錢 雯 ，駱 丹，周炳榮

1 衰老的特征

衰老是生物隨著時間推移，導致細胞功能逐漸退化自發(fā)的持續(xù)過程，是機體內(nèi)所有細胞、組織、器官和整體普遍存在的現(xiàn)象。各種因素的個體作用及其相互作用均在機體的老化過程中起作用。隨著人口逐漸老齡化，對機體衰老機制的研究也逐步深入。皮膚作為機體最外在的器官，首先反應出機體的衰老，所以越來越得到關注。皮膚老化可以表現(xiàn)為皮膚變薄，皮下脂肪減少，產(chǎn)生皺紋、松弛、粗糙、干燥等。皮膚老化是多種原因共同作用的結(jié)果，盡管現(xiàn)階段對其產(chǎn)生機制知之甚少，但尚有一部分機制已經(jīng)被證實，如DNA損傷修復、線粒體機制、細胞凋亡、細胞自噬及氧化損傷等均在皮膚老化過程中起到重要作用。雖然皮膚衰老不能停止，但是減輕這些因素的毒性作用可以減慢衰老。目前發(fā)現(xiàn)腫瘤的發(fā)生也與衰老息息相關，大量研究證實，許多藥物抗腫瘤的同時兼有抗衰老作用。

2 肌肽的生化作用及生理特征

肌肽在1900年由俄羅斯化學家Gulewitch和Amiradzibi在牛肉提取物中發(fā)現(xiàn)，它是由β-丙氨酸和L-組氨酸組成的一種二肽，自然存在于機體多種組織中，尤其在肌肉及腦組織中含量豐富。肌肽主要在骨骼肌、心肌及某些特定的大腦區(qū)域由肌肽合成酶合成，通過肌肽酶降解為β-丙氨酸及L-組氨酸[1]。其最常見的變異體為甲基化類似物如鵝肌肽、蛇肌肽，兩者均通過L-組氨酸的咪唑環(huán)被甲基化形成，除了結(jié)構相同，也表現(xiàn)出類似的生物活性。肌肽、鵝肌肽、蛇肌肽統(tǒng)稱為組氨酸二肽。決定肌肽在肌肉中含量的因素主要有纖維類型、性別、年齡、運動量以及食物等。肌肽的作用廣泛，有抗氧化、金屬離子螯合、酸堿緩沖、抗衰老等作用。在動物實驗研究中發(fā)現(xiàn)，肌肽對許多老年相關性的疾病均能起作用，如促進傷口愈合，對阿爾茨海默病、帕金森病、腦卒中以及糖尿病腎病均有益等。

3 肌肽抗衰老機制

3.1 抗自由基損傷

自由基學說已經(jīng)是現(xiàn)在所公認的有關皮膚衰老的機制。氧參與生物體呼吸鏈過程，但同時也是產(chǎn)生氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的來源。正常情況下自由基的產(chǎn)生與清除處于平衡狀態(tài)。隨著年齡的增長及抗氧化酶活性的減退，氧自由基產(chǎn)生增多而清除作用減弱，導致皮膚中ROS過多的積聚，使細胞膜、蛋白質(zhì)及核酸受到損傷。ROS能夠激活體內(nèi)的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路而最終破壞皮膚結(jié)構，MAPK通路包括4條途經(jīng)分別是細胞外信號調(diào)控蛋白激酶（extracellular signal-regulated protein kinase，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、細胞外信號調(diào)控蛋白激酶5（extracellular signal-regulated protein kinase5，ERK5）、p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）。其中JNK可以激活活化蛋白-1（AP-1），進而刺激基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）產(chǎn)生。MMPs是一組鋅依賴內(nèi)肽酶，在許多生理和病理過程包括皮膚老化中扮演著復雜的角色。MMP-1可以降解真皮組織中完整的膠原蛋白及彈性蛋白，同時MAPK通路的激活可以抑制前膠原DNA的產(chǎn)生，最終導致真皮結(jié)構的破壞，形成皮膚的老化[2]。所以清除自由基或者減少自由基的產(chǎn)生對抗衰老至關重要。

3.1.1 清除自由基作用 肌肽能夠清除自由基及一些氧化產(chǎn)物，從而起到抗皮膚衰老作用。肌肽對機體的其他組織同樣具有清除自由基的效果。Ayd?n 等[3]在通過高脂飲食并低劑量鏈脲佐菌素注射誘導2型糖尿病大鼠中發(fā)現(xiàn)其ROS、丙二醛（malondialdehyde，MDA）及高級糖基化終產(chǎn)物（advanced glycosylation end products，AEGs）的產(chǎn)生顯著增加，這時肌肽的添加可以顯著減少氧化產(chǎn)物及糖化產(chǎn)物如ROS、MDA及AEGs等的積累，從而減輕組織器官的損傷。Walsh等[4]證實熱量限制可以通過減少自由基損傷從而延長壽命。肌肽也能夠緩解ROS帶來的DNA氧化損傷[5]，其可能機制是，在三價鐵離子存在條件下，減弱AEGs導致DNA裂解；也可能通過隔絕ROS及脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物如羥基壬烯醛（hydroxynonenal，HNE）和丙二醛來使DNA損傷達到最小。選擇性的與金屬離子如Cu+、Fe2+螯合及咪唑環(huán)的作用可以減少羥自由基的產(chǎn)生。

3.1.2 減少線粒體功能損傷 肌肽可以通過保護線粒體功能及減少ROS的產(chǎn)生延緩衰老。線粒體是ROS產(chǎn)生的重要場所，過量ROS 的積累會導致線粒體DNA（mtDNA）突變。由于其缺少組蛋白修飾及缺乏修復機制，所以相對基因組DNA來說有更高的突變率。mtDNA的損傷導致電子傳遞及氧化磷酸化過程中的缺陷，最終導致三磷酸腺苷（ATP）生成減少，引起細胞供能不足，進而導致皮膚衰老。Ouyang等[6]發(fā)現(xiàn)氧葡萄糖剝奪-再恢復能夠顯著減少線粒體膜電位并且增加ROS水平，然而肌肽存在的情況下可以逆轉(zhuǎn)膜電位減少同時抑制ROS的產(chǎn)生。這也是肌肽調(diào)節(jié)線粒體能量代謝的機制。Corona[7]等證實了肌肽對線粒體功能有很強的保護作用，可能與肌肽的抗自由基損傷有關。

3.1.3 抗氧化作用 肌肽通過減少關鍵中間產(chǎn)物—活性羰基物質(zhì)的產(chǎn)生或阻止其與蛋白質(zhì)結(jié)合等以抑制進一步的氧化產(chǎn)物形成，最終減少黑素及脂褐素產(chǎn)生。ROS參與脂質(zhì)過氧化反應，即與細胞膜中的多不飽和脂肪酸反應，生成活性羰基類物質(zhì)如MDA、HNE等。這些活性基團接著又可以參與蛋白質(zhì)氧化反應，導致蛋白質(zhì)羰基化，交聯(lián)的羰基化蛋白很難被溶解，進而在細胞內(nèi)積聚，最終導致老年色素等物質(zhì)的形成，這些均是造成皮膚粗糙變黑的原因。人體成纖維細胞中的蛋白質(zhì)羰基會隨著機體年齡的增長而不斷增加[8]。

光老化過程中長波紫外線(ultraviolet A, UVA)可以誘導醛類物質(zhì)，如HNE等的產(chǎn)生，醛類通過修飾皮膚中的彈性蛋白并且使其對彈性蛋白酶的消化作用產(chǎn)生抵抗。實驗表明，肌肽能夠清除HNE，MDA，甲基乙二醛，乙二醛等活性羰基類物質(zhì)，而對HNE的清除最為明顯[9]。在多個實驗中均可以觀察到肌肽的添加能夠有效降低處理組中MDA的水平[10,11]。肌肽通過與蛋白質(zhì)羰基的作用形成蛋白質(zhì)-羰基-肌肽化合物來抑制細胞內(nèi)蛋白質(zhì)羰基的毒性作用。肌肽可以阻止4-羥基壬烯醛（4-HNE）與彈性蛋白的結(jié)合，從而減輕脂質(zhì)過氧化帶來的損傷[12]。Ayd?n等[10]通過將肌肽添加到D-半乳糖誘導的衰老小鼠中，證實了肌肽能夠顯著降低由衰老導致的蛋白質(zhì)羰基的增加，這可能與肌肽的抗氧化及抗糖化作用有關。

3.2 抑制端粒縮短

端粒是染色體末端重復的DNA序列，通過保護染色體免受降解及抑制端端融合來維持染色體的穩(wěn)定。端粒的長度與細胞分裂次數(shù)成正比，在出生時端粒長度最長，隨著年齡的增長便會逐漸縮短。正常人體細胞有一定的分裂次數(shù)限制[13]，所以端粒的縮短被認為與機體的衰老相關。而端粒酶能夠使端粒延長。

Ait-Ghezala等[14]證實了肌肽能夠激活端粒酶，抑制端粒縮短，進而延緩衰老。同時還發(fā)現(xiàn)將多種天然產(chǎn)物如肌肽、維生素D3、綠茶提取物、甘氨酸等以一定的濃度及比例添加，能夠起到協(xié)同及擴大作用。Shao等[15]發(fā)現(xiàn)成纖維細胞在含20 mmol/L肌肽的培養(yǎng)液中生長可以減慢端粒的縮短并且可以延長細胞壽命，當細胞處于增殖抑制狀態(tài)時，肌肽的存在可以減少端粒碎片的積累，故而認為減少端粒縮短及端粒DNA損傷是肌肽能夠延長壽命的機制之一。

3.3 抗糖基化作用

蛋白質(zhì)糖基化是蛋白質(zhì)翻譯后修飾的重要過程之一。含醛基的糖和蛋白質(zhì)的氨基殘基在無酶條件下發(fā)生連接首先形成席夫堿（Schiff base），再經(jīng)過一段時間的重新排列后形成較為穩(wěn)定的早期糖基化產(chǎn)物即酮氨類化合物（amadori 產(chǎn)物），amadori產(chǎn)物再經(jīng)過脫水重排后形成高活性的羰基化合物如丙二醛（malondialdehyde，MG）等，再與蛋白質(zhì)的游離氨基反應通過環(huán)化作用、氧化作用及脫水形成更為穩(wěn)定的高級糖基化終產(chǎn)物（advanced glycosylation end products，AGEs）。這一過程稱為美拉德（Maillard）反應[16]。隨著年齡增長，AGEs也在積累，對組織器官造成損傷[17]。真皮組織主要由成纖維細胞產(chǎn)生的膠原纖維、彈性纖維及細胞外基質(zhì)構成。彈性蛋白及膠原蛋白參與非酶糖基化反應生成AGEs，形成膠原蛋白及彈性蛋白的交聯(lián)產(chǎn)物，氧化膠原剛開始能夠被膠原酶所降解，隨著膠原的交聯(lián)逐漸加重，膠原蛋白的溶解性下降[18]，難溶解的膠原蛋白的堆積，導致組織的通透性下降，造成細胞間營養(yǎng)及代謝產(chǎn)物的交換障礙，最終導致皮膚彈性下降及皺紋的產(chǎn)生。

肌肽可以與體內(nèi)的活性物質(zhì)反應，保護蛋白質(zhì)不被糖基化，同時肌肽可以與已經(jīng)發(fā)生糖基化的蛋白質(zhì)產(chǎn)物作用，阻止糖基化蛋白質(zhì)的進一步交聯(lián)。肌肽抑制AEG產(chǎn)生可能是由于在與活性二羰基化合物的反應中，由β-丙氨酸衍生來的自由氨基酸基團競爭蛋白質(zhì)的氨基酸基團。AGEs在體內(nèi)以多種結(jié)構形式存在，其中較為常見的就是羧甲基賴氨酸（carboxymethyllysine，CML）、戊糖素等。在一項雙盲安慰劑對照隨機臨床試驗中，Houjeghani等[19]發(fā)現(xiàn)口服肌肽制劑能夠顯著降低CML水平，與之類似的血清戊糖素水平也得到了明顯改善。Ayd?n 等[10]在其實驗中發(fā)現(xiàn)肌肽的加入能夠降低由D-半乳糖誘導的衰老小鼠中AGE及ROS等的水平。

3.4 使衰老的細胞恢復活力

早在1994年，McFarland 和 Holliday[20]在實驗中觀察到肌肽對成纖維細胞的生長、形態(tài)以及壽命的作用。他們發(fā)現(xiàn)高濃度的肌肽（20～50 mmol/L）可以延緩衰老，并且可以使已經(jīng)衰老的成纖維細胞恢復活力。在肌肽存在的情況下，分裂次數(shù)已經(jīng)達到接近Hay fl ick分界線的成纖維細胞可以呈現(xiàn)出一種不衰老的形態(tài)，而將這些細胞轉(zhuǎn)移到不含肌肽的培養(yǎng)液中時，它們很快又恢復衰老形態(tài)。雖然肌肽不能使Hay fl ick分界線延長，但它能夠延長細胞的壽命。類似的，在加速衰老的小鼠模型中，補充標準的飲食可以減少其老年性特征的發(fā)展，并使小鼠的平均壽命延長20%，但是對小鼠的最大壽命的延長作用不是很明顯[21]。

3.5 抗腫瘤作用

腫瘤與衰老的發(fā)生密不可分，隨著年齡的增長，腫瘤的發(fā)生率也顯著提高，這可能與DNA的損傷修復功能隨著年齡的增長逐漸減退有關。同時癌基因可以誘導細胞的衰老?？茖W家們發(fā)現(xiàn)即使在有氧存在的情況下，腫瘤細胞仍舊會優(yōu)先利用葡萄糖進行有氧糖酵解產(chǎn)生乳酸，以產(chǎn)生ATP，這一現(xiàn)象被稱為 Warburg 效應。所以可以推斷抑制腫瘤細胞糖酵解活動可以抑制腫瘤的增生。Ding等[22]通過測量人肝癌細胞的存活率發(fā)現(xiàn)，肌肽可以顯著抑制腫瘤細胞的生長，并且這一現(xiàn)象表現(xiàn)為濃度依賴性。并且由此推斷肌肽將來或許可以用于抑制人腫瘤細胞的增殖，達到抗腫瘤的目的。肌肽也可以顯著抑制人宮頸腺癌細胞的增殖，并且對人宮頸腺癌細胞的抑制作用強于鱗癌細胞。Bao等[23]通過一系列實驗證實，肌肽抑制人宮頸腺癌細胞增殖的作用可能與其參與調(diào)節(jié)線粒體功能，糖酵解通路及細胞周期有關。

3.6 調(diào)節(jié)細胞自噬及細胞凋亡

細胞自噬及凋亡與衰老及衰老相關性疾病密切相關。自噬是細胞通過溶酶體對細胞內(nèi)代謝產(chǎn)物，如異常修飾蛋白，蛋白質(zhì)聚合物及損壞的細胞器等的自我消化過程。因此，自噬能夠控制細胞內(nèi)蛋白質(zhì)及細胞器的質(zhì)量以維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。在許多衰老的模型中可以觀察到自噬行為的減少，而通過藥理和遺傳方法上調(diào)自噬活動可以緩解與年齡相關的疾病的發(fā)生，但是另一方面，過度的自噬反而會加速衰老。所以合理的調(diào)控自噬系統(tǒng)在抗衰老的研究中至關重要。沉默信息調(diào)節(jié)因子-1（silence signal regulating factor-1，SIRT-1）可以促進溶酶體形成，以激活自噬功能，加速清除細胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物，延緩衰老。類似的細胞凋亡與衰老也是相互調(diào)節(jié)，相互影響，而肌肽可以通過合理調(diào)節(jié)細胞凋亡以減慢衰老進程。雖然目前關于肌肽對自噬系統(tǒng)調(diào)節(jié)方面的報道比較少，但是相信這一理論可以在后續(xù)的實驗中逐步得到證實。

3.7 其他

肌肽能通過許多其他的途徑來抑制衰老。肌肽是雷帕霉素類似物[24]，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路的激活是導致細胞衰老的驅(qū)動力，肌肽可以通過抑制mTOR信號通路來加強對細胞周期的阻滯，以抑制由UVA引起的真皮成纖維細胞的衰老表型的出現(xiàn)[25]。

綜上所述，肌肽的抗衰老機制主要是抗氧化、抑制端?？s短、抑制線粒體損傷、抗糖基化、抗腫瘤等作用，不僅能夠抑制細胞衰老，還能夠延緩與衰老相關的一些疾病的發(fā)生發(fā)展。雖然目前已有一些研究，但是在肌肽抗皮膚老化方面的研究還不是很多。關于肌肽對細胞自噬、細胞凋亡及與去乙酰化酶的調(diào)節(jié)的研究作用，也需要在后續(xù)實驗中進一步驗證。相信隨著研究的深入，肌肽能夠廣泛運用于各領域。