如同愛情是文學(xué)永恒的話題，長生不老也是人類永恒的話題。
 
近年來，與抗衰老相關(guān)的各類“神藥”甚囂塵上，如李嘉誠投資的煙酰胺核糖 (Nicotinamide Riboside; NR)。NR 是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD⁺) 前體之一，可以提高人體內(nèi) NAD⁺ 水平。眾所周知，NAD⁺ 在衰老過程中會(huì)下降，這是為什么呢？上個(gè)月 Nature Metabolism 同期兩篇研究揭示了其中的一項(xiàng)重要原因：衰老誘導(dǎo)的炎癥會(huì)促進(jìn) CD38 在免疫細(xì)胞中的積累或激活，增加了 NAD⁺ 消耗，從而引起 NAD⁺ 水平下降。
 
其實(shí)，衰老過程與許多其他生物學(xué)過程一樣，受到經(jīng)典信號(hào)通路和轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。事實(shí)上，科學(xué)家們通過對(duì)不同生物系統(tǒng)和信號(hào)通路的干預(yù)，已經(jīng)在多種動(dòng)物模型中改變衰老的進(jìn)程，延緩與衰老相關(guān)的多種疾病的發(fā)生。
 
目前，已經(jīng)確定了幾種衰老相關(guān)的關(guān)鍵信號(hào)通路，包括 Insulin/IGF-1 signaling (IIS)、mTOR、AMPK、NF-κB 和 Sirtuins 通路。這些信號(hào)傳導(dǎo)途徑感應(yīng)營養(yǎng)物質(zhì)或代謝產(chǎn)物，調(diào)節(jié)葡萄糖、氨基酸、cAMP 和 NAD⁺ 的水平，并形成復(fù)雜的與長壽和衰老相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。

 

圖 1. 衰老相關(guān)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)^[4]

 

■ Insulin/IGF-1 signaling (IIS) 信號(hào)傳導(dǎo)

 

IIS 信號(hào)傳導(dǎo)途徑是在模型生物中最早定義的與衰老和年齡有關(guān)的途徑。胰島素/胰島素樣肽 (ILP) 與目標(biāo)細(xì)胞表面表達(dá)的胰島素受體結(jié)合，從而觸發(fā)經(jīng)由 IIS 途徑的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。這將啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致激酶 AKT 的激活。AKT 激活后則磷酸化下游轉(zhuǎn)錄因子 FOXO，這會(huì)抑制 FOXO 的轉(zhuǎn)錄功能，從而促進(jìn)細(xì)胞存活、生長和增殖。另外，IIS 信號(hào)通路還與 mTOR、AMPK 等通路相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控壽命和衰老的網(wǎng)絡(luò)。
 
越來越多的證據(jù)表明，生長激素/胰島素樣生長因子-1 (GH/IGF-1) 信號(hào)通路也在調(diào)節(jié)衰老和疾病中起重要作用。在哺乳動(dòng)物中，生長激素可誘導(dǎo)肝臟中 IGF-1 的釋放，IGF-1 通過與細(xì)胞表面的高親和性 IGF-1R 結(jié)合，并激活胰島素受體底物分子 (IRS) 磷酸化和 PI3K-Akt 途徑及 MAPK 信號(hào)級(jí)聯(lián)，來啟動(dòng)復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)，控制多個(gè)功能包括 mTOR 活性和 FOXO 易位。
 

圖 2. IIS 信號(hào)通路與其他長壽相關(guān)的細(xì)胞信號(hào)網(wǎng)絡(luò)^[3]

 

■ mTOR 通路
 
mTOR 是一種進(jìn)化保守的絲氨酸-蘇氨酸激酶，可感知并整合多種環(huán)境和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，例如生長因子和營養(yǎng)物質(zhì)，以控制蛋白質(zhì)和脂質(zhì)合成或自噬等過程。越來越多的證據(jù)表明，mTOR 信號(hào)會(huì)影響壽命和衰老。
mTORC1 調(diào)控的衰老相關(guān)分泌表型 (SASP)。PS：衰老細(xì)胞分泌促炎介質(zhì)以促進(jìn)衰老，被稱為 SASP。mTORC1 的抑制劑 Rapamycin 可降低 IL-6 和其他細(xì)胞因子 mRNA 水平，并選擇性抑制膜結(jié)合的細(xì)胞因子 IL-1A 的翻譯。IL-1A 的減少降低了 NF-κB 的轉(zhuǎn)錄活性，從而控制了大部分的 SASP。
 
此外，mTOR 還通過控制著 MAPKAPK2 (MK2) 的翻譯來調(diào)控 SASP。這是由于在衰老過程中 MAPKAPK2 使 RNA 結(jié)合蛋白 ZFP36L1 磷酸化，從而抑制其降解眾多 SASP 組分的轉(zhuǎn)錄本的能力。此外，在衰老小鼠和細(xì)胞中，兩種重要的 DNA 損傷修復(fù)蛋白 MGMT 和 NDRG1 受到 mTORC1 的負(fù)調(diào)控。
 
值得注意的是，IIS 通路可與 mTOR 相互聯(lián)系調(diào)節(jié)衰老，例如 IIS 通過 AKT 激活了 mTORC1，而 mTORC1 可以通過 S6K 負(fù)調(diào)控 IIS，從而抑制了胰島素受體底物 1 (IRS-1)。研究表明，降低 IIS 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可延長線蟲、果蠅和小鼠的壽命。

 

■ AMPK 通路
 

AMPK 在細(xì)胞和有機(jī)體的能量代謝中起基礎(chǔ)性作用。由能量不足引起的 ATP 消耗激活 AMPK 信號(hào)，而 AMPK 信號(hào)反過來又刺激分解代謝過程來維持能量穩(wěn)態(tài)，相應(yīng)的，AMPK 關(guān)閉了許多與能量消耗有關(guān)的反應(yīng)，如蛋白質(zhì)和脂類合成。研究表明，AMPK 信號(hào)的激活能力隨著年齡的增長而下降，這會(huì)損害細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的有效平衡，并加速衰老過程。因此，AMPK 信號(hào)的激活受損會(huì)干擾下游信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的功能，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)維持的問題。

 

研究表明 AMPK 信號(hào)通過作用于下游，控制著復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，包括幾個(gè)長壽相關(guān)通路，如 FOXO、mTOR/ULK1 和 SIRT1 信號(hào)。大量文獻(xiàn)表明，IIS 信號(hào)通路抑制 AMPK 的激活，進(jìn)而降低其下游活性。
 
另外，AMPK 可激活 ULK1，抑制增強(qiáng)自噬的 mTOR 信號(hào)。而隨著年齡的增長，AMPK 信號(hào)的下降會(huì)干擾自噬和細(xì)胞蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的維持。鑒于 AMPK 在能量代謝中具有如此重要的作用，與年齡相關(guān)的線粒體內(nèi)穩(wěn)態(tài)惡化可能也是由 AMPK 活化效率低下引起的。此外，AMPK 信號(hào)可以抑制 NF-κB 系統(tǒng)，從而控制炎癥和免疫反應(yīng)，后者隨著年齡的增長而受到干擾。

 

圖 3. AMPK 激活的上游和下游信號(hào)通路的示意圖^[9]

 

總之，AMPK 的激活與許多延長壽命的途徑有關(guān)，如抑制炎癥，抑制 IIS、mTOR 信號(hào)，刺激 Sirtuin 信號(hào)，防止線粒體紊亂等。而 AMPK 激活劑 (如Metformin) 在減緩人類衰老過程中發(fā)揮了重要作用。

 

■ NF-κB 通路

 

NF-κB 系統(tǒng)是古老的宿主防御系統(tǒng)，涉及免疫應(yīng)答，和多種外部和內(nèi)部危險(xiǎn)信號(hào)的應(yīng)對(duì)，例如氧化應(yīng)激，缺氧和遺傳毒性應(yīng)激等。許多研究表明，哺乳動(dòng)物的衰老與 NF-κB 轉(zhuǎn)錄因子系統(tǒng)的激活有關(guān)。
 
免疫衰老是一種典型的與年齡有關(guān)的免疫系統(tǒng)功能下降，而 NF-κB 系統(tǒng)在調(diào)節(jié)先天免疫和適應(yīng)性免疫方面均具有重要功能，例如 NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)參與 T 細(xì)胞發(fā)育、活化、和增殖。

 

另外，NF-κB 還與 SASP 的控制有關(guān)。有意思的是，一些與長壽相關(guān)的基因能夠抑制 NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)，例如 SIRT1、SIRT6 和 FOXOs，它們通過抑制 NF-κB 信號(hào)延緩衰老過程，延長壽命。
 
由于 NF-κB 信號(hào)通路與信號(hào)網(wǎng)絡(luò)有許多相互作用，因此抑制整個(gè) NF-κB 系統(tǒng)可能是有害的。因此，開發(fā)針對(duì) NF-κB 信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)不同分支的特異性抑制劑至關(guān)重要。
 

■ Sirtuins 通路

 

Sirtuins 在調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程中非常重要，如代謝、線粒體內(nèi)穩(wěn)態(tài)、自噬、DNA 修復(fù)、凋亡、氧化/抗氧化平衡和衰老。其中，SIRT1 催化組蛋白 H1、H3 和 H4 以及非組蛋白脫乙�；�，包括 p53、Ku70、FoxOs、PGC1-a、PPAR-γ 和 NF-κB，并通過這些底物的乙�；�和脫乙�；�改變它們的轉(zhuǎn)錄和酶活性以及蛋白質(zhì)水平，廣泛參與調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老和生物體壽命。除此之外，SIRT1 還可通過整合多種信號(hào)參與衰老調(diào)節(jié)。
 
SIRT1 負(fù)向調(diào)節(jié) NF-κB 信號(hào)。上文提到 NF-κB 信號(hào)在許多與炎癥和衰老相關(guān)的疾病中被激活，并促進(jìn)衰老過程。研究表明，SRT1720、白藜蘆醇均可通過激活 SIRT1，抑制 NF-κB 的活性，在抗炎和衰老過程中起著重要作用。
 

另外，SIRT1 與 AMPK 在調(diào)節(jié)能量、新陳代謝和衰老方面有密切的相互作用，它們可以相互增強(qiáng)對(duì)方的活性，二者“互幫互助”。如 AMPK 通過誘導(dǎo) NAD⁺/SIRT1 和上調(diào)自噬來延緩細(xì)胞衰老。SIRT1 還和 mTOR 通過調(diào)節(jié)自噬功能參與衰老調(diào)節(jié)，如 SIRT1 通過阻斷 mTOR 通路恢復(fù)了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的自噬損傷，提高了胚胎干細(xì)胞的存活率，有研究表明，白藜蘆醇可抑制 mTOR 活性并改善細(xì)胞衰老。

 

圖 4. SIRT1 與衰老相關(guān)途徑^[13]

 

總之，SIRT1 信號(hào)通路與 NF-κB、FOXOs、p53、AMPK、mTOR、PGC1α 等許多重要通路密切相關(guān)，這些通路都與衰老及衰老相關(guān)疾病的發(fā)生有關(guān)。SIRT1 的上調(diào)可以影響衰老和衰老相關(guān)疾病中這些途徑的調(diào)節(jié)。因此，用小分子激動(dòng)劑激活 SIRT1 有望成為延長壽命、改善衰老相關(guān)疾病的有效手段。
 
另外，Sirtuin 家族成員 SIRT6 也被認(rèn)為是衰老和衰老相關(guān)疾病的關(guān)鍵因素，但它在細(xì)胞衰老中的作用尚未清楚。

 

總結(jié)：衰老相關(guān)信號(hào)途徑的確定擴(kuò)展了可能刺激壽命途徑或抑制衰老途徑的小分子潛在靶標(biāo)。影響衰老的化合物可以幫助預(yù)防多種與年齡有關(guān)的疾病，包括癌癥和神經(jīng)退行性疾病。相信隨著對(duì)與衰老相關(guān)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)日益深入的探索，改善老年健康，改變老年醫(yī)學(xué)時(shí)日可期。

 

抗衰老化合物

Picropodophyllin 選擇性的胰島素樣生長因子-1 受體 (IGF-1R) 抑制劑，IC50 為 1 nM。

Rapamycin 有效且特異性的 mTOR 抑制劑；與 FKBP12 結(jié)合且抑制 mTORC1；自噬 (autophagy) 激活劑；免疫抑制劑。

Metformin 抑制肝臟中的線粒體呼吸鏈，導(dǎo)致 AMPK 活化，增強(qiáng)胰島素敏感性，可用于 2 型糖尿病的研究。

Sodium Salicylate NF-κB 抑制劑，可降低炎癥基因的表達(dá)，促進(jìn)老化肌肉的修復(fù)。

BAY11-7082 IκBα 磷酸化和 NF-κB 抑制劑，選擇性且不可逆地抑制 TNF-α 誘導(dǎo)的 IκB-α 磷酸化，并減少 NF-κB 和粘附分子的表達(dá)。

Resveratrol 天然多酚，具有抗氧化、抗炎、保護(hù)心臟和抗癌的特性；它的靶點(diǎn)廣泛，如 mTOR、JAK、β-amyloid、Adenylyl cyclase、IKKβ、DNA polymerase；特異性的 SIRT1 活化劑；Nrf2 激活劑，在小鼠模型中可以改善衰老相關(guān)的進(jìn)行性腎損傷。

抗衰老化合物庫 (Anti-Aging Compound Library) 收錄了 2500+ 種化合物，主要靶向 Sirtuin、mTOR、IGF-1R、AMPK、p53、Telomerase、Mitophagy、Mitochondrial Metabolism、COX、Cytochrome P450、Oxidase 等靶點(diǎn)，是研究抗衰老機(jī)制的重要工具。   CCK8 Cell Counting Kit-8，簡稱CCK-8試劑盒或CCK8試劑盒，是一種基于WST-8而廣泛應(yīng)用于細(xì)胞活性和細(xì)胞毒性檢測(cè)的快速、高靈敏度試劑盒。

MCE 的所有產(chǎn)品僅用作科學(xué)研究或藥證申報(bào)，我們不為任何個(gè)人用途提供產(chǎn)品和服務(wù)

 

參考文獻(xiàn)

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