黎健

北京醫(yī)院 國(guó)家老年醫(yī)學(xué)中心 國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)北京老年醫(yī)學(xué)研究所,北京100730

人的認(rèn)知能力包括執(zhí)行能力、工作記憶和情景記憶,其會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)有所下降。因?yàn)殡S著年齡的增長(zhǎng),腦器官逐漸發(fā)生衰老,導(dǎo)致腦功能的下降,表現(xiàn)為學(xué)習(xí)能力、記憶能力、注意力、決策速度、感官知覺(jué)(視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)和味覺(jué))以及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性的衰退。腦衰老可提高神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的易感性,與年齡相關(guān)的腦功能下降在50歲之后顯著加快,當(dāng)步入60、70和80歲后,患神經(jīng)退行性疾病的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)越來(lái)越高,其中阿爾茨海默病(AD)和帕金森病(PD)最為常見(jiàn)。深入了解和探究腦衰老與神經(jīng)退行性疾病的奧秘如腦衰老有何特征?衰老如何誘發(fā)神經(jīng)退行性疾病?腦衰老能否延緩?將對(duì)AD和PD等神經(jīng)退行性疾病的預(yù)防、早期診斷和治療具有重要意義。

1 腦衰老的特征

在正常衰老過(guò)程中,腦會(huì)逐漸萎縮,灰質(zhì)和白質(zhì)減少,腦室增大。磁共振成像顯示,與增齡相關(guān)的灰質(zhì)減少在顳葉和額葉最為顯著。衰老過(guò)程中腦萎縮的比率可以預(yù)測(cè)是否會(huì)發(fā)展成認(rèn)知障礙和癡呆。在細(xì)胞和分子水平上腦衰老具有10個(gè)特征[1]。

1.1 線粒體功能障礙 線粒體分布在神經(jīng)元的樹(shù)突和軸突,在神經(jīng)細(xì)胞能量代謝和鈣穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。腦衰老過(guò)程中線粒體增大或破裂,線粒體DNA氧化損傷增加,電子傳遞鏈(ETC)功能受損,膜去極化線粒體數(shù)量增加,Ca2+處理能力受損,以及觸發(fā)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)形成的閾值降低。線粒體功能的下降涉及氧化型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)水平和NAD/還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)比率的下降。在衰老過(guò)程中腦中的大多數(shù)細(xì)胞類型可能都會(huì)發(fā)生功能障礙的線粒體積累。

1.2 氧化損傷的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)積累 在衰老過(guò)程中,由于氧化失衡——活性氧(ROS)產(chǎn)生增加和/或抗氧化防御能力降低,神經(jīng)元往往會(huì)積累功能障礙的聚集性蛋白質(zhì)和脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物。神經(jīng)元產(chǎn)生的活性氧主要來(lái)源于線粒體呼吸和各種氧化酶產(chǎn)生的超氧陰離子自由基、過(guò)氧化氫與Fe2+或Cu+反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基,以及由于相應(yīng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平升高而產(chǎn)生一氧化氮(NO)?？寡趸烙芰p弱和移除氧化損傷分子的能力受損將加速衰老。

1.3 能量代謝失調(diào) 隨著衰老,腦組織細(xì)胞中的葡萄糖代謝發(fā)生紊亂。由于衰老細(xì)胞響應(yīng)胰島素信號(hào)、轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的能力受損,血液循環(huán)中葡萄糖濃度會(huì)增加。神經(jīng)元在衰老過(guò)程中也會(huì)發(fā)生胰島素抵抗和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)障礙,表現(xiàn)為放射性標(biāo)記的葡萄糖攝取正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)成像顯示葡萄糖利用率逐漸降低,并且這種葡萄糖代謝異常在顳葉、頂葉、額葉以及運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域尤為突出。在腦衰老過(guò)程中,多種脂質(zhì)代謝發(fā)生改變,表現(xiàn)為長(zhǎng)鏈神經(jīng)酰胺和富含脂質(zhì)的細(xì)胞積累,以及腦組織中omega-3脂肪酸水平下降。

1.4 細(xì)胞“廢物處理”機(jī)制受損(溶酶體和蛋白酶體功能障礙) 清除受損和功能障礙的分子和細(xì)胞器對(duì)神經(jīng)元十分重要。受損的細(xì)胞成分被分子受體識(shí)別,并將它們轉(zhuǎn)移到溶酶體或蛋白酶體,從而被降解。在自噬過(guò)程中,受損成分被包裹在膜狀吞噬泡中,吞噬泡隨后與溶酶體融合,并將內(nèi)容物釋放到酸性溶酶體腔中,在水解酶作用下被降解。如果細(xì)胞中包含的未降解物、功能失調(diào)的線粒體和多泛素化蛋白的自噬小泡呈增齡性累積,表明神經(jīng)元衰老過(guò)程中發(fā)生蛋白酶體降解和自噬功能受損。

1.5 適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)信號(hào)通路受損 神經(jīng)元不斷受到代謝、離子和氧化應(yīng)激的影響,這些應(yīng)激來(lái)自神經(jīng)元內(nèi)部正常的電化學(xué)活動(dòng),以及外部的系統(tǒng)性生物能量挑戰(zhàn)和生理、心理應(yīng)激。三磷酸腺苷消耗、Ca2+和ROS是細(xì)胞做出適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)的3個(gè)主要啟動(dòng)因子。適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)信號(hào)通路可能在衰老過(guò)程中受損,從而使神經(jīng)元易受損傷。例如,胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF-1)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)、神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)信號(hào)在腦衰老過(guò)程中由于神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子表達(dá)減少和受體表達(dá)或下游信號(hào)的改變而受損。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子缺陷可能導(dǎo)致衰老過(guò)程中神經(jīng)元線粒體功能、Ca2+處理和抗氧化防御功能受損。

1.6 DNA修復(fù)功能受損 在衰老過(guò)程中,線粒體和細(xì)胞核中的DNA經(jīng)常受到ROS的破壞,而細(xì)胞對(duì)這些損傷DNA的修復(fù)功能受損,如一些DNA修復(fù)蛋白的表達(dá)和(或)酶活性降低,就會(huì)導(dǎo)致受損的核DNA和線粒體DNA數(shù)量增加,尤其在核DNA的某些區(qū)域特別是涉及突觸可塑性和線粒體功能的基因啟動(dòng)子區(qū)域容易發(fā)生氧化損傷的累積,從而加速神經(jīng)元衰老。

1.7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)異常 整個(gè)腦神經(jīng)回路以興奮性谷氨酸能神經(jīng)元為基礎(chǔ),它們具有復(fù)雜的樹(shù)突,并通過(guò)長(zhǎng)軸突與其他谷氨酸能神經(jīng)元和抑制性γ-氨基丁酸能中間神經(jīng)元形成突觸。不同神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性和突觸活動(dòng)的適當(dāng)整合是正常腦功能所必需的。在腦衰老過(guò)程中,腦區(qū)域內(nèi)和腦區(qū)域之間的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)發(fā)生異常,使神經(jīng)回路容易受到過(guò)度興奮性和興奮毒性損傷。例如,膽堿能神經(jīng)元的神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)在學(xué)習(xí)和記憶、決策和情緒調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用,他們的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致老年人的認(rèn)知障礙和抑郁。

1.8 神經(jīng)元鈣離子(Ca2+)調(diào)節(jié)能力失調(diào) Ca2+可以調(diào)節(jié)神經(jīng)元功能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性,涉及記憶的形成和維持。在正常生理情況下,神經(jīng)元能將Ca2+動(dòng)態(tài)控制在生理范圍內(nèi),而在衰老過(guò)程中,神經(jīng)元Ca2+調(diào)節(jié)能力失調(diào),衰老損傷了Ca2+誘導(dǎo)的后超極化,從而增加了Ca2+內(nèi)流和從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放的Ca2+,引起胞質(zhì)Ca2+水平異常升高,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)磷酸化、細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)和基因表達(dá)的失調(diào)?；謴?fù)神經(jīng)元Ca2+穩(wěn)態(tài)可改善衰老引起的認(rèn)知障礙。

1.9 干細(xì)胞耗竭[2]成年哺乳動(dòng)物的大腦含有2 個(gè)神經(jīng)干細(xì)胞(NSC)儲(chǔ)存庫(kù):側(cè)腦室下區(qū)(SVZ)和海馬齒狀回(DG)。這些神經(jīng)微環(huán)境含有可以被激活以產(chǎn)生活躍增殖神經(jīng)干細(xì)胞(aNSCs)的靜息態(tài)神經(jīng)干細(xì)胞(qNSCs)。aNSCs具有分化為神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞或星形膠質(zhì)細(xì)胞的潛能。NSC增殖和產(chǎn)生新神經(jīng)元的能力在發(fā)育后急劇降低,并在衰老過(guò)程中持續(xù)下降,這與年齡有關(guān)的神經(jīng)退行性疾病發(fā)生率增加相關(guān)。在衰老過(guò)程中,NSC微環(huán)境中炎癥細(xì)胞因子增加,小膠質(zhì)細(xì)胞活化和T細(xì)胞浸潤(rùn),導(dǎo)致NSC的數(shù)量和功能下降。

1.10 炎癥反應(yīng)增加 局部炎癥是腦衰老的一個(gè)常見(jiàn)特征。膠質(zhì)細(xì)胞,特別是小膠質(zhì)細(xì)胞,通常在衰老的腦中表現(xiàn)出一種激活狀態(tài),產(chǎn)生促炎癥細(xì)胞因子,包括白細(xì)胞介素(IL)-1β、IL-6和腫瘤壞死因子α (TNF-α)。補(bǔ)體級(jí)聯(lián)是一種“攻擊”和破壞細(xì)胞膜的蛋白-蛋白相互作用的連續(xù)反應(yīng),它也可能在衰老的腦中被激活,并與AD的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。補(bǔ)體級(jí)聯(lián)的遺傳或藥理學(xué)抑制作用可改善正常衰老期間以及AD發(fā)生過(guò)程的突觸丟失和神經(jīng)元死亡。另外,活化的小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)一種誘導(dǎo)型NO合酶,并產(chǎn)生大量NO,可引起神經(jīng)元氧化損傷。

2 衰老如何誘發(fā)神經(jīng)退行性疾病

PET研究發(fā)現(xiàn),腦的葡萄糖代謝能力受損發(fā)生在AD發(fā)病的極早期,甚至在明顯的臨床癥狀出現(xiàn)之前。尸檢表明,AD患者的易受損腦區(qū)內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體水平、ETC復(fù)合物活性以及糖酵解通量發(fā)生降低。PD患者的控制運(yùn)動(dòng)腦區(qū)內(nèi)葡萄糖利用率降低,受PD影響的神經(jīng)元表現(xiàn)出線粒體呼吸鏈功能減退。

大量證據(jù)表明,腦衰老標(biāo)志作用于Aβ斑塊和pTau神經(jīng)纖維纏結(jié)的上游。腦衰老產(chǎn)生線粒體功能障礙、氧化損傷的蛋白質(zhì)積累、鈣離子調(diào)節(jié)能力失調(diào)和溶酶體功能受損,促進(jìn)Aβ清除下降和前體APP裂解增強(qiáng),導(dǎo)致Aβ斑塊聚積和pTau神經(jīng)纖維纏結(jié)的形成。而Aβ與pTau的沉積加劇氧化損傷的蛋白質(zhì)積累、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)和線粒體功能障礙,引起突觸衰退,導(dǎo)致神經(jīng)元死亡,神經(jīng)元大量喪失[1]。

在PD發(fā)生過(guò)程中,腦衰老產(chǎn)生線粒體功能障礙、氧化損傷的蛋白質(zhì)積累、鈣離子調(diào)節(jié)能力失調(diào)和溶酶體和蛋白酶體功能受損,促進(jìn)神經(jīng)毒性形式的α-突觸核蛋白在細(xì)胞質(zhì)中累積,類似于AD患者神經(jīng)元中異常的pTau神經(jīng)纖維纏結(jié)。反過(guò)來(lái),α-突觸核蛋白的累積與線粒體功能障礙都會(huì)加劇氧化應(yīng)激與DNA損傷,破壞神經(jīng)元Ca2+穩(wěn)態(tài),促進(jìn)神經(jīng)炎癥的發(fā)生,導(dǎo)致突觸衰退和神經(jīng)元死亡[1]。

分析腦衰老向神經(jīng)退變和AD演變的過(guò)程發(fā)現(xiàn),腦衰老時(shí)有Aβ表達(dá)增高,但無(wú)老年斑沉積;發(fā)展到神經(jīng)退變時(shí)有老年斑形成,但無(wú)代表病理性損傷的神經(jīng)纖維纏結(jié)存在;演變到AD時(shí)除大量老年斑出現(xiàn)外,還有神經(jīng)纖維纏結(jié)形成。研究表明,從腦組織出現(xiàn)老年斑到臨床AD發(fā)病間隔約15年。因此,延緩腦衰老是防治神經(jīng)退行性疾病的關(guān)鍵。

3 延緩腦衰老的新策略

3.1 改善生活方式

3.1.1 間歇性能量限制 從進(jìn)化的角度來(lái)看,在食物匱乏的時(shí)候,成功爭(zhēng)奪有限的食物來(lái)源使得腦和身體功能良好的個(gè)體得以被自然選擇保留下來(lái)。而在現(xiàn)代社會(huì)中,人們普遍的飲食模式是每日進(jìn)食三餐加零食。為了延緩腦衰老,人們?cè)囼?yàn)了許多飲食干預(yù)措施,其中最受歡迎的當(dāng)屬間歇性禁食。所謂間歇性禁食,即交替進(jìn)行禁食和攝食,通常分為3種形式:一種是隔日禁食:以2 d為1個(gè)周期,36 h 無(wú)卡路里攝入,隨后的12 h隨意飲食。就是每2天的周期里,只有半天可以隨意吃,其余時(shí)間只喝水。另一種是5∶2飲食:隔日禁食的改良版本,以1周7 d為1個(gè)周期,每周7 d中有2 d限制只吃1頓中等份量的食物。再有一種就是限時(shí)進(jìn)食:以1 d為1個(gè)周期,每天在特定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)食,通常為4～10 h,以8 h最為常用。進(jìn)食期間沒(méi)有卡路里限制,其余時(shí)間不進(jìn)食[3]。間歇性能量限制能改善認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)能力,并保護(hù)神經(jīng)元免受癲癇、腦卒中、PD和AD導(dǎo)致的功能障礙和退化。其機(jī)制可能涉及這種禁食與進(jìn)食之間的交替觸發(fā)了一種代謝轉(zhuǎn)換,即一種本能的應(yīng)對(duì)食物短缺的適應(yīng)模式。一旦細(xì)胞能量耗盡,即快速獲取基于糖的儲(chǔ)備能量,并開(kāi)始以較慢的代謝模式將脂肪轉(zhuǎn)化為能量時(shí),就會(huì)啟動(dòng)這種轉(zhuǎn)換。肝臟將脂肪酸轉(zhuǎn)化為酮體用于供能,血液中酮體水平就會(huì)提升,而酮體能夠調(diào)節(jié)機(jī)體健康和衰老的多種蛋白和分子的活性及表達(dá)[4]。實(shí)際上,間歇性禁食并沒(méi)有對(duì)新陳代謝產(chǎn)生負(fù)面影響,也不會(huì)導(dǎo)致飲食紊亂。一些人擔(dān)心禁食會(huì)導(dǎo)致昏昏欲睡、無(wú)法集中精神,但很多人在禁食日感覺(jué)仍然精力充沛,不但不會(huì)感覺(jué)糟糕,甚至感覺(jué)更好。目前,間歇性禁食已納入一些醫(yī)院的醫(yī)療實(shí)踐中,對(duì)想要嘗試間歇性禁食的人給出了建議:(1)調(diào)整期:剛開(kāi)始禁食的人可能會(huì)出現(xiàn)頭痛、頭暈和便秘等不良作用,這在禁食1～2周后會(huì)消退。可以通過(guò)增加飲水量來(lái)緩解這段時(shí)間因脫水引起的不良作用。(2)運(yùn)動(dòng):可以在禁食期間進(jìn)行中等強(qiáng)度的耐力或阻力訓(xùn)練,但在運(yùn)動(dòng)后要吃禁食日餐。(3)禁食期間的飲食:間歇性禁食期間吃水果、蔬菜和全谷物有助于增加纖維攝入量,并有助于緩解禁食時(shí)伴隨的便秘。(4)酒精和咖啡因:對(duì)于那些隔日禁食或5∶2飲食的人,不建議在禁食日飲酒和咖啡,因?yàn)橛邢薜目防飻z入量應(yīng)該留給提供營(yíng)養(yǎng)的健康食品[4]。

3.1.2 適度運(yùn)動(dòng) 美國(guó)的研究人員對(duì)4 840名40歲以上的成年人進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)10年的追蹤。研究結(jié)果表明,有氧運(yùn)動(dòng)可減緩大腦萎縮,降低患AD的風(fēng)險(xiǎn)。40歲后,每天堅(jiān)持健走30～45 min,每周步行距離不低于10 km,將有助于預(yù)防大腦萎縮,使大腦保持年輕狀態(tài),預(yù)防AD的早期發(fā)作[5]。

Villeda團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》上報(bào)告,運(yùn)動(dòng)的老鼠在海馬體中生長(zhǎng)了大約2倍數(shù)量的新神經(jīng)元,海馬體是大腦中負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)和記憶的區(qū)域。然后,他們?cè)谛∈笱褐袑ふ液可仙陌l(fā)揮作用的蛋白質(zhì),發(fā)現(xiàn)這些在小鼠的肝臟中產(chǎn)生的一種叫作糖基化磷脂酰肌醇特異性磷脂酶D1(Gpld1)的蛋白質(zhì)。Villeda團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn),有規(guī)律鍛煉的老年人血液中的Gpld1水平明顯高于那些沒(méi)有鍛煉的老年人,表明老鼠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能也適用于人類[6]。

Chekroud團(tuán)隊(duì)用100多萬(wàn)美國(guó)人的大數(shù)據(jù)分析了不同種類運(yùn)動(dòng)和全因病死率的關(guān)系,結(jié)果表明,揮拍運(yùn)動(dòng)、有氧運(yùn)動(dòng)可分別降低全因病死率47%、27%。常用的有氧運(yùn)動(dòng)方式有行走、慢跑、騎自行車(chē)、游泳、健身操等。進(jìn)一步的分析顯示,每次鍛煉的最佳時(shí)長(zhǎng)應(yīng)該在45～60 min之間,而從頻次來(lái)說(shuō),1周3～5 d,每天1次獲益最高[7]。

適度運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致肝糖原儲(chǔ)存的間歇性消耗和脂肪酸生酮的動(dòng)員,并增加腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)。在腦細(xì)胞中一些信號(hào)通路被激活,包括營(yíng)養(yǎng)因子表達(dá)上調(diào),轉(zhuǎn)錄因子激活,編碼蛋白質(zhì)的基因表達(dá)增加,神經(jīng)可塑性和彈性增強(qiáng)。這些調(diào)節(jié)間歇性代謝挑戰(zhàn)的生物學(xué)過(guò)程包括線粒體生物發(fā)生和抗應(yīng)激、神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)通路的適應(yīng)性修飾、自噬增強(qiáng)、抗氧化防御和DNA修復(fù)、刺激神經(jīng)發(fā)生并抑制炎癥。間歇性代謝挑戰(zhàn)減緩了與年齡相關(guān)的神經(jīng)功能衰退,降低患AD和PD的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

3.2 老藥新用和潛在藥物

3.2.1 雷帕霉素 雷帕霉素是一種大環(huán)內(nèi)酯類化合物,首次發(fā)現(xiàn)于1960年,并作為抗真菌藥物從一種生存在拉帕努伊島上的細(xì)菌中分離出來(lái)。隨后,人們用雷帕霉素處理哺乳動(dòng)物細(xì)胞后發(fā)現(xiàn),其具有免疫抑制與抗細(xì)胞增殖的作用,因此常用作免疫調(diào)節(jié)劑來(lái)預(yù)防器官移植排斥反應(yīng)與心臟手術(shù)后再狹窄,并輔助癌癥化療。近年來(lái),雷帕霉素在幾乎所有的動(dòng)物模型中都展現(xiàn)出延緩衰老,延長(zhǎng)壽命的功效。雷帕霉素是通過(guò)抑制mTOR通路而延緩腦衰老,延長(zhǎng)壽命。mTOR是調(diào)節(jié)細(xì)胞和生物生理學(xué)的中心調(diào)節(jié)因子,可整合生長(zhǎng)因子、營(yíng)養(yǎng)和其他因素,對(duì)多種靶點(diǎn)進(jìn)行磷酸化,并調(diào)整細(xì)胞生長(zhǎng)、自噬作用、蛋白合成和降解等生理過(guò)程。研究表明,雷帕霉素能夠改善衰老相關(guān)的學(xué)習(xí)、記憶能力和探索能力的衰退。研究結(jié)果顯示,雷帕霉素可促進(jìn)PD小鼠模型神經(jīng)元的再生,改善PD的發(fā)展。然而,雷帕霉素的臨床應(yīng)用卻受到其不良反應(yīng)的限制,包括可能導(dǎo)致高血糖、高血脂、腎臟毒性和免疫抑制等。未來(lái),需要改進(jìn)目前雷帕霉素的給藥方案,如降低雷帕霉素的用藥劑量,可能在減少不良反應(yīng)的同時(shí),維持一定的抗衰老作用,另外還需進(jìn)行更多人體試驗(yàn),獲得更多的臨床前和臨床證據(jù),證明其在延緩衰老方面的作用[8]。

3.2.2 二甲雙胍 二甲雙胍是一種廣泛用于治療2型糖尿病的雙胍類藥物，是2型糖尿病防治指南中推薦的一線用藥。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn),服用二甲雙胍可以降低心血管疾病發(fā)生率、病死率、患癌率、總體病死率、抑郁癥和衰弱相關(guān)疾病的發(fā)病率。系列研究均表明二甲雙胍可以預(yù)防癌癥、心血管疾病、慢性腎臟、肝臟疾病和神經(jīng)退行性疾病。臨床前研究表明二甲雙胍具有延緩衰老的作用,二甲雙胍可以將秀麗隱桿線蟲(chóng)壽命增加36%,這一作用可歸因于AMPK活化、適應(yīng)性應(yīng)答反應(yīng)、溶酶體途徑和微生物組的代謝變化。此外,研究人員還對(duì)健康受試者進(jìn)行了一項(xiàng)小規(guī)模的短期干預(yù),發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可以觸發(fā)非糖尿病受試者(平均年齡為70歲) 衰老相關(guān)代謝與非代謝途徑。2015年,經(jīng)美國(guó)FDA 批準(zhǔn)的一項(xiàng)名為“使用二甲雙胍靶向衰老”(TAME) 的研究計(jì)劃旨在探究二甲雙胍對(duì)美國(guó)多個(gè)區(qū)域的3 000名65～79歲非糖尿病患者的影響。在藥物延長(zhǎng)健康壽命并預(yù)防多種衰老相關(guān)疾病的前提下,可以通過(guò)檢測(cè)衰老相關(guān)的多種指標(biāo),包括心血管疾病、癌癥、癡呆和病死率來(lái)評(píng)估二甲雙胍的影響。二甲雙胍具有良好的安全性,于是TAME計(jì)劃可以作為二甲雙胍(以及其他可能的延緩衰老藥物)臨床干預(yù)衰老的基準(zhǔn)[8]。這一研究將為二甲雙胍在抗衰老方面的開(kāi)發(fā)提供寶貴的信息。遺憾的是,由于新型冠狀病毒肺炎疫情在美國(guó)的大爆發(fā),影響了該計(jì)劃的順利開(kāi)展,看來(lái)短時(shí)間內(nèi)難以得出研究結(jié)論。

3.2.3 NAD+補(bǔ)充劑 NAD+是一種催化細(xì)胞代謝功能的輔酶,是能量代謝的中心分子,參與氧化還原反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為NADH。涉及NAD+氧化還原反應(yīng)的細(xì)胞代謝過(guò)程包括糖酵解、三羧酸循環(huán)以及β-脂肪酸氧化等。NAD+可以直接或間接影響許多關(guān)鍵的細(xì)胞功能,包括代謝途徑、DNA修復(fù)、染色質(zhì)重塑、細(xì)胞衰老和免疫細(xì)胞功能。這些細(xì)胞過(guò)程及其發(fā)揮的功能對(duì)于維持組織和代謝穩(wěn)態(tài)以及健康衰老至關(guān)重要。在哺乳動(dòng)物中,體內(nèi)NAD+的水平隨著年齡的增長(zhǎng)而降低,NAD+水平的下降與許多衰老相關(guān)疾病存在因果關(guān)系。衰老與大多數(shù)神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān),并伴隨著哺乳動(dòng)物大腦中細(xì)胞NAD+水平的降低。在加速衰老的幾種模型中都報(bào)告了NAD+消耗的現(xiàn)象,這些模型表現(xiàn)出神經(jīng)退行性變以及神經(jīng)退行性疾病,包括AD和PD。在與年齡有關(guān)的神經(jīng)退行性疾病期間,大腦中NAD+損失的根本原因和機(jī)制仍然未知。但是,有許多證據(jù)支持NAD+具有神經(jīng)保護(hù)作用,許多與衰老相關(guān)的疾病可通過(guò)恢復(fù)NAD+水平來(lái)減緩甚至逆轉(zhuǎn)。NAD+不會(huì)被細(xì)胞吸收,因此無(wú)法直接補(bǔ)充。利用NAD+的合成通路,可以通過(guò)補(bǔ)充NAD+的前體來(lái)提高它的水平。最常用的兩種前體為煙酰胺核糖(NR)和煙酰胺單核苷酸(NMN)。研究表明,NAD+前體NR和NMN改善了AD大鼠和小鼠模型中的神經(jīng)元細(xì)胞記憶和認(rèn)知功能,并在PD的模型顯示出神經(jīng)保護(hù)特性。重要的是,目前幾項(xiàng)使用NAD+前體(尤其是NR)的臨床試驗(yàn)正在進(jìn)行中,以期用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病和延緩衰老,這些試驗(yàn)拓展了人們對(duì)人類神經(jīng)退行性過(guò)程中NAD+代謝的了解。目前的臨床結(jié)果顯示NR能夠被身體吸收,可提高NAD+水平,也具有良好的安全性。但是它們?cè)趧?dòng)物模型中提供的益處能否在人體中重復(fù)仍然需要進(jìn)一步確認(rèn)。NAD+如何影響人類健康和衰老尚需更多研究,包括更加深入地探究調(diào)節(jié)NAD+水平的分子機(jī)制,探究在衰老過(guò)程中有效恢復(fù)NAD+水平的方法及安全性,補(bǔ)充NAD+前體對(duì)衰老人群的有益影響等[9]。

3.3 高新技術(shù)的應(yīng)用

3.3.1 交換年輕血液 2014年,Wyss-Coray團(tuán)隊(duì)采用一種叫作“異種共生”的實(shí)驗(yàn)方法,通過(guò)外科手術(shù),把不同年齡的小鼠縫合在一起,共享血液和血液流經(jīng)的器官,然后觀察對(duì)衰老的影響。將年輕小鼠的血漿輸給老年小鼠后,老年小鼠的大腦變年輕了,海馬成熟神經(jīng)元的樹(shù)突棘密度增加,突觸可塑性提高。與年齡相關(guān)的認(rèn)知障礙,包括情境恐懼條件反射和空間學(xué)習(xí)和記憶得到改善。表明老年小鼠在生命后期接觸年輕血液能夠恢復(fù)突觸可塑性并改善認(rèn)知功能[10]。此后,他們發(fā)現(xiàn)人臍帶血漿治療可改善老年小鼠的認(rèn)知功能,并找到了與大腦衰老密切相關(guān)的血漿蛋白:金屬蛋白酶組織抑制劑2(TIMP2)。TIMP2是一種富含于人臍帶血漿、幼鼠血漿和幼鼠海馬的血源性因子,在全身給藥后出現(xiàn)在大腦中,并增加老年小鼠的突觸可塑性和海馬依賴性認(rèn)知。研究結(jié)果表明,人臍帶血漿含有可塑性增強(qiáng)蛋白,具有高轉(zhuǎn)化價(jià)值,可用于靶向延緩衰老或改善疾病相關(guān)的海馬功能障礙[11]。

用從年輕小鼠身上獲得的蛋白質(zhì)來(lái)治療老年小鼠,似乎可以減緩健康狀況的下降,并延長(zhǎng)老年小鼠的壽命。美國(guó)Imai團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),年輕小鼠血液中的細(xì)胞外煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(eNAMPT)含量高,而老年小鼠血液中的eNAMPT含量低。血液中的eNAMPT含量與小鼠的壽命高度相關(guān),eNAMPT 越多,壽命越長(zhǎng),eNAMPT越少,壽命越短。eNAMPT 在NAD+代謝中起關(guān)鍵調(diào)控作用,下丘腦利用eNAMPT可產(chǎn)生NAD+。NAD+會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而不可避免地下降,隨著血液中eNAMPT水平的下降,下丘腦失去了正常運(yùn)作的能力,壽命縮短。給老年小鼠補(bǔ)充eNAMPT,似乎是提高NAD+燃料產(chǎn)量、防止衰老的一種途徑。從年輕小鼠血液中提取eNAMPT,并把它輸給老年小鼠,發(fā)現(xiàn)老年小鼠在健康方面有顯著的改善,對(duì)記憶和認(rèn)知功能性能測(cè)試表現(xiàn)更好,運(yùn)動(dòng)更活躍。當(dāng)接受eNAMPT治療時(shí),老年小鼠的跑輪行為、睡眠模式與年輕小鼠相似。還發(fā)現(xiàn),eNAMPT也存在于人類細(xì)胞外囊泡中。因此,未來(lái)應(yīng)該研究eNAMPT水平低是否與老年人的疾病有關(guān),以及在細(xì)胞外囊泡中補(bǔ)充eNAMPT是否可以作為老年人的抗衰老干預(yù)措施[12]。

一項(xiàng)隨機(jī)臨床試驗(yàn)探討用年輕人血漿治療AD的安全性、耐受性和可行性，結(jié)果表明,年輕人新鮮冷凍血漿輸注治療是安全的、耐受性良好且可行的。該研究的局限性在于樣本量小、持續(xù)時(shí)間短和研究設(shè)計(jì)的變化。這些結(jié)果值得在更大的雙盲安慰劑對(duì)照臨床試驗(yàn)中進(jìn)一步探索[13]。

3.3.2 注入年輕腦脊液 腦脊液是一種存在于大腦與脊髓中的液體,可以說(shuō)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的“血漿”,對(duì)正常的大腦發(fā)育至關(guān)重要,但隨著年齡增長(zhǎng),腦脊液的功能也在衰退。美國(guó)Wyss-Coray團(tuán)隊(duì)從年輕小鼠的腦室中提取液體,研究能否通過(guò)腦脊液的輸注恢復(fù)老年大腦的活力；結(jié)果表明,年輕小鼠的腦脊液提升了老年小鼠的記憶力,并促進(jìn)了少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的增殖與分化。進(jìn)一步借助單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù),揭示了記憶中心海馬體中的變化。少突膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)元末端生產(chǎn)一種名為髓磷脂的神經(jīng)元外側(cè)脂質(zhì)。如果將神經(jīng)元連接看作電線,那么覆蓋在神經(jīng)元周?chē)乃枇字拖喈?dāng)于電線的絕緣層,它們保護(hù)神經(jīng)元,并且促進(jìn)神經(jīng)元的高效交流。但隨著年齡增長(zhǎng),新生的少突膠質(zhì)細(xì)胞減少,髓磷脂產(chǎn)量也相應(yīng)地下降,失去絕緣層保護(hù)的神經(jīng)元的交流也受到阻礙。而在植入年輕腦脊液之后,這個(gè)過(guò)程得到了加強(qiáng)。那么,年輕腦脊液究竟是通過(guò)哪些信號(hào)分子提升了老年小鼠的記憶力?他們發(fā)現(xiàn),一種成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子Fgf17可能是其中的關(guān)鍵。當(dāng)他們將這種蛋白注入老年小鼠的腦脊液中,即使沒(méi)有年輕的腦脊液,這些小鼠的記憶力也得到了改善。相反,給年輕小鼠注射Fgf17抗體后,這些年輕小鼠的記憶力也下降[14]。

當(dāng)然,要想利用這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)出真正有效的療法,還有很長(zhǎng)的路要走。畢竟,在人體中提取、植入腦脊液,無(wú)論是技術(shù)還是倫理上,都面臨著巨大挑戰(zhàn)。相比之下,更可能實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化方式是利用小分子藥物來(lái)模擬Fgf17蛋白的作用,這也需要大量的后續(xù)研究。此外,除Fgf17外,是否還有其他蛋白質(zhì)會(huì)影響記憶,也需要更多研究來(lái)確認(rèn)。期待這項(xiàng)研究將成為一個(gè)起點(diǎn),為基于這類蛋白質(zhì)的潛在療法打開(kāi)全新的大門(mén)。從血液到腦脊液,這些不斷涌現(xiàn)的新發(fā)現(xiàn)或許最終能逆轉(zhuǎn)大腦衰老。

3.3.3 腸道菌群移植 人體內(nèi)和體表生活的微生物對(duì)健康產(chǎn)生影響并隨年齡變化。那些導(dǎo)致慢性炎癥、代謝功能紊亂和衰老相關(guān)疾病的微生物,可能會(huì)逐漸取代“友好”微生物——對(duì)新陳代謝和免疫系統(tǒng)產(chǎn)生有益影響的那些微生物。腸道微生物塑造局部免疫,也可能影響大腦的衰老,增加神經(jīng)退行性疾病風(fēng)險(xiǎn)。愛(ài)爾蘭Cork大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),移植年輕小鼠的腸道菌群給老年小鼠,能抵消小鼠大腦中與衰老相關(guān)的特定改變。研究人員將年輕小鼠(3～4月齡)或老年小鼠(19～20月齡)的糞菌移植給老年小鼠(19～20月齡),觀察腸道菌群的變化對(duì)免疫及腦功能的影響。有研究報(bào)道腸道菌群是宿主免疫的重要一環(huán),而免疫系統(tǒng)對(duì)與海馬體相關(guān)的認(rèn)知行為有著重要影響,因此免疫系統(tǒng)很可能是衰老進(jìn)程中腸道菌群與大腦功能改變的關(guān)鍵交叉點(diǎn)。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn),老年小鼠身上與衰老相關(guān)的免疫系統(tǒng)改變,在移植年輕小鼠菌群之后發(fā)生了逆轉(zhuǎn),獲得年輕小鼠糞菌移植的老年小鼠大腦也恢復(fù)了活力,并含有與年輕小鼠大腦相似的代謝物和基因調(diào)控模式。此外,在一些關(guān)于學(xué)習(xí)、記憶和焦慮的認(rèn)知測(cè)試中,年輕小鼠的糞菌移植也改善了老年小鼠的行為[15]。西班牙奧維耶多大學(xué)CarlosLópez-Otín團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),兩種不同的早衰小鼠模型都有腸道生態(tài)失調(diào)的特征,它們腸道菌群中的Proteobacteria菌和Cyanobacteria菌增多,而Verrucomicrobia菌減少。這一結(jié)果與人類早衰癥患者腸道菌群生態(tài)失調(diào)結(jié)果類似,此外,他們還研究了百歲老人的腸道菌群,發(fā)現(xiàn)Proteobacteria菌減少和Verrucomicrobia菌增多。研究人員移植了健康小鼠的腸道菌群給早衰癥小鼠,改善了早衰癥小鼠的健康狀況和壽命,并且單獨(dú)移植Verrucomicrobia菌也可以延長(zhǎng)早衰癥小鼠壽命。表明衰老與腸道微生物群之間存在聯(lián)系,糾正與老化相關(guān)腸道菌群生態(tài)失調(diào)是有益的,這為基于腸道菌群干預(yù)與衰老相關(guān)疾病提供了理論基礎(chǔ)[16]。這表明,為促進(jìn)健康老齡化,腸道菌群有作為治療靶標(biāo)的潛力。

3.3.4 清除衰老細(xì)胞 細(xì)胞衰老代表了一種細(xì)胞命運(yùn),其表現(xiàn)為穩(wěn)定的增殖阻滯,并常伴隨產(chǎn)生一種被稱為“衰老相關(guān)分泌表型”(SASP)的分泌。細(xì)胞衰老是器官乃至個(gè)體衰老的驅(qū)動(dòng)力,衰老細(xì)胞通過(guò)其分泌物包括細(xì)胞因子、趨化因子、生長(zhǎng)因子、蛋白酶和細(xì)胞外囊泡等可誘導(dǎo)鄰近細(xì)胞衰老,引起衰老細(xì)胞在器官組織累積,導(dǎo)致器官發(fā)生衰老,生理功能下降。衰老細(xì)胞在組織器官累積會(huì)導(dǎo)致衰老相關(guān)功能退化和疾病。因此,近年發(fā)展起來(lái)的特異清除衰老細(xì)胞有可能成為一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)改善健康壽命和減少多種與年齡相關(guān)的功能障礙的延緩衰老新策略。

嵌合抗原受體T細(xì)胞(CAR-T)治療已經(jīng)在某些血液腫瘤取得了成功,這些經(jīng)過(guò)基因工程改造的T細(xì)胞可準(zhǔn)確地裂解靶細(xì)胞。清除積累的衰老細(xì)胞已成為CAR-T細(xì)胞治療研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。美國(guó)Scott W.Lowe和Michel Sadelain研究團(tuán)隊(duì)在小鼠模型中使用嵌合抗原受體CAR-T細(xì)胞靶向抑制衰老細(xì)胞的候選靶標(biāo)——尿激酶型纖溶酶原激活劑受體(uPAR)。uPAR與細(xì)胞外基質(zhì)重塑相關(guān),在復(fù)制、致癌基因誘導(dǎo)和毒性誘導(dǎo)的衰老細(xì)胞表面上調(diào)。細(xì)胞毒性CAR-T細(xì)胞能夠在體外和體內(nèi)選擇性地清除表達(dá)uPAR的衰老細(xì)胞。小鼠模型中,CAR-T細(xì)胞介導(dǎo)的衰老細(xì)胞清除改善了存活率和組織病理學(xué)特征,表明這種衰老細(xì)胞清除療法的可行性和潛力[17]。然而,uPAR-CAR-T細(xì)胞雖然在清除衰老細(xì)胞、改善衰老表型上看到了作用,但稍過(guò)量的CAR-T會(huì)導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子表達(dá)、體重減輕和體溫過(guò)低等不良反應(yīng)。另外,衰老細(xì)胞清除療法的CAR-T細(xì)胞可能具有自我限制的特性,它們的擴(kuò)張和消退會(huì)在幾天內(nèi)發(fā)生,在急性到亞急性不良反應(yīng)的情況下是有風(fēng)險(xiǎn)的,因此在臨床給藥前還需進(jìn)一步優(yōu)化和測(cè)試[18]。

北京大學(xué)的鄧宏魁團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地發(fā)展了一種新型的前體藥物開(kāi)發(fā)策略,即基于溶酶體β-半乳糖苷酶(β-gal)的活性增加(衰老細(xì)胞的主要特征)來(lái)設(shè)計(jì)新化合物——前體藥物SSK1。SSK1進(jìn)入衰老細(xì)胞,可被衰老細(xì)胞中β-gal酶代謝激活發(fā)揮作用,靶向清除衰老細(xì)胞而不影響非衰老細(xì)胞活性。體外研究發(fā)現(xiàn),SSK1可以選擇性殺死不同種屬、不同細(xì)胞類型以及不用刺激因子誘導(dǎo)的衰老細(xì)胞。體內(nèi)研究表明,SSK1處理后,老年小鼠多個(gè)組織β-gal陽(yáng)性的衰老細(xì)胞數(shù)量減少,同時(shí)衰老相關(guān)基因如p16和p21的表達(dá)也被下調(diào),說(shuō)明SSK1可以有效清除老年小鼠中多個(gè)組織的衰老細(xì)胞,緩解年齡相關(guān)的機(jī)體功能衰退。另外,一系列實(shí)驗(yàn)證明了該藥物的安全性。這項(xiàng)研究表明,溶酶體β-gal可作為一個(gè)選擇性清除衰老細(xì)胞的有效靶點(diǎn),從而為開(kāi)發(fā)延緩衰老藥物提供了新的策略[19]。然而,這種療法可能會(huì)在具有高SA-β-gal活性的非衰老細(xì)胞中(如活化的巨噬細(xì)胞)受到脫靶效應(yīng)的影響。

此外,清除p16陽(yáng)性的星膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞,可以抑制神經(jīng)膠質(zhì)的累積,減少大腦皮質(zhì)和海馬區(qū)神經(jīng)元的退化,從而保持小鼠的認(rèn)知功能[20]。這些研究揭示了靶向清除衰老細(xì)胞有望改善衰老導(dǎo)致的慢性疾病包括神經(jīng)退行性疾病。