衰老是一種自然的、不可避免的生命過程,是一種復雜的自然現(xiàn)象,主要表現(xiàn)為機體結構和功能的衰退以及適應性和抵抗力的降低。衰老的進行性發(fā)展可引發(fā)多種疾病,使國家疾病負擔日益加重,這已成為我國乃至全世界面臨的重大問題。細胞自噬被認為與衰老有著密切的聯(lián)系,通過干預細胞自噬改善衰老狀態(tài)已成為近年研究的新方向。

1 衰老的概述及其相關學說

衰老是機體各種生化反應及體內外諸多因素綜合作用的結果,表現(xiàn)為機體各器官、組織和細胞結構的退行性變及其機能的衰退。隨著現(xiàn)代研究技術的不斷發(fā)展,人們對于衰老的認識也逐漸深入,從自然界中尋找某些活性物質對衰老發(fā)生機制進行干預來延緩其進程已成為當下科學研究的一大熱點[1]。

目前,人們普遍認可的有關衰老機制的學說主要有以下幾種:基因學說、自由基學說、線粒體損傷學說、內分泌功能減退學說、免疫衰老學說、糖基化衰老學說、DNA損傷積累學說、端粒縮短學說等,其中對自由基學說和線粒體損傷學說的研究較多。自由基學說認為自由基具有極強的氧化能力,可使生物膜中不飽和脂類發(fā)生過氧化,使得生物膜硬化而影響細胞的物質交換[2],且自由基對生物大分子物質的氧化損傷也會加速衰老進程[3]。線粒體損傷學說認為老化組織細胞中線粒體煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)水平降低,而提高線粒體NAD+水平則可以延緩細胞衰老[4]。其他一些有關學說也分別從不同的角度對衰老的機制作出了合理的論述。

2 細胞自噬及調節(jié)自噬的幾種通路和因子

細胞自噬是一個廣泛存在于真核細胞生物內進化保守的分解代謝途徑,主要分為兩個步驟。首先,細胞內的目標物被膜結構包裹形成自噬小泡并與溶酶體結合形成自噬溶酶體。然后,自噬溶酶體將被包裹的物質進行降解[5]。在酵母菌和哺乳動物細胞中,當營養(yǎng)缺乏時自噬可以降解大分子物質生成營養(yǎng)物和能量供細胞利用。自噬還可以降解細胞內異常的蛋白質、脂質等維持細胞穩(wěn)態(tài),如實驗已證明miR-124能通過靶向基因Bim調節(jié)自噬,下調與帕金森病(PD)相關的突變α-突觸核蛋白(α-SYN)的表達而保護1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)誘導的慢性PD小鼠模型多巴胺神經(jīng)元以改善小鼠的PD癥狀[6]。在氧化應激狀態(tài)下,自噬可以緩解細胞的氧化損傷狀態(tài),起到保護細胞的作用,如提高自噬水平可以減輕對硝基酚(PNP)對雌性小鼠生殖細胞的氧化損傷[7]。不僅如此,自噬還影響著生物體的很多生理和病理活動,例如饑餓適應[8]、腫瘤抑制[9]、細胞的生存和死亡[10]等,自噬也可以促進多種細菌和病毒的降解,在感染性疾病中起到保護作用[11]。

細胞自噬的調節(jié)與多個通路和因子有關,目前研究比較透徹的是 Bcl-2蛋白家族、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)通路和p53通路。還有一些自噬相關通路和因子近來也引起了研究者們的極大關注,如sirtuin type3(SIRT3)蛋白可以通過去乙?；疐orkhead box O3(FOXO3a)增加自噬相關蛋白 Bnip3和Nix的表達及LC3Ⅱ/Ⅰ的比值誘導線粒體自噬。有研究表明激活sirt3-foxo3a-parkin信號通路可以保護鏈脲佐菌素(STZ)誘發(fā)的糖尿病心肌病小鼠模型的心肌細胞[12]。微小RNA(miRNA)也可通過多種途徑對自噬進行調控,如miR-30a,miR-376b和miR-216a可直接負性調控Beclin-1的表達降低自噬活性[13],miR-155可以沉默mTOR上游與3′-UTR結合的自噬負調控因子Rheb促進自噬來減輕細胞氧化損傷和衰老[14]。

3 自噬與衰老的關系

細胞自噬和細胞衰老都是細胞對刺激的應答方式,大量證據(jù)表明自噬可以調節(jié)細胞衰老進程并影響細胞的壽命。隨著年齡的增大,機體自噬水平會下降,表現(xiàn)為老化的組織中自噬相關蛋白和其他誘導自噬的蛋白表達下降[15]。研究還發(fā)現(xiàn),衰老模型小鼠自噬抑制因子miR-22表達增加,且miR-22能誘導心臟成纖維細胞的衰老和遷移,說明抑制自噬會加重衰老相關病理[16]。

3.1 自噬與老年病 細胞自噬不僅對衰老本身有重大意義,而且在衰老相關疾病中也起到重要作用。PD、阿爾茨海默病(AD)和亨廷頓病(HD)是一些與年齡相關的神經(jīng)退行性病變,常伴有異常蛋白的積聚,其降解途徑主要涉及泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬。

3.1.1 PD：PD是常見的年齡相關的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,其發(fā)病機制主要是線粒體功能障礙,路易小體中的α-SYN的累積是加重線粒體功能障礙的因素之一,且功能障礙的線粒體需要向自噬體轉移進行清除。自噬的幾種類型中,主要是大自噬(包括線粒體自噬)和分子伴侶介導的自噬參與PD的發(fā)病過程[17]?，F(xiàn)也有研究證明，miR-124通過靶基因Bim能有效促進MPTP誘導的PD小鼠模型的自噬過程而減少多巴胺能神經(jīng)元的缺失[6]。這提示我們,改善細胞自噬水平可能是減輕PD癥狀的一個有效的神經(jīng)保護措施。

3.1.2 AD：AD是發(fā)生于老年前期和老年期的一種蛋白異常折疊和聚積的疾病,主要病因是微管結合蛋白Tau過度磷酸化形式異常累積,導致神經(jīng)纖維纏結以及神經(jīng)斑塊中β-淀粉樣肽(Aβ)累積。自噬可以清除異常蛋白而對該疾病具有一定的保護作用,且Beclin-1被證明與這一機制密切相關。研究發(fā)現(xiàn),模型小鼠AD早期受影響的腦區(qū)Beclin-1明顯減少,而Beclin-1的過表達則可以減少模型小鼠 Aβ所致的病理結果,因此,通過某些途徑提高Beclin-1水平來改善自噬可能成為治療AD的新方法[18]。

3.1.3 HD:HD病人主要的病理變化是第四號染色體上的亨廷頓基因1號外顯子5′端的CAG三核苷酸序列重復擴增導致突變的亨廷頓蛋白(mHtt)在神經(jīng)元內聚集[19]。HD自噬改變的確切途徑尚不完全清楚,但是增強自噬已被證明有助于清除mHtt。在典型的自噬途徑中ULK1磷酸化Atg14促進Vps34脂質激酶活性,而在HD細胞模型和動物模型中發(fā)現(xiàn)Atg14磷酸化和Vps34活性受損,這表明激活ULK1和Vps34可能是治療HD的潛在靶點[20]。

3.2 自噬與抗衰老藥物的研究現(xiàn)狀 近年來,人們對細胞自噬與衰老及衰老相關疾病的相互關系有了更加深入的研究,通過調節(jié)自噬來改善衰老或疾病狀態(tài)逐漸成為人們所期待的延長壽命的可能方式。通過實驗室細胞培養(yǎng)、動物模型和臨床試驗涌現(xiàn)出一大批調節(jié)細胞自噬的藥物,被廣泛關注的主要有以下幾種。

3.2.1 雷帕霉素:雷帕霉素是吸水鏈霉菌產生的一種具有廣泛抑制增殖作用的大環(huán)內酯類抗生素。在對自噬的調節(jié)中,哺乳動物mTOR通路及其相關因子發(fā)揮了直接的調節(jié)作用,雷帕霉素是mTOR通路最為直接的抑制劑,其通過與細胞內分子量12 kU的受體FKBP12(FKB506結合蛋白)結合形成 FKBP-雷帕霉素復合物,再與 mTOR的FRB區(qū)相結合,從而抑制mTOR的激酶活性,誘導自噬發(fā)生[21]。實驗已發(fā)現(xiàn)雷帕霉素誘導自噬可激活PI3K/Akt1-mTOR-CREB信號通路而減輕AD大鼠模型的神經(jīng)退行性損傷[22],提示我們,運用雷帕霉素可能成為治療AD的一種新方式。

3.2.2 白藜蘆醇:白藜蘆醇是葡萄、虎杖、決明子、花生等天然植物合成的一種天然多酚化合物,是一種卡路里限制模仿物,有延長壽命的功效?，F(xiàn)已證實,白藜蘆醇對衰老的保護作用是基于SIRT1依賴性的自噬激活[23]。mTOR/Rictor、 Akt/m TOR、AMPK/SIRT1、ROS、P38 MAPK、JNK 等也可能是介導白藜蘆醇調節(jié)自噬的重要分子,它還可以通過直接調節(jié)Atg7來調節(jié)自噬。在一項關于衰老C57小鼠心肌功能檢測的研究中發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇能恢復SIRT1的活性,降低 Beclin-1乙酰化,提高衰老心肌的自噬水平,這也為白藜蘆醇治療衰老相關的心臟疾病提供了新的依據(jù)[24]。

3.2.3 其他有關自噬的抗衰老藥物:亞精胺是一種天然存在的多胺,可調控多種不同的細胞生命活動,用其處理酵母細胞能夠延長酵母細胞壽命，可能是由于影響了許多自噬蛋白的乙?；癄顟B(tài)而增強細胞自噬活性。海藻糖是一種天然非還原性雙糖,其對多種生物活性物質具有非特異性保護作用。研究發(fā)現(xiàn)海藻糖能通過P38 MAPK依賴性信號傳導途徑促進大鼠瓣膜細胞自噬，比二甲基亞砜(DMSO)能更好地保持凍存大鼠瓣膜細胞功能,這為瓣膜移植物的儲存提供了新的有意義的冷凍保存方法[25]。中藥在抗衰老作用的研究中意義深遠,某些中藥對細胞自噬也有一定的調控作用,如枸杞多糖[26]、青蒿素[27]、姜黃素[28]等,這些將來也可能成為自噬相關抗衰老藥物的研究對象。

4 結語

衰老過程中伴有自噬活性的減低,通過適度調節(jié)自噬可以延緩衰老、改善老年相關疾病。但是,人們對自噬的過程了解和掌控的還不夠全面,對自噬的研究大多還是基于實驗室細胞或動物模型。目前,影響自噬的化合物缺乏特異性和靶向性,因而調節(jié)自噬的藥物在衰老相關疾病或者其它疾病的治療中還沒有被很廣泛地應用。值得肯定的是,通過調節(jié)自噬延緩衰老的方法已經(jīng)被越來越多的研究者所認同,從整體水平上調節(jié)自噬來改善衰老狀態(tài)已成為一種可能,相信隨著對衰老與自噬研究的不斷深入,越來越多的自噬相關抗衰老藥物會走進人們的生活中,使人們從中受益。