOR 最初在酵母中發現，是抗真菌藥物雷帕霉素(Rapamycin)的目標蛋白。mTOR 是在結構功能上存在于從酵母到人類(包括蠕蟲、蒼蠅、植物和小鼠)細胞生長過程中重要的中央控制器之一［12］。Harrison 等［13］在2009年首次報道雷帕霉素可以延長試驗小鼠的壽命，在此之前已經在酵母［14］、線蟲［15］、果蠅［16］模型中證實抑制TOR 通路能夠延長模型動物的壽命。TOR 的快速增長能使機體老齡化進程延續，所以TOR 是機體發展和成長必不可少的，但機體成長完成后，TOR又會導致機體的衰老，引發相關疾病。

2 衰老實驗模型

隨著研究衰老機制的深入，建立適宜的衰老模型，對于尋找和開發延緩衰老的藥物具有十分重要的意義。研究衰老的模型主要有老鼠模型、線蟲模型、果蠅模型和酵母模型。

2.1 老鼠模型

老鼠已經成為研究衰老最普遍的哺乳動物模型，可能是由于老鼠的基因和人類基因相近。在研究衰老的領域中，老鼠成為常用的和可靠的模型之一，有衰老大鼠模型和衰老小鼠模型。目前最常見的是給正常老鼠注射D-半乳糖:在一定時間內，連續給動物注射大劑量的D-半乳糖，使機體細胞內半乳糖濃度增高，在醛糖還原酶的催化下，還原成半乳糖醇，這種物質不能被細胞進一步代謝，而堆積在細胞內，影響正常滲透壓，導致細胞腫脹和功能障礙，最終致使衰老的發生［17］。

2.2 線蟲模型

秀麗隱桿線蟲(C.elegans)因其結構簡單、易于培養、生命周期短等特點作為一種有高價值的模型生物被大量應用于動物衰老的研究中，能夠在藥物延長動物壽命時闡明其作用機制并可能尋求到與老化相關疾病的治療方法。與高等生物不同，秀麗隱桿線蟲缺少適應性免疫途徑，只有先天免疫途徑在抗病原菌、抗氧化應激等方面發揮重要的作用［18］。而細胞凋亡現象及其機理，最早也是在研究線蟲中被揭示的，研究人員［19］對線蟲攝入高濃度的葡萄糖，結果表明通過誘導細胞凋亡導致了線蟲的縮短

2.3 果蠅模型

果蠅是一種真核多細胞生物，具有生存周期短，繁殖量大，飼養簡便，反應靈敏等優點，其代謝系統，生理功能，生長發育等同哺乳動物基本相似，所以在衰老與抗衰老研究中，果蠅以其自身的諸多優勢如高度純種，生存期短，繁殖能力強，觀察指標明顯，成為研究抗衰老的好材料。果蠅在衰老過程中在熱應力，高氧反應，電離輻射壓力等作用下基因的反向調節會表現出氧化應激有關的反應［64］。

2.4 酵母模型

酵母(Saccharomyces cerevisiae)作為人類衰老(壽命)研究最簡單的真核模式生物［21］，為人體衰老機制的研究與認識提供了重要線索。最近有研究發現［22，23］，酵母的衰老代謝機制與人體細胞衰老的機制相似，在細胞衰老和凋亡的過程中，活性氧為線粒體活動的主要副產物，活性氧的產生和清除是調節酵母衰老和凋亡的決定性因素，所以以活性氧的積累標記酵母衰老和凋亡。在酵母細胞中確立一些衰老或長壽的遺傳標記，有會助于解讀哺乳動物，包括人類的衰老進程。酵母作為單細胞衰老研究的模式生物，在生物醫學研究中發揮了極為重要的作用［24］。所以近年來選擇酵母模型研究衰老作用也是熱點之一。

3 延緩衰老的活性物質

植物中含有多種天然活性物質，它們具有抗癌、抗炎、抑菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老等諸多生理活性。近年來，研究較多的具有延緩衰老作用的活性物質主要集中在多酚、黃酮、多糖、維生素等方面。從植物的葉、種子、根和果實中都可以發現這些活性物質，研究人員也迫切希望從天然植物中獲得具有明顯延緩衰老作用的活性物質，從而開發出具有臨床應用前景的藥物。

3.1 酚類化合物

酚類化合物是指芳香烴中苯環上的氫原子被羥基取代所生成的化合物，是芳烴的含羥基衍生物，廣泛存在于植物中。目前，已報道的植物酚類化合物就有8000 多種［25］，每年仍有大量新的酚類化合物不斷被發現，這些酚類化合物多數具有抗氧化，抗誘變，抗腫瘤、降低心血管疾病風險等活性。根據國家疾病檢測系統的報告資料顯示，心血管疾病在我國位居死亡率首位，是現代社會中老年人口健康的最大威脅，而衰老是心血管疾病產生的主要原因。酚類化合物通過抗氧化、降血脂、抗炎、抑制血小板聚集和抑制血管平滑肌增殖的作用對心血管疾病起著保護作用。早在上世紀90年代末，已研究［2，6］證實紅酒中含有豐富的酚類化合物，適量飲用紅酒可以降低心血管疾病風險。

白藜蘆醇(3，5，4-trihydroxy-trans-stilbene，Resveratrol)是近年來研究較多的一種酚類化合物，屬酚類化合物中的芪類。1998年，美國著名保健專家艾爾·敏德爾在《抗衰老圣典》中將白藜蘆醇列為“100 種最熱門最有效的抗衰老物質”之一。自從上世紀70年代首次從葡萄中發現白藜蘆醇以來，大量研究證實葡萄中的白藜蘆醇主要存在于葡萄果皮和種子中，具有較強的抗氧化，抑菌抗病毒，預防老年癡呆等作用［26，27］。王芳等［28］用秀麗線蟲模型研究了白藜蘆醇抗衰老活性及其作用機理，結果表明白藜蘆醇可通過上調daf-16、sod-3 和hsp-16.2 基因的表達實現對秀麗線蟲壽命的延長，為白藜蘆醇抗衰老機制研究提供了重要參考。

大量研究表明［29］酚類化合物延緩衰老的生理活性是以其抗氧化活性為基礎。研究較多的特級初榨橄欖油被傳統意義上認為能顯著延長人類壽命，橄欖油影響人類健康的主要原因是獨特的酚類化合物與酪醇、羥基酪醇的結合物形成具有多種生物活性的化合物，研究這些化合物的活性主要集中在抗氧化和各種病癥上，而與延緩衰老方面需要進一步的研究，Canuelo 等的研究證實各種刺激反應是使這類化合物影響延長線蟲壽命的主要原因［30］。

3.2 黃酮類化合物

黃酮類化合物是廣泛存在于自然界的一大類化合物。黃酮類化合物是指兩個苯環(A 環與B 環)通過C3 連接而成的一系列化合物，也就是具有C6-C3-C6 結構，并且是以2-苯基色原酮為母核的化合物。現代研究證實，黃酮的基本骨架中A 環源于三個丙二酰輔酶A，而B 環由桂皮酰輔酶A 生物合成而來［31］。自然界中黃酮類化合物多以苷類形式存在，由于苷元不同，以及糖的種類、數量、連接位置和連接方式的不同，使自然界中形成了數目眾多、結構各異的黃酮類化合物。黃酮類化合物廣泛存在于植物中，是植物在長期自然選擇過程中產生的次級代謝產物，具有抗炎、免疫調節、抗氧化等作用。

天然黃酮類化合物在抗氧化、延緩衰老方面效果顯著，可以作為天然抗氧化劑使用。研究黃酮類化合物的量效、構效關系，可為其在醫藥、食品等方面的應用提供依據。近年來，大多數研究黃酮類化合物延緩衰老的作用是以其抗氧化活性為基礎的，通過阻斷自由基鏈反應，清除自由基和減少自由基的產生，從而直接或者間接發揮延緩衰老的作用。如姜黃素是從姜科等植物根莖中提取的較稀少的二酮類化合物，醫學研究表明，姜黃素具有降血脂、抗腫瘤、抗炎、利膽、抗氧化等作用，Liao 等［32］研究發現姜黃素能夠減少線蟲細胞在衰老過程中氧自由基和脂褐素的形成，具有直接延緩衰老的作用;而研究證實黃酮類化合物中的芹黃素和木犀草素具有抗炎作用;綠茶和蘋果的種子中含有豐富的兒茶素和表兒茶素，其能夠轉化成具有清除自由基、抗氧化活性的原花青素，間接發揮延緩衰老作用［33，34］。

但黃酮類化合物延緩衰老的具體作用機制尚不清楚，可能是多個途徑共同作用的結果。胡作為［35］等對淫羊藿總黃酮延緩細胞衰老的作用機制進行了研究，發現淫羊藿總黃酮可以延緩人胚肺二倍體成纖維細胞的衰老，其作用機制可能是通過縮短基因端粒長度進而延緩細胞衰老，與前文衰老的機理-端粒學說相對應;此外，淫羊藿次苷Ⅱ［36］能增加線蟲對熱、氧的耐受性，可在不同環境下改善線蟲的健康狀態。槲皮素也是近年來研究較多的一類黃酮類化合物，其延緩衰老的作用主要是通過抗氧化應激實現的，韓洪杰等［37］研究了槲皮素的抗衰老活性及其作用機制，發現槲皮素能明顯延長線蟲壽命起到抗衰老的作用，其作用機制可能是提高了機體的抗壓應激能力;Pietsch 等［18］研究了槲皮素、咖啡酸、迷迭香介導的毒性試劑，抗氧化劑，促氧化劑延緩線蟲壽命的作用，研究結果表明毒性反應、體內抗氧化反應和促氧化反應在某種程度上依靠多酚的作用調控遺傳基因和能量代謝來延長線蟲的壽命

3.3 活性多糖

活性多糖廣泛存在于動植物中，微生物如真菌、細菌等也能合成多種多糖。現代藥理學研究證實多糖具有降血糖，降血脂，抗腫瘤，增強免疫力等作用，而多糖延緩衰老作用也是近年來的研究熱點之一，其延緩衰老作用主要體現在以下兩個方面:

首先，活性多糖作為一種免疫調節劑，可以通過激活巨噬細胞、T 細胞、B 細胞及促進抗體生成等方式增強機體免疫力，從而間接延緩機體衰老進程。葛斌等［38］研究發現黃芪多糖可防御致衰小鼠機體免疫器官退化、提高小鼠免疫功能，延緩衰老進程。

其次，活性多糖具有間接清除自由基的活性。隨著年齡的增長，機體內的超氧化物歧化酶(SOD)活性明顯減弱。研究報道［39，40］，活性多糖能顯著提高SOD 活性，從而減少自由基的產生，延緩機體衰老。陳亮穩等［41］研究表明，在正常條件下，蜜環菌菌索多糖能顯著延長線蟲的生存期，并對其生殖力沒有損害;在氧化應激條件下，蜜環菌菌索多糖亦能顯著提高線蟲熱休克蛋白和超氧化物歧化酶-3 的表達。結果提示提高氧化應激能力可能是蜜環菌菌索多糖延緩衰老的重要途徑。

3.4 核酸

研究表明，免疫核糖核酸能提高機體細胞的免疫能力，增強淋巴細胞殺傷腫瘤細胞能力，從而達到改善病情、延緩衰老的作用［42］。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(輔酶I)是生物體內必需的一種輔酶，在生物氧化過程中起到傳遞氫的作用，能活化多種酶系統，促進核酸、蛋白質、多糖的合成及代謝，增加物質轉運和調節控制，改善代謝功能，研究表明輔酶Ⅰ具有延長熱限制環境下線蟲的壽命［43］。楊文秀等［44］以健康老年人為研究對象研究了核酸的抗衰老作用，結果表明核酸是抗衰老的重要物質之一。

3.5 維生素

維生素是維持和調節機體正常生理功能而必需從食物中獲得的一類微量有機物質，在機體的生長、代謝、發育過程中發揮著重要的作用。大量研究表明各類維生素都具有一定的抗氧化作用:

維生素A 是脂溶性維生素，具有增強免疫力，清除自由基的活性。

維生素C 又稱L-抗壞血酸，是水溶性維生素，是細胞外液的主要抗氧化劑，可以保護其它抗氧化劑，如維生素A、維生素E、不飽和脂肪酸，防止自由基對人體的傷害，發揮抗氧化延緩衰老的作用。高志清等［45］研究表明Vc 可以減輕D-半乳糖誘導亞急性衰老動物模型的氧化損傷，保護m tDNA、增強線粒體氧化呼吸酶活性。

天然維生素E 主要存在于植物油中，易被氧化破壞，是人體必需的但不能自行合成的一類重要的脂溶性維生素。維生素E 具有廣泛生理功能，如調節脂質代謝、抗氧化等。維生素E 延緩衰老的作用研究已有幾十年。但目前對其延緩衰老的作用機制說法不一。總的來看，維生素E 對群體衰老的最長壽命影響不大，但對平均壽命具有延長作用。曲嫻等［46］研究維生素E 對衰老小鼠的作用，結果表明維生素E 具有提高衰老小鼠腦抗氧化能力和調節Ca2+穩態的作用，并能抑制氧化應激引起的m tDNA損傷，從而改善衰老動物的學習記憶能力。臧雪冰等［47］探討了天然維生素E 對果蠅壽命的影響和對老齡大鼠的抗氧化作用，發現天然維生素E 可以延緩機體衰老過程，具有抗衰老的作用。

β-胡蘿卜素是一種抗氧化劑，具有解毒作用，是維護人體健康不可缺少的營養素之一，在抗癌、預防心血管疾病、預防白內障及抗氧化方面均有顯著功效。β-胡蘿卜素可直接抑制單線態氧自由基，終止自由基的鏈反應，從而保護機體免受自由基及脂質過氧化的損傷，進而延緩衰老進程及防御由衰老引起的多種退化性疾病。張柱海等［48］研究發現鹽藻β-胡蘿卜素對果蠅和老年大鼠均具有抗衰老活性，其作用機制可能是通過增加體內抗氧化酶的活性，提高機體抗氧化能力而實現的。

3.6 氨基酸

氨基酸是構成生物體蛋白質并同生命活動有關的最基本的物質，是在生物體內構成蛋白質分子的基本單位，與生物的生命活動有密切的關系;在抗體內具有特殊的生理功能，是生物體內不可缺少的營養成分之一。蛋氨酸是人體必需的氨基酸之一，蛋氨酸亞砜還原酶系統與衰老和抗氧化應激息息相關。研究人員利用線蟲模型研究蛋氨酸亞砜還原酶系統的組成，發現蛋氨酸亞砜能在不同的組織年齡比例上修復蛋白質氧化損傷，這種修復不是傳統的單一減少氧自由基水平，最主要的一個作用是這種修復程度能決定機體的壽命［49］。茶氨酸是茶葉中特有的氨基酸，研究表明其具有延緩線蟲衰老的作用，可能也具有促進哺乳動物和人類健康和壽命的效果［50］。

4 結語及展望

關于衰老的機制，是由多因素共同的作用而非單一的因素影響的，到目前為止還沒有一種衰老理論能完全說明生物體衰老發生的全部病理過程。而目前研究衰老所采用的動物模型如D-半乳糖誘導、胸腺去除、同位素照射、自然衰老與人胚肺成纖維二倍體細胞往往也是從能量代謝障礙、免疫紊亂、DNA損傷以及整體與細胞類自然衰老反應等不同角度反映衰老的病理機制，從胸腺、脾腺、血清指數等指標也不足以充分說明其抗衰老機制。因此對現有模型進行改進使之更加突出體現衰老發生的多種病理環節，研究衰老機理，將有助于從自然界中尋找有具有延緩衰老活性的化合物，研究其延緩衰老的作用機制，開發新型延緩衰老藥物、促進人類健康具有重大的現實意義。隨著人們健康意識的提高，研發安全、有效的延緩衰老、防病保健的中成藥制劑有著廣闊的市場，也為抗衰老中藥的研究提供廣闊的前景。

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