毒品濫用及依賴加速機體衰老機制的研究進展

熊普 張尊月 李麗 馬興亮 王昆華，

(1昆明醫科大學第一附屬醫院胃腸與疝外科，云南 昆明 650032；2國家衛生健康委毒品依賴和戒治重點實驗室；3云南省女子強制隔離戒毒所；4昆明市強制隔離戒毒所)

毒品濫用及依賴對于國家經濟發展、社會進步帶來嚴重危害。吸毒是全球性公害，吸毒問題已成為關系國家安定、社會發展和民族昌盛的重大問題。衰老是機體生命歷程中不可避免的生理現象，也是正常細胞的必然歸宿。隨著我國正逐步進入老齡化社會，與衰老相關疾病的發生率也在逐年升高。毒品濫用對機體的損害是多方面的，毒品依賴一旦形成，可持續終生。針對毒品濫用及依賴研究，許多結果表明毒品濫用及依賴可通過破壞自然發生的多巴胺信號系統〔1,2〕誘導神經毒性,導致大腦出現與阿爾茨海默病和帕金森病等退行性神經病變類似的病理學改變，同時也可通過誘導炎癥反應引起細胞損傷等〔3〕。毒品濫用及依賴會加快衰老進程、增加衰老相關疾病的發生率、降低機體壽命等，本文對毒品濫用及依賴加速機體衰老機制進行綜述。

1 衰老的定義及生物學特征

衰老是指在正常狀況下機體發育達到成熟期后，隨著時間的推移及在內、外界各種刺激因素的作用下，導致細胞功能的退化及機體自身形態結構、生理功能等方面出現的不可逆的退行性改變的現象，最終導致機體死亡〔4,5〕。細胞作為機體的基本結構和功能單位，其衰老研究是反映整個衰老生物學研究中的重要組成部分，衰老細胞自形成開始，就會在機體內持續存在，并持續積累從而引發機體衰老，最終導致衰老相關疾病的發生〔6～8〕。其中反映細胞衰老最顯著的特征是：細胞仍具有代謝活性，但其分裂周期阻滯于G0或G1期。與程序性的細胞凋亡不同，衰老的細胞是一種不可逆的持續的增殖抑制的狀態，而細胞凋亡則是細胞的程序性死亡。2013年López-Otín等〔9〕對衰老的生物學特征重新概述，包括基因組不穩定、端粒損耗、表觀遺傳改變、蛋白穩態丟失、營養感受信號紊亂、線粒體功能障礙、細胞衰老、干細胞耗竭及細胞間信號通路的改變等，這些表觀現象引發細胞增殖能力降低、端粒長度縮短、衰老相關的β-半乳糖苷酶活性的表達增強。同時，研究表明細胞衰老的周期阻滯狀態，是機體針對外源損傷的修復機制，若不能及時修復外源性損傷，則會導致細胞死亡〔10〕。反映機體衰老的外在特征有皮膚彈性松弛、毛發變白脫落、骨質改變、性腺和肌肉萎縮、記憶力和思維能力下降、反應遲鈍、行動遲緩、衰老相關疾病的早期發作等。總之,機體器官、組織及細胞的衰老、凋亡、死亡和衰老相關疾病的早期發生等方面均可反映衰老。

2 衰老的研究進展

2.1衰老分子標志物 目前研究中，參與調控衰老的信號通路主要有哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信號通路、核因子(NF)-κB信號通路、Ras-p53通路、p16-Rb通路及p53-p16非依賴性的信號通路〔4〕等，這些通路同時參與細胞的增殖和凋亡過程。視網膜母細胞瘤蛋白(RB)、P16INK4a、P21CIPI、P53、P38等分子對細胞周期的阻滯也是衰老細胞的最顯著特征〔11〕。此外，近年來提出的衰老相關分泌表型(SASP)認為，衰老細胞非常重要的特征是其分泌活性物質，如多種細胞因子、趨化因子、生長因子、胞外基質蛋白酶(β-半乳糖苷酶)、單核細胞趨化蛋白(MCP)-1等〔12〕的能力增強。活性物質表達升高破壞了細胞內環境的穩定性，這也被認為是誘發衰老相關疾病的重要原因〔13〕。其中β-半乳糖苷酶的測定是評價生物學衰老的重要分子指標。體外培養細胞的胞質中還可通過檢測衰老相關異染色質聚集來鑒定衰老細胞〔14〕。干細胞是體內具有自我復制能力和再生潛能的多向分化細胞，隨著年齡的增加，機體內干細胞的活性下降，導致組織器官衰老，加速機體衰老〔15〕。DNA甲基化水平的異常與衰老及衰老相關性疾病的發生相關〔16〕。因此DNA甲基化可作為衰老生物標志物〔17，18〕，同時有研究者運用DNA甲基化年齡指標來預測死亡風險〔19〕。此外還可通過檢測端粒長度和端粒酶活性來評價生物衰老。

2.2衰老研究的動物模型 衰老動物模型的成功建立對于揭示衰老機制和延緩衰老至關重要。目前對衰老動物模型主要有：釀酒酵母衰老模型、秀麗隱桿線蟲衰老模型、黑腹果蠅衰老模型、斑馬魚衰老模型、自然衰老動物模型、快速老化小鼠模型和D-半乳糖衰老模型等〔20〕。其中D-半乳糖小鼠衰老模型應用最廣，其在形態學、生化指標檢測及分子生物學等各方面都能較好的模擬自然衰老過程。

2.3衰老相關的常見分子機制

2.3.1氧化應激 氧化應激損傷被認為是衰老和神經變性的重要特征〔21〕。活性氧(ROS)是一類具有很強生物活性物質，主要來源于細胞呼吸電子傳遞鏈及多種氧化還原酶的代謝〔22〕。正常情況下機體內氧化和抗氧化能力處于動態平衡狀態，低水平自由基的產生可避免入侵機體的病原微生物所造成的損害，對機體起積極保護作用。但當產生的自由基增多，超出機體代償能力，自由基的強生物活性將會對生物大分子物質，如DNA、蛋白質及脂質等造成氧化應激損傷〔23〕，易導致機體基因組不穩定、蛋白質的穩態失衡及脂質的過氧化等。

2.3.2端粒學說 端粒是位于染色體末端的重復TTACGG序列，是保護基因組穩定性的重要結構。復制性衰老的觀點認為，根據DNA復制的聚合酶特性，細胞每分裂一次，染色體末端的端粒就會縮短，當端粒的長度縮短到一定程度后，暴露的DNA末端更容易受到損害。有研究者提出端粒功能障礙可能通過激活P53的活化，導致P53所調控的細胞生長停滯、凋亡和衰老等〔24，25〕。

2.3.3線粒體損傷學說 線粒體是維持細胞活力的重要細胞器，也是細胞內三磷酸腺苷(ATP)和ROS產生的主要來源，線粒體DNA所編碼的13種蛋白均參與其氧化呼吸鏈的電子傳遞過程〔26〕。機體內的ROS產生增多，一方面可直接造成線粒體DNA損傷，另一方面容易引發線粒體DNA發生突變，進而導致呼吸鏈的電子傳遞受損，造成線粒體功能障礙，從而產生更多的ROS，然后進入到惡性循環當中。另外，線粒體損傷及功能障礙也可引起機體能量供應不足，導致ROS產生增加等。

2.3.4免疫功能-炎性衰老 Xia等〔27〕首次提出炎性衰老的概念，指機體在衰老過程中出現低程度的促炎性反應狀態，并隨著衰老的加劇而進行性增高。研究表明，炎癥因子可通過使細胞產生ROS并激活ATM/P53/P21(WAF1/Cip1)通路誘導上皮細胞衰老〔28〕。

2.3.5表觀遺傳學 表觀遺傳學指在DNA序列不變的情況下，DNA和組蛋白修飾導致的基因表達失衡，主要有DNA甲基化、組蛋白的乙酰化和甲基化等。研究表明，表觀遺傳機制在人類衰老進程中發揮著重要作用，H3組蛋白相關的甲基化轉移酶可抑制促增殖細胞周期基因和DNA損傷反應基因的表達，間接降低SASP的分泌〔29〕。許多哺乳動物細胞中與衰老相關的異染色質聚集區呈現高度凝聚染色質和異色的組蛋白修飾相關〔30〕。

3 毒品濫用及依賴加速機體衰老

毒品濫用及依賴是高度復雜的行為障礙，也是一種嚴重的精神疾病〔31〕。其加速衰老則是來自基因、環境、行為因素及疾病發生發展的相互作用結果。毒品濫用及依賴一方面會引起機體自身的功能損害，另一方面也會引發與年齡相關的疾病的早期發作〔32〕。目前針對毒品濫用的研究主要集中在神經系統、心血管系統、免疫系統等方面。

3.1毒品類型 毒品指鴉片、海洛因(白粉)、甲基苯丙胺(冰毒)、大麻、可卡因等目前未被認可臨床使用的列為管制的精神活性物質，和未按照醫療規范使用或由國家認可的、企業生產的或未在國家有關規定范圍內流通的精神活性藥物。毒品的種類繁多，其主要分類有：麻醉藥品，如阿片類(鴉片、海洛因、嗎啡、哌替啶等)、可卡因類(巴蘇克、克賴克、古柯茶等)、大麻類(大麻酚等)和精神藥品，如中樞興奮劑(苯丙胺、甲基苯丙胺、咖啡因等)、中樞神經抑制劑、致幻劑等。目前毒品濫用及依賴常見種類包括海洛因、甲基苯丙胺、大麻、可卡因。

3.2毒品加速衰老相關機制猜想

3.2.1氧化應激損傷 研究表明，毒品依賴機制大多與中樞神經系統突觸遞質異常釋放的獎賞效應相關。此外，毒品濫用已被證實可導致神經毒性。甲基苯丙胺進入機體可通過破壞囊泡單胺轉運體(DAT)的功能，刺激神經接頭處兒茶酚胺的釋放增加及部分阻斷其再攝取〔33，34〕，可卡因在體內中樞神經系統中的作用主要是通過阻斷突觸間隙中多巴胺的再攝取來調節神經遞質的釋放〔35〕，導致神經末梢多巴胺(DA)耗竭，最終導致多巴胺和去甲腎上腺素等神經遞質釋放到突觸間隙的量增多，大量釋放的DA可被自氧化及單胺氧化酶(MAO)促氧化產生大量ROS〔36，37〕。同樣，海洛因已被證實可提高突觸間隙多巴胺的水平，使活性氧自由基生成增加。另外，海洛因濫用可導致小鼠體內的抗氧化酶活性下降,使得氧化和抗氧化水平失衡加重氧化應激損傷〔38〕。活性氧因具有高度活性的性質，故容易造成DNA、蛋白質、脂質等生物大分子損傷。研究表明甲基苯丙胺濫用可對人體細胞引發DNA損傷和染色體的畸變，這可能與DNA的氧化損傷有關〔39〕。另外相關研究數據表明，海洛因或者甲基苯丙胺的毒品濫用人群中外血端粒長度的縮短與正常對照人群相比具有顯著性差異〔40，41〕。

3.2.2線粒體損傷 甲基苯丙胺具有親脂性，能以擴散的方式通過線粒體膜，代謝可產生活性氧并改變T淋巴細胞內鈣離子水平導致線粒體損傷〔42，43〕。研究表明安非他命類(甲基苯丙胺等)毒品的濫用會增加肺動脈高壓患者線粒體功能紊亂及線粒體DNA損傷〔44〕。物質代謝的主要場所是肝臟，有研究者通過對甲基苯丙胺成癮大鼠模型的肝細胞作為研究對象，發現甲基苯丙胺的使用可降低肝細胞的線粒體膜電位水平，提示線粒體膜的損傷是ROS產生的結果〔45〕。此外，甲基苯丙胺的暴露可導致促凋亡蛋白表達的增加和抗凋亡蛋白表達的減少，最終細胞凋亡增加〔46〕。可卡因的暴露可使小膠質細胞的線粒體膜電位水平下降，導致線粒體耗氧量下降及線粒體的功能受損〔47〕等。線粒體損傷會導致細胞代謝功能紊亂，增加ROS產生，導致正常的氧化呼吸鏈電子傳遞受到影響，進而產生更多的ROS。另外在甲基苯丙胺介導的大鼠海馬鼻咽癌細胞的凋亡過程中，凋亡細胞線粒體功能降低〔48〕。另外有研究表明增加線粒體DNA的突變會導致小鼠可出現過早衰老的表現〔49〕。

3.2.3免疫功能-炎性衰老 毒品濫用對機體免疫功能有著多重影響，且普遍具有抑制作用〔50〕。成癮性藥物進入機體后，其成癮機制與中樞神經系統損傷相關，致癮性物質可促進中樞神經系統的免疫細胞激活并促進炎癥細胞因子表達增加〔51〕，改變機體細胞生存的內環境平衡穩態，進而造成神經毒性作用。研究表明，長期酒精、甲基苯丙胺及可卡因的濫用可通過激活NF-κB信號通路增強小膠質細胞活性和激活模式識別受體，引起促炎癥細胞因子釋放增加，誘導神經炎癥〔52，53〕。此外，甲基苯丙胺的濫用可誘導炎癥反應和通過激活多巴胺D1樣受體加重神經炎癥〔54〕，導致自然殺傷細胞、樹突細胞及白細胞數量減少，刺激巨噬細胞后導致促炎癥細胞因子的表達水平升高〔55〕。

3.2.4表觀遺傳學改變 研究表明，慢性可卡因和海洛因的刺激對小鼠的大腦和肝臟中總體甲基化的狀態未見明顯差異，但不排除在特定解剖區域的甲基化有差異表現〔56〕。但是在可卡因成癮的大鼠模型中，研究者發現其伏隔核的c-fos基因甲基化水平下降〔57〕，但也有報道稱可卡因導致DNA的甲基化水平升高〔58〕。小鼠海洛因成癮模型研究中，其血清的抗氧化能力明顯下降，提示海洛因可影響機體氧化應激能力〔1〕。甲基苯丙胺可造成大鼠特定區域腦組織DNA損傷〔35〕。并導致DNA甲基化異常〔59〕，同時，也可誘導小鼠腦神經元的氧化應激的毒性損傷，增加神經元細胞凋亡等〔60～62〕。

4 改善衰老的方法

針對毒品濫用及依賴導致的機體衰老加速，從根本原因上講，毒品戒治對延緩機體衰老顯得尤為重要。從應激性衰老機制研究方面，導致機體損傷的中心環節是ROS和炎癥因子的產生增多，AMPK和mTOR信號通路是機體內感受能量變化的經典信號通路，能量飲食限制是目前運用最廣泛、證據最充足的抗衰老方法。大量研究表明，適量運動、二甲雙胍等可通過調控AMPK和mTOR信號通路來延緩衰老進程。從理論上講，抗氧化劑的運用及抗氧化蛋白的表達增加可抵抗機體氧化應激，達到改善衰老的作用。研究表明，抗氧化劑氫的應用可通過ROS/P53/P21信號通路緩解SD大鼠的衰老〔63〕，白藜蘆醇、褪黑素、槲皮素、膽囊收縮素〔64〕等抗氧化劑可調節衰老相關信號通路起到抗衰老作用〔54〕。基于復制性衰老理論學說，通過維持端粒酶活性可有延緩衰老的作用。此外，良好的飲食和生活習慣，如規律的作息安排、適當的運動鍛煉、保持心情的愉悅等，可有延緩衰老的作用。

綜上，目前研究表明氧化應激、線粒體功能障礙、炎癥損傷等均可能參與了毒品所誘導的神經毒性機制等〔65〕。毒品進入機體干擾正常生理活動，從而產生軀體和生理依賴性。毒品濫用會增加患帕金森病、精神分裂癥、腦卒中、高血壓性心臟病、肺動脈高壓等疾病的風險。此外，毒品代謝和毒品影響機體內其他物質代謝所產生的ROS增多，造成機體生物大分子受到損傷，多種因素的相互作用導致氧化應激、細胞衰老、表觀遺傳學改變、端粒長度的縮短和神經炎癥反應及心、腦血管、腎臟和肝臟疾病的早期發作等。各種功能的紊亂降低了機體對外界損害的反應力，從而導致各種疾病的發生發展。毒品濫用及依賴誘導的機體多系統毒性可誘發與年齡有關的疾病早期發作。所以重視濫用及成癮者的加速衰老對于預防過早發病和死亡至關重要。為了獲取毒品而從事的非法性交易增加了感染獲得性免疫缺陷綜合征、性病、丙型肝炎和乙型肝炎的風險〔55,65〕。隨著對機體衰老機制研究的不斷深入，毒品濫用及依賴加速機體衰老的諸多因素也會逐漸得到認識。多種毒品的濫用，特別是合并濫用處方藥物和非法藥物的情況在以后的研究中需要得到重視。目前，抗氧化劑的研究及應用，對蛋白質穩態的調節，免疫及炎癥的調節等對機體衰老的有一定的延緩作用，所以通過研究毒品對機體損傷的作用靶點來尋求更加精確的治療方法是未來研究的目標。以后應從更多方面充分考慮毒品濫用及依賴對機體的損害，如毒品依賴合并HIV感染者的衰老原因的機制研究等，從而改善和提高毒品濫用及依賴者的生活和生存質量。