1 線粒體與衰老
衰老是指隨著年齡的增長而發生的機體生理功能總體下降的過程，與多種疾病如腫瘤、糖尿病、心血管疾病和神經退行性疾病等的發生密切相關．人類對衰老的認識已經從整體水平進入到細胞及分子水平，并提出了近 300 種學說或假說，例如基因衰老學說、端粒學說、自由基學說、線粒體 DNA損傷學說、染色體突變學說等．但是沒有一種學說可以全面闡明細胞及個體發生衰老的原因，其中英國學者 Harman 于 1950 年提出的自由基衰老學說最具影響力．線粒體在細胞的能量代謝中起關鍵作用．線粒體通過三羧酸循環和氧化磷酸化合成 ATP 為生命活動提供直接能量．在氧化磷酸化過程中，一方面提供了細胞代謝活動必需的ATP，另一方面有一部分電子直接漏給了氧氣產生大量的活性氧\\(reactive oxygen species，ROS\\)．可見，線粒體呼吸鏈是細胞內自由基產生的主要場所，且易受到氧化損傷影響．此外，線粒體還調控細胞凋亡、基因表達，調節細胞氧化還原電位、信號轉導及鈣離子、鐵離子及電解質的穩態平衡等．鑒于線粒體在細胞能量代謝、細胞凋亡調控和自由基代謝中的重要作用，普遍認為線粒體是細胞衰老的關鍵控制因素．線粒體功能的損傷與人類的衰老相關疾病的發生密切相關．在哺乳動物細胞內，ROS 的產生主要來源于線粒體氧化磷酸化過程的電子漏，另有少部分來源于細胞膜結合的酶系統的激活，如細胞色素 P450、過氧化酶系統、黃嘌呤氧化酶系統以及脂肪和其他大分子降解時的副產物等．正常生理條件下，線粒體氧化磷酸化過程中產生的少量自由基是機體執行正常生理功能所必需的．低濃度的自由基是細胞內眾多信號途徑的重要組分，如 ROS 可激活或促進JNK 的活化，反之，JNK 活化促進了 ROS 的產生，在ROS 和 JNK 之間可能存在一個正反饋效應．可見，ROS 可以通過 JNK、NF-κB 反饋調控細胞內的自由基水平．但是，高濃度的自由基或是自由基清除發生障礙，就會導致體內一些重要的酶失活、膜質損傷或誘導基因突變，這些損傷的積累進一步又會導致自由基水平的增加，從而誘發所謂的“惡性循環\\(vicious cycle\\)”，導致細胞甚至個體的衰老．因此控制自由基的總量平衡是維持機體平衡和正常生理活動的重要方面．細胞和線粒體內都存在能夠清除自由基的酶\\(如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等\\)，可清除過量的自由基，使自由基的產生與清除處于動態的平衡，進而能夠維持細胞和機體正常功能．線粒體含有自己獨立的 DNA，即 mtDNA．線粒體基因組在維持自身功能的完整性上起了重要的作用．線粒體編碼的 13 個蛋白多肽參與線粒體呼吸鏈蛋白復合體Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ和 ATP 酶的組裝，并在呼吸鏈的質子運輸中起關鍵作用．參與氧化磷酸化的其他大部分蛋白質都是由核 DNA 編碼，在細胞質中合成后轉運至線粒體上．線粒體受到損傷時會產生大量 ROS，容易造成線粒體 DNA 損傷．而線 粒 體 自 身 DNA 修 復 機 制 很 弱 ， 由 此 造 成mtDNA 的突變率明顯高于核 DNA．因此相對于核 DNA，mtDNA 更容易由于突變聚積，從而引起蛋白質損傷及呼吸鏈功能缺陷．由于線粒體基因組在氧化磷酸化中的重要功能，mtDNA 突變的積累引發能量危機、氧化應激及細胞損傷，最終導致衰老．近年來，人們了解到 mtDNA 的突變可能引起疾病，并且隨著衰老的進程mtDNA突變率增加．在人類和獼猴等不同的組織中，發現突變的mtDNA隨著衰老而逐漸累積．對線粒體 DNA 聚合酶缺失的小鼠研究表明，mtDNA 突變的累積導致過早衰老．該小鼠表現為壽命變短，并出現了過早老化的表型．該模型鼠的氧化磷酸化能力雖然嚴重受損，但是 ROS 產生水平并沒有顯著增加．這個發現打破了經典的觀點和理論，即 mtDNA 突變的聚集可能是線粒體呼吸鏈受損和“viciouscycle”的激活引起的．研究人員還發現，衰老過程不僅受到個體一生中線粒體 DNA 損傷累積的影響，還受到遺傳自其母親的mtDNA 的影響．有證據表明，來自母系遺傳的輕微mtDNA 損傷促進了衰老過程．生活方式干預是否有可能影響 mDNA損傷程度，這一問題還有待研究．研究結果還表明，靶向線粒體功能的治療干預有可能影響衰老的時間進程．各種膳食控制和藥物可以上調線粒體功能和/ 或減少線粒體毒性，比如抗氧化劑．也有證據表明，mtDNA 突變的累積不一定是損傷積累造成的，而可能是由于在生命過程中復制發生錯誤的 mtDNA 克隆性擴增造成的．mtDNA突變在正常衰老組織中只占整體水平的小部分，而mtDNA 突變究竟是如何引起衰老的機制仍不是很清楚．因此，為了深入了解 mtDNA 突變在衰老過程中所起的作用，有必要研究降低mtDNA 突變水平是否對健康或是生命延長產生影響．
2 細胞自噬與衰老
細胞自噬\\(Autophagy\\)是在營養缺乏條件下，真核生物中細胞內物質進行循環利用的重要生理過程，在細胞內蛋白質和細胞器質量控制中發揮關鍵作用．細胞自噬過程中一些蛋白或細胞器被雙層膜結構的自噬體包裹后，送入溶酶體或液泡中進行降解并得以循環利用．細胞自噬可分為非選擇性自噬\\(如營養因子等相關的 mTOR 信號通路依賴\\)和選擇性自噬\\(受體或者 p62 介導\\)．衰老細胞的特征之一是細胞內損傷物質的清除功能降低，導致異常折疊蛋白質和受損細胞器的過度積累，進而導致生命有機體生存能力降低．細胞自噬能夠降解受損蛋白質和衰老或損傷的細胞器等細胞結構，也是細胞內主要的代謝途徑，參與衰老以及與衰老相關的各種病理過程．因此細胞自噬水平的降低與衰老密切相關．
2.1 mTOR信號通路
mTOR 信號通路是調控細胞生長與增殖的重要通路，主要是從營養狀態、能量水平以及生長因子等信號整合在一起，調控細胞生長信號通路，包括細胞自噬、能量代謝以及腫瘤生成等．在所有的真核生物中 mTOR 是非常保守的，而且哺乳動物mTOR存 在 兩 個 不 同 的 復 合 物 ， mTORC1 和mTORC2，分別通過輔助蛋白質 Sin1、Raptor 和Rictor等結合．兩個 mTOR 復合物調控機制是不同的．一般認為，mTORC1 對雷帕霉素\\(rapamycin\\)敏感，而 mTORC2 對雷帕霉素不敏感．其中mTORC2 主要調控肌動蛋白細胞骨架的排列、細胞的存活、脂質的合成等過程，而 mTORC1 信號途徑通過響應生長因子和營養因子參與調控細胞生長．目前的研究初步闡明了 mTORC1 響應的氨基酸信號機制．首先 Rag GTPases 起到非常關鍵的作用，Rag 蛋白會形成異源二聚體\\(RagA/RagB 結合RagC/RagD\\)定位在溶酶體的面上．氨基酸會通過促進 GDP 與 RagA/RagB或者 RagC/RagD 結合而激活Rag 二聚體，進而會促進 mTORC1 與 Rag 在溶酶體表面結合．接頭蛋白 p62 與 Rags 結合，促進Rag復合物的形成，最終激活 mTORC1．另外，還可以通過與小 GTPase-Rheb 結合而激活，而Rheb 主要通過 TSC1/TSC2 響應生長因子信號．其他對營養敏感的蛋白激酶對于維持代謝過程中的細胞內穩態起著非常重要的作用．例如，活化的AMPK 會通過關閉消耗 ATP 代謝途徑而促進產生大量的 ATP．相反，在營養缺乏條件下，活化mTORC1 會加速合成代謝過程，如蛋白質合成或者細胞生長所需的其他物質．另外 AMPK 可以通過抑制 mTORC1 活性而影響體內糖的代謝．mTORC1 還可以調節包括如 eIF4 和 S6K1 等轉錄調控因子的磷酸化狀態調節蛋白質合成．AMPK廣泛存在于真核細胞中，可調節糖類、脂類等的分解與合成，在維持細胞內能量代謝平衡中發揮重要作用．當細胞饑餓時，AMP/ATP 比值增加，絲氨酸 / 蘇氨酸激酶 LKB1 直接磷酸化激活AMPK，磷酸化 TSC2，進而抑制 mTORC1 活性，引起自噬的發生．同時，AMPK 也可不經過 TSC而直接磷酸化抑制 mTORC1 復合體亞基 Raptor，增強自噬．而在哺乳動物中 AMPK 除了抑制mTOR 促進自噬形成，還可以通過磷酸化 ULK1Ser-317 位點和 Ser-777 位點直接誘導自噬的發生.
而且發現 ULK1 與 AMPK 的相互作用可以參與mTORC1介導 ULK1 的 Ser-757 位的磷酸化調控.最新發現 AMPK 與 Vps34 復合體參與了細胞對糖的代謝調控，而且 AMPK 可以調控 Vps34 復合體的不同組成．AMPK 可以通過磷酸化 Vps34 的Tyr-163/165位點而抑制非自噬 Vps34 復合體的功能，進而抑制 PI3P 產生而保護細胞．另外，AMPK也可以通過磷酸化 Beclin 1 Ser-91/94 位點激活促自噬 Vps34 復合體來誘導細胞自噬，在此過程中 Atg14L 起著非常重要的調節作用．ULK1和 ULK2 被統稱為 ULK 激酶．研究表明 ULK1 蛋白激酶是自噬啟動和進展的重要調控因子．而只有在 Vps34 被募集到自噬體上時，ULK1激 酶 活 性 才 能 夠 被 激 活．Vps34 復 合 體 含 有Vps15、Belcin 1 和 Atg14 等多種成分．當氨基酸缺乏或 mTOR 活性受抑制時，激活的 ULK1 會磷酸化Beclin-1 的 Ser-14 位點，進而提高 VPS34 復合體活性．通過 ULK1 磷酸化 Beclin-1 是哺乳動物誘導自噬的必要條件．ULK1被證明參與了體內唯一自噬相關膜蛋白ATG9a 的運輸以及在自噬體的組裝．在 酵 母 和 哺 乳 動 物 中 ， 已 經 研 究 證 實mTORC1調控 ULK1 激酶的活性，而對 mTORC1的功能調控卻有不同的機制．在酵母體內，ATG1\\(ULK1 的同源蛋白\\)可以與 Atg3，Atg17\\(哺乳動物同源蛋白 FIP2000\\)相互作用形成具有活性的激酶復合體，在饑餓時，TORC1 可以多個位點磷酸化Atg13 來抑制其從 Atg1 復合體的解離，進而形成激活的 Atg1-Atg13-Atg17 復合體，誘導自噬的發生．但是最新研究也發現，在酵母中還存在 Atg1復合體激酶的穩定性不受 TORC1 或者營養因子的調控這種新的機制．在哺乳動物體內，mTORC1并不影響 ULK1 復合體的形成，而是通過磷酸化ULK1 來抑制其激活，而上游 AMPK 激酶能夠破壞二者之間的相互作用．在細胞處于營養缺乏時，mTORC1也可以直接磷酸化 VPS34 復合體的亞基Atg14 進而激活其活性．此外，AMBRA1 作為Beclin 1的結合蛋白，也被發現是 ULK1 的磷酸化底 物 ． 而 在 細 胞 內 抑 制 mTORC1 活 性 時 ，AMBRA1 可以被去泛素化，進而可以募集并與泛素連接酶 TRAF6 結合使 ULK1 發生 63 位泛素化，促進 ULK1 自我解離；相反的，mTORC1 可以在Ser-52 位磷酸化 AMBRA1，抑制 ULK1 的泛素化修飾．
2.2 選擇性自噬
越來越多的證據表明，細胞可以 “選擇性”自噬降解某些特定蛋白質、細胞器或入侵的細菌等．選擇性自噬可以在體內自發組成，也可以使用藥物等誘導細胞產生．目前大量報道，p62 參與了細 胞 選 擇 性 自 噬 的 過 程 ．p62 可 以 通 過 其LC3-Interacting Region \\(LIR\\)結構域與細胞自噬的關鍵分子 ATG8/LC3 相互作用．同時發現，在自噬缺陷的小鼠體內 p62 會累積，從而證實 p62 可以參與自噬調節過程．在哺乳動物細胞和果蠅細胞中，p62與 NBR1 一起參與調節錯誤折疊蛋白及蛋白聚集體或功能喪失的細胞器通過自噬途徑降解的過程，這些蛋白或者細胞器通常都被多聚泛素化修飾．另外，p62 還參與介導多聚泛素化底物走向蛋白酶體降解途徑．以 tau 蛋白為例，p62 通過其 PB1 結構域結合于蛋白酶體的 S5a 亞基[，同時通過其UBA 結構域與多聚泛素化的 tau 蛋白相互作用，進而促進tau 蛋白通過蛋白酶體途徑降解．p62作為信號分子，一方面可以通過激活TRAF6/TRAF6/ NF-κB途徑促進細胞生存，或者通過Caspase-8 的寡聚化及其下游的效應分子促進細胞死亡，另一方面，p62 也可以通過與 NRF2 和Keap1結合來穩定 NRF2，從而激活 NRF2 轉錄調控基因的表達．而 p62 的過量累積或者聚集會導致這些信號通路的過度活化．目前研究發現，在自噬缺陷型小鼠體內，多聚泛素化蛋白有明顯的累積．而細胞自噬喪失被認為阻礙胞內成分轉化并影響某些底物的蛋白體降解．p62 具有一個泛素化相關結構域，因此可以作為一個自噬受體來降解一些泛素化蛋白，如泛素化的聚集體、受損的線粒體、泛素化的過氧化物酶體、微生物或者病毒等．目前研究已經證實，p62 與NDP52/Optineurin 介導入侵的微生物經過泛素化選擇性降解．此外，p62 選擇性降解底物受到激酶的調控，如CK2或者 TBK1\\(炎癥因子誘導\\)磷酸化p62 在 Ser-403 位點促進底物的選擇性降解．最近研究發現了 p62 另外的重要磷酸位點及其功能，把Keap1-NRF2和選擇性自噬信號通路通過連接p62 Ser-351 磷酸化調控聯系起來．Parkin 介導的線粒體自噬會募集 p62 到線粒體上參與 VDAC1 蛋白的降解．細胞自噬紊亂會伴隨著 p62 大量積累，進一步導致大量含有 p62 和泛素的自噬體或聚集體的形成．這種聚集體的形成已經發現與很多神經退行性疾病密切相關，如阿爾茨海默病、帕金森病、肌萎縮性脊髓側索硬化癥，甚至與酒精性肝炎和脂肪肝炎等肝臟疾病也有相關，此外，還有惡性神經膠質瘤和肝細胞癌．在小鼠肝臟或者大腦中敲除 Atg7 表達，分別在肝臟細胞或者神經元細胞中發現 p62 陽性的聚集體．非常有意義的是，通過敲除 p62 的表達會使這些聚集體消失．這些結果也表明，p62 在一些包涵體所導致的疾病中有重要的作用．細胞自噬參與調節生物體衰老相關的信號通路．如在饑餓處理時，去乙?；?SIRT1 的表達量升高，并對 Atg5、Atg7 及 Atg8 發生去乙?；せ罴毎允桑D錄因子 DAF-16/FOXO 能延長多種生物體壽命，也可以調控自噬基因的表達.
大量的研究證據表明，衰老過程中會產生持續的氧化應激，這將會破壞蛋白質的更新，而增強的自噬通過增強溶酶體的活性來清除受損的線粒體，從而消除氧化應激．促進自噬能有效延緩衰老．如在小鼠體內過表達 Atg5 會促進自噬的發生并且在很大程度上延長了小鼠的壽命．在線粒體功能異常的 Leigh 綜合征小鼠中，利用mTOR的抑制劑雷帕霉素治療可大大地提高 Leigh 綜合征小鼠模型的生存率，減緩疾病進程．這種藥物可以延遲神經癥狀出現，減少大腦炎癥，防止腦損害；給藥治療的小鼠呼吸及運動正常，平均和最長壽命顯著延長．沃納綜合癥\\(Werner's syndrome\\)又稱成人早衰綜合征，主要原因是異常的雙鏈DNA 損傷修復缺陷導致基因組不穩定性和降低體細胞的壽命．而長期雷帕霉素治療可以促進生長，降低 DNA 損傷積累并改善細胞核形態，細胞自噬水平降低到正常范圍，研究表明mTOR 信號通路是一個潛在的治療靶標．
3 線粒體質量控制與衰老
線粒體在細胞能量代謝、自由基產生和細胞凋亡調控中都發揮關鍵作用，受損傷線粒體的大量積累不利于細胞的生存和正常功能的發揮．在長期進化過程中，細胞進化出能選擇性清除受損傷或不需要線粒體的體系，從而有效監控線粒體，保證細胞生存和正?；顒樱毎允傻哪康牟粌H僅是將有害物質清除掉，而且也是作為一種能源動力循環系統，提供細胞更新和動態平衡需要的能量和物質.
線粒體質量控制包括兩個互相關聯的過程：a．受損傷線粒體的分離和識別；b．線粒體自噬．
3.1 受損傷線粒體分離
細胞內線粒體處于不斷地融合與分裂的動態平衡中，從而形成動態網絡．哺乳動物中介導線粒體分裂的蛋白主要有Drp1、Fis1、Mdv1 和 Mff．位于線粒體外膜上的 Fis1 和 Mff 能將分布于胞漿中的Drp1 募集到線粒體外膜上介導線粒體分裂．后來也發現不同于 Fis/Mff 途徑的 MiD49/MiD51 也可以募集 Drp1．介導線粒體融合蛋白有線粒體外膜蛋白Mfn1/2和內外膜之間的 Opa1．這些蛋白在線粒體內外膜重建方面發揮著重要的作用，并且需要 GTP 的水解來提供能量．線粒體動態平衡的異常與衰老及神經性疾病密切相關．在帕金森病中，PINK1 與 Parkin 是該病癥相關的基因．有研究證明，在果蠅模型中PINK1/Parkin能夠通過抑制線粒體融合或者促進線粒體的分裂來調節線粒體的形態．在果蠅中過量表達PINK1/Parkin 蛋白時，線粒體會變大變長，進而導致細胞凋亡的增加．此外，在已經建立衰老模型的兩種真菌中，敲除Drp1 的同源基因 Dnm1 可以延長壽命，而干擾或是Drp1 突變的線蟲其壽命與野生型相比無差別．在小鼠中，Drp1 或者Fis1 基因的敲除都會使胚胎致死．另有證據表明，Fis1 與哺乳動物細胞的衰老過程密切相關．干擾哺乳動物細胞中 Fis1 基因的表達，線粒體變長并且扁平，這種形態改變伴隨著升高的β半乳糖苷酶活性———細胞衰老的標志，并且降低線粒體膜電位引起 ROS 升高及 DNA 損傷．因此，關于線粒體動態調控需要與其他信號通路綜合研究是將來研究衰老的主要方向．
3.2 線粒體自噬分子調控
線粒體自噬可由受體或非受體介導．最近Ohsumi 和 Klionsky 實驗室同時鑒定出酵母線粒體自噬調控受體蛋白 Atg32．在線粒體自噬被誘導后，Atg32 能夠和參與細胞自噬的關鍵蛋白Atg11 相互作用．Atg32 和 Atg8 有直接的相互作用，且受到了Atg32的 114 位和 119 位絲氨酸磷酸化的調節，直到最近才發現參與調節的蛋白激酶是CK2．我們實驗室最新研究發現，線粒體外膜蛋白 FUNDC1 參與了缺氧介導的線粒體自噬．在正常情況下，FUNDC1 在 Tyr-18 位和 Ser-13 位被Src 激酶和 CK2 激酶同時磷酸化，這種雙磷酸化修飾的 FUNDC1 同 LC3 的相互作用降低，其作為自噬受體的功能受到抑制．在低氧情況下，蛋白激酶Src 的活性降低，同時 FUNDC1 Tyr-18 和 Ser-13磷酸化水平也同時降低，從而促進其與 LC3 相互作用，導致線粒體自噬的發生．另外一個被發現的自噬受體系統是 BNIP3L/NIX，其中 BNIP3L/NIX是介導紅細胞成熟的過程中線粒體選擇性清除所必需的.也就是說，大多數哺乳動物的成熟紅細胞缺少線粒體，主要是在成熟過程中由 BNIP3L/NIX介導的線粒體自噬將線粒體清除．Richard Youle實驗室研究發現，Parkin 能被選擇性地募集到膜電位降低的線粒體，并且介導線粒體被自噬體包裹．PINK1 可以磷酸化 Parkin 的Ser-65 位，是 PINK1 在損傷的線粒體上積累能為Parkin選擇性降解線粒體提供信號的主要位點．Parkin 被募集到線粒體上后能通過介導 VDAC1、Mfn1/2和 Drp1 等蛋白的泛素化參與線粒體的自噬，在這個過程中p62 也被募集到線粒體上，啟動了線粒體自噬．Parkin 和 PINK1 還能通過協同降解 Miro 蛋白影響線粒體運動，從而在損傷的線粒體被降解之前先阻滯了其遷移運動，而在損傷的線粒體上PINK1 和 TOM 復合體形成一個700 ku左右的復合物，參與了 Parkin 介導的線粒體自噬的調控．損傷線粒體主要表現為線粒體功能受損，如線粒體膜電位降低、自由基水平升高和 ATP 產生能力的下降，這與衰老表現出來的一些特征相似，而越來越多的研究表明線粒體自噬與衰老密切相關．PINK1 功能性缺失突變所引起的自噬缺陷和帕金森疾病的發生密切相關．有趣的是，Parkin 敲除的小鼠壽命明顯縮短并缺少抵抗衰老的神經保護體制．神經退行性疾病的發生與神經細胞中蛋白質自噬降解受阻和線粒體自噬缺陷密切相關．衰老過程中，蛋白質的更新速度減慢，并且很容易發生蛋白的聚集，如突變的α突觸核蛋白、tau 蛋白、突變的亨廷頓蛋白，它們的變性聚集會分別引發帕金森病、阿爾茨海默病\\(AD\\)、亨廷頓病等疾?。易逍耘两鹕』颊吣X中發現Lewy小體，其主要成分為α突觸核蛋白，該蛋白的大量表達會抑制細胞自噬的功能．亨廷頓病是亨廷頓蛋白多聚谷氨酰胺延伸\\(PolyQ\\)突變引起紋狀體神經元退化而發病，而亨廷頓蛋白本身是細胞自噬的底物，該蛋白也參與細胞自噬的調節，完全刪除亨廷頓蛋白多聚谷氨酰胺鏈的小鼠會增加細胞自噬水平進而延長壽命．阿爾茨海默病的主要原因是缺乏 Presenilin-1活性而誘發β淀粉肽的積累，進而參與產生線粒體毒性．然而，Presenilin-1 也作為分子伴侶蛋白為溶酶體質子泵主要組分，其功能喪失導致溶酶體酸化功能的缺陷從而妨礙細胞自噬體的清除．PINK1、Parkin或者 DJ1 等蛋白的功能主要是參與線粒體自噬調節，因此線粒體質量控制缺陷可能是導致帕金森病的主要原因．小鼠亨廷頓病模型的建立可以采用線粒體解偶聯劑注射，而且亨廷頓蛋白可以與線粒體作用并影響患者的淋巴細胞線粒體功能障礙，進而影響全身線粒體氧化磷酸化效率．在老年癡呆癥患者的大腦組織內，細胞自噬基因的表達水平隨著年齡增加而明顯降低[．而事實上，Atg5、Atg7 及 Beclin 1 蛋白表達在衰老的人腦中也顯著下調，因此，自噬活性會隨著衰老而降低．誘導自噬發生的藥物雷帕霉素能快速清除突變的亨廷頓蛋白，并且清除其在細胞內的毒性．相反，抑制自噬的發生會增強亨廷頓蛋白的聚集．
4 限食和運動能促進自噬和延緩衰老
運動以及限制能量供應是維持線粒體活性并延緩衰老的重要途徑．1935 年，McCay 等研究發現，限制飲食的鼠比正常喂養鼠的壽命有所延長．并且隨后發現其他的生物體如酵母、線蟲、果蠅在限制飲食后存活壽命顯著延長．據報道，能量限制通過誘發自噬并且降低 mTOR 及蛋白激酶 A/B 的活性而延長壽命．Schulz 等研究顯示，降低線蟲的葡萄糖供給，在促進 ROS 產生的同時增加抗氧化酶活性，因而增強了氧化應激抵抗力及存活率．由于限制能量在短時間內誘導 ROS 產生后會增強壓力抵抗，因而降低了總的氧化應激壓力水平．根據限制能量模型，ROS 可能作為信號分子來誘導內源的抵抗機制促進壓力抵抗以及延長壽命．通過敲除實驗鼠體 S6K-1 的表達，可以起到“能量限制”的效果，結果發現實驗鼠患與衰老有關疾病的情況大大減少，其中雌性實驗鼠的壽命可延長約1/5．最新研究發現，化合物β-羥基丁酸酯會在長期食用低熱量食物而在體內大量的合成．而β-羥基丁酸酯等酮體在Ⅰ型糖尿病患者體內以很高的濃度存在時會具有毒性，但低濃度存在的β-羥基丁酸酯能夠幫助細胞避免氧化應激損傷，而氧化應激將加快衰老的過程．實驗結果發現，β-羥基丁酸酯能夠抑制組蛋白去乙?；竆\(HDACs\\)的活 性 ， 使 HDACs 不 再 限 制 FOXO3a 和 Mt2\\(metallothionein 2\\)的轉錄調控功能，進而參與延緩細胞老化的過程．該結果為阿爾茨海默病、帕金森病、自閉癥和創傷性腦損傷等神經性疾病的治療提供可能的治療方法．SIRT組蛋白去乙?；富蚣易寰哂兄匾目顾ダ瞎π?，其活性具有 NAD 依賴性．SIRT 家族基因在限制能量過程中被激活．如線粒體定位SIRT3在維持線粒體完整性及代謝中起了非常重要的作用．對 SIRT3 基因敲除的鼠進行能量限制供給，其對氧化應激及損傷的保護作用顯著降低．SIRT3去乙?；⒓せ顚τ诰S持細胞內自由基水平起重要作用的一些酶，SIRT3 對 SOD2 蛋白中三個重要的賴氨酸殘基\\(Lys-53/89/68\\)去乙?；?，并加速SOD2 的催化活性．SIRT3 基因敲減后 SOD2 的催化活性顯著降低．除此以外，能量供給限制可以介導SIRT3 對異檸檬酸脫氫酶去乙?；饔?，增加了還原型的谷胱甘肽的比例，因此減少了細胞內自由基水平．最近國內兩家實驗室分別在酵母和哺乳動物細胞中發現乙?；{控自噬機制，在酵母中發現乙?；窫sa1 和去乙?；?Rpd3 作用于Atg3參與協同調控自噬，通過乙?；{節 Atg3 和Atg8 的相互作用而影響自吞噬．同時 Esa1 的哺乳動物同源物Tip60 同樣影響了細胞自噬的發生，Tip60能夠乙?；揎椬允傻鞍?ULK1[，從而調控自噬的發生，證明了乙?；{控機制是一種進化過程中非常保守的機制．研究發現當細胞內線粒體和細胞核之間通訊出現故障時，會加速衰老．隨著年齡增長，啟動這一通訊級聯反應的化學物質NAD 水平會下降．目前發現，唯一減慢 NAD 下降的方法就是限制能量攝取和強化鍛煉．研究發現，HIF-1α 在整個衰老過程中開啟開關．這一發現為癌癥、Ⅱ型糖尿病、肌萎縮和炎癥性疾病等一些年齡相關疾病開發出新療法．細胞可利用白藜蘆醇轉化為 NAD 來修復體內受損的組織，迅速恢復胞質通訊和線粒體功能．如果在衰老過程的初期就給予這一化合物，在短短一周內，年齡大的小鼠肌肉與年輕小鼠就完全看不出區別．而這一過程發現有 SIRT 家族蛋白參與調節，如 SIRT1．體細胞重編程技術的發展，帶動了干細胞領域的進步．線粒體在體細胞或者衰老細胞重編程過程中的作用越來越受到重視．體細胞衰老一般伴隨線粒體功能紊亂和氧化應激．而相比體細胞，胚胎干細胞具有較少的線粒體質量、較低的 ATP 和 ROS水平以及完善的線粒體 DNA 損傷修復機制．對攜帶線粒體基因組突變的患者體細胞進行重編程后，線粒體的異質性得到重新“編程”：一部分誘導多能干細胞\\(iPSC\\)的線粒體得到大量富集，而另一部分 iPSC 中卻幾乎不含有突變的線粒體．雖然關于這些現象的具體機制還有待于進一步深入探索，但可以肯定的是，該技術體系的研究，對于以干細胞為基礎的線粒體相關疾病研究和個性化治療具有指導意義．誘導多能干細胞是研究復雜疾病以及研究線粒體功能的有效手段，并可以應用在衰老研究中．而人類 iPSC 帕金森病模型的建立對今后衰老的研究具有重要指導意義．關于細胞自噬是否參與細胞重編程目前也取得了突破性進展，在iPSC 誘導過程中，自噬缺陷的 Atg5-/-MEF 無法啟動干性基因的表達，不能產生 iPSC 細胞，也不能形成畸胎瘤．在重編程過程中 Sox2 通過招募NuRD 復合物下調 mTOR 的表達，進而啟動細胞自噬參與細胞重編程過程．目前可以采用帕金森病致病基因LRRK2\\(G2019S\\)突變的患者皮膚細胞獲得誘導多能干細胞，結果發現突變體來源的神經干細胞表現出一系列與“衰老”相關的退行性表型．而無突變神經干細胞并沒有產生帕金森病相關的疾病表型．揭示了核膜異常及腦內神經干細胞漸進性功能衰退在帕金森病發生發展中的作用和將來個性化治療的 途徑．
5 結 語
隨著生活水平的提高和老年社會的來臨，健康衰老不僅涉及提高老年人的生活質量，同時也是應對老年社會問題的重大課題．同時，衰老還是衰老相關疾病如腫瘤、糖尿病、神經退行性疾病發生的主要致病因子．可見，衰老分子機制的研究是應對這些重大社會和科學問題的鑰匙．機體衰老是一個身體機能下降的漸進性生理過程．線粒體功能下降，mtDNA 突變的積累和線粒體自由基水平的上升可能與衰老密切相關．線粒體質量控制體系能有效清除受損傷的線粒體，可能在延緩衰老中起關鍵作用．有必要深入研究線粒體質量控制的分子機制，特別是線粒體選擇性自噬的分子機制．利用相關動物和細胞模型驗證線粒體質量控制在衰老中的作用，從而建立線粒體質量控制與衰老和衰老相關疾病發生的直接聯系．線粒體質量控制分子機制的深入研究有可能為抗衰老相關藥物的研發提供新的理論基礎．此外，深入研究限食和有效運動對線粒體質量控制和成體干細胞活動的調控作用，將為健康衰老和延年益壽提供有效策略.
參 考 文 獻
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