| 衰老又稱老化, 是指生物發育成熟後, 在正常狀況下隨年齡增加機能減退及結構與組分逐步退行性變化並最終走向衰老的過程。生物衰老是一個極其複雜的過程, 是一係列基因的激活與阻遏、基因產物的相互作用以及內外環境交互影響的結果[1 ] 。近年來, 衰老的分子機製, 尤其在衰老基因表達與調控方麵取得了可喜的進展[2 ] [3 ] , 使人們有充分的理由相信, 通過一些天然與人工合成化合物調控衰老的可能性。本文綜述了一些天然與人工合成化合物對生物整體或體外培養細胞衰老的影響, 並探討了其影響衰老的可能機製。
一、氨基胍(22AG)
Fujisawa[4 ] (1999 年) 研究證實, 2 - AG可以延緩體外培養的成纖維細胞的衰老。他用易衰老鼠SAMP I 係背側真皮細胞為研究對象, 以4 mmol/ L 2 - AG培養細胞, 發現不僅細胞的群體倍增數(PD) 增加, 細胞的飽和密度也有一定程度增加, 細胞四倍體化隨PD 增加而升高的趨勢下降, 而且衰老細胞並未顯示典型的衰老表型。Fujisawa 進一步研究發現, 2 - AG能抑製二胺氧化酶的活性, 抑製培養基內自由基的產生。發現加入氨基胍培養的細胞, 其脂質過氧化物(丙二醛等) 水平明顯低於正常對照, 說明氨基胍可明顯減輕細胞的氧化壓力, 並認為這可能是氨基胍延緩衰老的重要原因。
細胞內氧化劑和抗氧化劑的平衡對細胞生長調節十分重要, 如信號傳導通路中蛋白質的磷酸化及轉錄因子與DNA 的結合等, 均受到細胞內氧化還原狀態的調節。然而,有一些抗氧化能力更強的抗氧化劑, 如抗壞血酸、維生素E、觸酶等並無氨基胍樣延緩衰老效果, 這提示, 氨基胍可能存在其它延緩衰老的途徑。近期Trang[5 ] (1999 年) 以牛眼晶狀體蛋白、L2木蘇糖、14C 標記的賴氨酸(14C2lys) 為材料,深入研究了氨基胍對高級糖基化終末產物(AGE) 相關的蛋白交聯的影響。實驗發現, 盡管22AG不抑製糖基化中間產物Amadori 化合物的形成, 但氨基胍和其它因素(如偏亞硫酸鈉、氨基脲、鄰苯二胺、維生素B6 、維生素B2 等) 卻顯著抑製14C2lys 對牛晶狀體蛋白的滲入, 這種對蛋白交聯的抑製作用隨抑製劑濃度的加大而增強。人們發現生物組織和細胞, 糖基化最大的危害之一就是引發蛋白質、核酸、脂類等之間的交聯, 尤其是半衰期長的蛋白質之間交聯, 這種交聯不僅破壞了蛋白質的高級結構, 損傷其功能, 而且阻抑了蛋白酶體對其水解, 引發細胞和組織衰老。氨基胍抑製AGE相關的蛋白交聯可能是其延緩衰老的另一重要機製。
二、α2苯基2N2t2丁基硝酸鹽(PBN)和
N2t2丁基羥胺(N-t-Butylhydroxylamine)
PBN 存在於生物組織, 它是研究自由基時最廣泛使用的一種自旋電子誘捕劑, 可清除羥自由基, 保護組織免受氧化損傷。PBN 能延緩正常鼠及易衰鼠的衰老[6 ] [7 ] , 同時亦可延緩正常人成纖維細胞的衰老[8 ] 。雖然PBN 延緩衰老的機製尚不清楚, 但已觀察到一個有趣的現象, 久存的PBN 儲存液的延緩衰老作用遠比新鮮配製的PBN 液強, 這一現象說明, PBN 的分解產物在PBN 延緩衰老過程中可能起更重要的作用。
PBN 的分解產物主要有N-t-丁基羥胺和苯甲醛, 苯甲醛是典型的突變劑和致癌劑, 無明顯的延緩衰老作用。Atamna[9 ] (2000 年) 以正常人肺成纖維細胞係IMR90 為研究材料,觀察N-t-丁基羥胺和其它N-羥胺族化合物對IMR90 細胞培養的影響, 結果發現, N-t-丁基羥胺可使體外培養的IMR90細胞PD 明顯增加, 有效減緩了線粒體中順烏頭酸酶酶活性隨著增齡下降, 並顯著減少DNA 上脫嘌呤/ 脫嘧啶位點, 表明: N-t-丁基羥胺可以穩定DNA 結構, 保護三羧酸循環等基礎代謝正常進行, 延緩IMR90 細胞衰老。Atamna 還發現, N-t-丁基羥胺可防止細胞色素C 的自氧化, 通過降低氧化型穀胱甘肽(GSSG) 來提高GSH(還原型穀胱甘肽) / GSSG的比例(GSH較穩定) , 而且具有保護IMR90 細胞抵抗H2O2 的毒性作用, 提示: N-t-丁基羥胺具有良好的抗氧化作用。更有意義的是, 不僅N-t-丁基羥胺的有效藥物濃度遠低於PBN(25μmVs200μm) , 而且N2羥胺族其它化合物, 如N-苯基羥胺和N-甲基羥胺與N-t-丁基羥胺均具有相似的延緩衰老作用,βBN 分解產物N-t-丁基羥胺中羥胺基團可能是該族化合物延緩衰老作用的功能基團。
三、肌肽(carnosine)
肌肽, 又稱β-丙氨酸-L-組氨酸, 由肌肽合成酶合成。肌肽在生物組織中廣泛分布, 尤其在細胞不分裂的組織中, 如肌肉和大腦嗅葉含量甚高。早期的研究認為肌肽是一種神經遞質, 可激活ATP 酶, 具有抗氧化劑活性, 可保護噬菌體免受電離輻射的致死作用。McFARLAND[10 ]首次研究了L-肌肽對胎兒肺二倍體成纖維細胞MRC-5 和其它細胞係生長的影響。實驗發現: ① L2肌肽雖未能改變細胞的分裂(Hayflick) 極限, 但細胞的實際PDL 顯著升高, 細胞的壽命也顯著延長; ② 衰老細胞排列不整齊, 形態大小不規則,胞漿內顆粒較多, 部分細胞有退行性變, 而肌肽培養的細胞即使進入老年, 也未出現上述衰老表型。如果老年細胞從普通培養基改為含肌肽培養基, 然後換為普通培養基, 再換成含肌肽培養基, 則可觀察到細胞的表型也發生相應的改變,經曆衰老→年輕→再衰老→再年輕表型的變化[11 ] 。說明肌肽不僅具有延緩衰老作用, 還具有逆轉老年細胞衰老形態的強大效果。
上述肌肽的延緩衰老作用, 可能與其結構和功能密切有關。眾所周知, 肌肽是一個抗氧化劑, 能捕捉氧自由基。近年發現肌肽的結構與蛋白質分子上糖基化位點的結構相似, 肌肽不僅抑製了糖基化試劑與蛋白質的反應, 防止A-madori 化合物和糖基化終產物的形成; 它還可以與糖基化終產物及其前體上的羰基結合, 形成肌肽-羰基-蛋白質複合物, 又稱為肌肽化蛋白質[12 ] 。後者是一個相對穩定的物質,經細胞排出後, 與受體結合, 在溶酶體內降解; 而肌肽化的蛋白質本身就是溶酶體選擇降解異常蛋白的信號。糖基化終產物和羰基化蛋白質是細胞衰老的信號, 它們在細胞內異常積累, 則加速與其它蛋白的交聯, 而肌肽化的蛋白質則明顯減緩糖基化終產物對正常蛋白質的損傷的抑製作用、肌肽也可與脂羰基反應, 保護膜中脂蛋白交聯。肌肽對糖基化的抑製作用、肌肽化蛋白對正常蛋白質的保護作用, 可能均是肌肽延緩衰老的主要原因之一。有意思的是, 在丙酮酸鹽的存在下, L-肌肽可選擇性殺死腫瘤細胞和轉化細胞, 故推測肌肽對腫瘤細胞的這種細胞毒作用可能與肌肽和糖酵解中間產物的結合有關, 因腫瘤細胞的快速增殖需要糖酵解作為能量來源。D-肌肽、鵝肌肽和β-丙氨酸均無L-肌肽之延緩衰老作用。
四、表沒食子兒茶素-3-沒食子酸鹽(EGCG) 及其它天然化合物
(-)-表沒食子兒茶素-3-沒食子酸鹽是一類黃酮醇多酚類物質, 主要存在於茶屬植物中。EGCG在人體內的代謝始於小腸, 血漿內主要以葡萄糖酸鹽或硫酸鹽複合體的形式存在。EGCG是一類活性很強的抗氧化劑, 抗氧化能力約相當於維生素C 的100 倍, 它不僅可迅速降解超氧自由基和烷基化自由基, 還可通過抑製黃嘌呤氧化酶阻止活性氧和活性氮的產生。體外研究顯示, EGCG抑製脂肪酸合成酶,保護脂質雙分子膜, 防止胞外有害物質對細胞膜的損傷[13 ] ; EGCG可預防突變劑誘發的基因突變, 阻斷過氧化物及X-ray 對細胞DNA 的損傷[14 ] 。體內的研究證實, EGCG還有效地降低甘油三酯(33 %) , 防止LDL 氧化; 提高血管內皮細胞一氧化氮(NO) 合成酶的活性、增加NO 的穩定性; 有效預防高血壓、內髒肥厚以及衰老引起的血管舒張, 並可預防動脈粥樣硬化[15 ] 。此外EGCG在預防風濕性關節炎、糖尿病、促進免疫係統功能等方麵均有較好的效果, 其延緩衰老作用已被廣泛關注。
除EGCG外, 尚有多種天然化合物, 如原花青素低聚物、白藜蘆醇、染料木黃素、茶色素、薑黃素等, 它們均具有較強的抗氧化性能, 並日益受到重視[16 ] , 但其有無延緩衰老作用尚未見報道。
總之, 天然及人工合成化合物在延緩細胞衰老作用上值得進一步探討。
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