衰老机制及延缓衰老活性物质研究进展

游庭活，温 露，刘 凡

1广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所 广东省农产品加工重点实验室 农业部功能食品重点实验室，广州 510610;2广东药学院，广州 510006

衰老又称老化，是机体各种生化反应综合作用的体现，是体内外诸多因素(包括周围环境及社会因素等)之间相互作用的结果。现代医学研究表明，衰老的本质是指在正常状况下生物发育成熟后，随年龄增大，自身机能减退，机体内环境稳定性与应激能力下降，结构、功能逐步退行性改变的不可逆过程［1］。根据引起衰老的不同原因，可将其分为生理性衰老和病理性衰老。随着现代基因技术的发展，人们对衰老的机理研究不断深入。利用衰老的作用机理，从自然界中寻找具有延缓衰老的活性物质，已成为近年来的研究热点之一。

1 衰老机制

衰老是人类必然经历的过程，延缓衰老几乎是每个人的愿望，而研究衰老的机制，延长人类寿命是目前研究人员面临的难题与研究的热点。上世纪40年代以来，随着细胞生物学与分子生物学等学科的迅速发展，推动了衰老机制的深入研究，有助于延缓衰老药物和延缓衰老机制的研究，并且取得重大的进展，若干具有科学价值的衰老学说被相继提出。目前，关于衰老的机制主要有自由基氧化应激学说、DNA 损伤学说、端粒学说、细胞凋亡学说等。

1.1 自由基氧化应激学说

上世纪50年代，Harman 首次提出了衰老的自由基氧化应激学说。该学说将衰老和退行性疾病都归结于自由基对细胞和结缔组织的有害攻击，而自由基主要是通过氧化酶以及结缔组织中的铁、钴、锰等微量元素催化产生。当机体衰老时，体内的自由基增多，而能够清除自由基的物质减少，致使自由基在体内过量堆积，造成细胞损伤、组织器官发生紊乱，从而导致衰老。经过近60年的发展，自由基氧化应激学说已被越来越多的人群所接收，已成为最有说服力的衰老学说之一［2］。许多由老龄化引起的疾病的发病机制都与机体参与氧化应激［3，4］有关，所以在维护健康和预防、治疗疾病方面，抗氧化剂的作用及从天然产物中寻找有效地抗氧化化合物越来越受到人们的关注。

衰老是一个复杂的多因素过程，自由基氧化损伤在衰老的过程中起着非常重要的作用，但自由基氧化损伤并不是衰老唯一机制;并且自由基学说尚未提出自由基氧化应激反应及其产物是引发衰老直接原因的实验依据，也没有说明是何种因子导致衰老过程中自由基清除能力的下降。这些问题需要研究人员进一步的研究探索解决。

1.2 线粒体DNA 损伤学说

Miquel［5］在1980年提出了线粒体DNA(m tDNA)损伤假说，是近年来国际上研究衰老机制的热点之一，认为DNA 损伤是细胞衰老与凋亡的基础。DNA 是老龄化引起的氧化应激最关键的目标分子，由于线粒体自身结构特点的关系，m tDNA 容易受到自由基的攻击，使其氧化损伤，导致m tDNA 突变。研究表明［6］，与年龄有关的m tDNA 比核DNA 更容易被氧化。而且m tDNA 的损伤可能与线粒体中的谷胱甘肽被氧化有关，具体的作用机制还需进一步的研究［7］。李冰等［8］研究表明，中药方剂四君子汤延缓衰老的作用机制与提高脑组织抗氧化能力，减轻细胞线粒体DNA 缺失突变有关。

1.3 端粒学说

端粒是一段DNA 序列和蛋白质组合的复合体，而端粒酶直接参与端粒区的形成，合成端粒DNA 使端粒维持一定长度。Herley［9］在1992年提出了较完整的细胞衰老端粒学说，认为细胞的衰老是由于端粒的长度逐渐缩短导致的，当端粒缩短到一定程度，细胞就会停止复制而衰老死亡，只有少数细胞能够激活端粒酶，使细胞继续复制而不再衰老，所以在正常细胞中恢复端粒酶的活性，就可以维持细胞的端粒长度，达到延缓衰老的作用。

1.4 细胞凋亡学说

1972年Kerr 等［10］首次提出了细胞凋亡的概念。细胞凋亡是指细胞的程序性死亡，是一个主动的、有控的，在调节机体细胞数量上起着与有丝分裂互补作用的重要的生理学过程，与被动过程的细胞坏死有本质的区别。细胞是构成机体的基本单位，机体在完成新陈代谢的同时，细胞也在进行自我更新。母代细胞凋亡，子代细胞就会代替母代细胞进行各项生理功能，使各组织器官的细胞在数量上保持动态平衡。在老化的过程中，若细胞凋亡的速度加快，细胞增殖不能有效弥补，凋亡与增殖之间的平衡被打破，就会出现一系列衰老的表现。张帆等［11］研究表明甘肃党参水提物延缓衰老模型小鼠衰老的可能机制是提高了机体的免疫功能，抑制神经细胞的凋亡。

1.5 TOR 分子理论

衰老可以定义为时间依赖性的细胞、组织、器官生理功能的减退。近年来，老龄化已经被当作是一种能用分子疗法治疗的疾病。在衰老遗传中，控制真核细胞的mTOR(Target of rapamycin，雷帕霉素靶蛋白)增长是最主要的目标之一。TOR 最初在酵母中发现，是抗真菌药物雷帕霉素(Rapamycin)的目标蛋白。mTOR 是在结构功能上存在于从酵母到人类(包括蠕虫、苍蝇、植物和小鼠)细胞生长过程中重要的中央控制器之一［12］。Harrison 等［13］在2009年首次报道雷帕霉素可以延长试验小鼠的寿命，在此之前已经在酵母［14］、线虫［15］、果蝇［16］模型中证实抑制TOR 通路能够延长模型动物的寿命。TOR 的快速增长能使机体老龄化进程延续，所以TOR 是机体发展和成长必不可少的，但机体成长完成后，TOR又会导致机体的衰老，引发相关疾病。

2 衰老实验模型

随着研究衰老机制的深入，建立适宜的衰老模型，对于寻找和开发延缓衰老的药物具有十分重要的意义。研究衰老的模型主要有老鼠模型、线虫模型、果蝇模型和酵母模型。

2.1 老鼠模型

老鼠已经成为研究衰老最普遍的哺乳动物模型，可能是由于老鼠的基因和人类基因相近。在研究衰老的领域中，老鼠成为常用的和可靠的模型之一，有衰老大鼠模型和衰老小鼠模型。目前最常见的是给正常老鼠注射D-半乳糖:在一定时间内，连续给动物注射大剂量的D-半乳糖，使机体细胞内半乳糖浓度增高，在醛糖还原酶的催化下，还原成半乳糖醇，这种物质不能被细胞进一步代谢，而堆积在细胞内，影响正常渗透压，导致细胞肿胀和功能障碍，最终致使衰老的发生［17］。

2.2 线虫模型

秀丽隐杆线虫(C.elegans)因其结构简单、易于培养、生命周期短等特点作为一种有高价值的模型生物被大量应用于动物衰老的研究中，能够在药物延长动物寿命时阐明其作用机制并可能寻求到与老化相关疾病的治疗方法。与高等生物不同，秀丽隐杆线虫缺少适应性免疫途径，只有先天免疫途径在抗病原菌、抗氧化应激等方面发挥重要的作用［18］。而细胞凋亡现象及其机理，最早也是在研究线虫中被揭示的，研究人员［19］对线虫摄入高浓度的葡萄糖，结果表明通过诱导细胞凋亡导致了线虫的缩短

2.3 果蝇模型

果蝇是一种真核多细胞生物，具有生存周期短，繁殖量大，饲养简便，反应灵敏等优点，其代谢系统，生理功能，生长发育等同哺乳动物基本相似，所以在衰老与抗衰老研究中，果蝇以其自身的诸多优势如高度纯种，生存期短，繁殖能力强，观察指标明显，成为研究抗衰老的好材料。果蝇在衰老过程中在热应力，高氧反应，电离辐射压力等作用下基因的反向调节会表现出氧化应激有关的反应［64］。

2.4 酵母模型

酵母(Saccharomyces cerevisiae)作为人类衰老(寿命)研究最简单的真核模式生物［21］，为人体衰老机制的研究与认识提供了重要线索。最近有研究发现［22，23］，酵母的衰老代谢机制与人体细胞衰老的机制相似，在细胞衰老和凋亡的过程中，活性氧为线粒体活动的主要副产物，活性氧的产生和清除是调节酵母衰老和凋亡的决定性因素，所以以活性氧的积累标记酵母衰老和凋亡。在酵母细胞中确立一些衰老或长寿的遗传标记，有会助于解读哺乳动物，包括人类的衰老进程。酵母作为单细胞衰老研究的模式生物，在生物医学研究中发挥了极为重要的作用［24］。所以近年来选择酵母模型研究衰老作用也是热点之一。

3 延缓衰老的活性物质

植物中含有多种天然活性物质，它们具有抗癌、抗炎、抑菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老等诸多生理活性。近年来，研究较多的具有延缓衰老作用的活性物质主要集中在多酚、黄酮、多糖、维生素等方面。从植物的叶、种子、根和果实中都可以发现这些活性物质，研究人员也迫切希望从天然植物中获得具有明显延缓衰老作用的活性物质，从而开发出具有临床应用前景的药物。

3.1 酚类化合物

酚类化合物是指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物，是芳烃的含羟基衍生物，广泛存在于植物中。目前，已报道的植物酚类化合物就有8000 多种［25］，每年仍有大量新的酚类化合物不断被发现，这些酚类化合物多数具有抗氧化，抗诱变，抗肿瘤、降低心血管疾病风险等活性。根据国家疾病检测系统的报告资料显示，心血管疾病在我国位居死亡率首位，是现代社会中老年人口健康的最大威胁，而衰老是心血管疾病产生的主要原因。酚类化合物通过抗氧化、降血脂、抗炎、抑制血小板聚集和抑制血管平滑肌增殖的作用对心血管疾病起着保护作用。早在上世纪90年代末，已研究［2，6］证实红酒中含有丰富的酚类化合物，适量饮用红酒可以降低心血管疾病风险。

白藜芦醇(3，5，4-trihydroxy-trans-stilbene，Resveratrol)是近年来研究较多的一种酚类化合物，属酚类化合物中的芪类。1998年，美国著名保健专家艾尔·敏德尔在《抗衰老圣典》中将白藜芦醇列为“100 种最热门最有效的抗衰老物质”之一。自从上世纪70年代首次从葡萄中发现白藜芦醇以来，大量研究证实葡萄中的白藜芦醇主要存在于葡萄果皮和种子中，具有较强的抗氧化，抑菌抗病毒，预防老年痴呆等作用［26，27］。王芳等［28］用秀丽线虫模型研究了白藜芦醇抗衰老活性及其作用机理，结果表明白藜芦醇可通过上调daf-16、sod-3 和hsp-16.2 基因的表达实现对秀丽线虫寿命的延长，为白藜芦醇抗衰老机制研究提供了重要参考。

大量研究表明［29］酚类化合物延缓衰老的生理活性是以其抗氧化活性为基础。研究较多的特级初榨橄榄油被传统意义上认为能显著延长人类寿命，橄榄油影响人类健康的主要原因是独特的酚类化合物与酪醇、羟基酪醇的结合物形成具有多种生物活性的化合物，研究这些化合物的活性主要集中在抗氧化和各种病症上，而与延缓衰老方面需要进一步的研究，Canuelo 等的研究证实各种刺激反应是使这类化合物影响延长线虫寿命的主要原因［30］。

3.2 黄酮类化合物

黄酮类化合物是广泛存在于自然界的一大类化合物。黄酮类化合物是指两个苯环(A 环与B 环)通过C3 连接而成的一系列化合物，也就是具有C6-C3-C6 结构，并且是以2-苯基色原酮为母核的化合物。现代研究证实，黄酮的基本骨架中A 环源于三个丙二酰辅酶A，而B 环由桂皮酰辅酶A 生物合成而来［31］。自然界中黄酮类化合物多以苷类形式存在，由于苷元不同，以及糖的种类、数量、连接位置和连接方式的不同，使自然界中形成了数目众多、结构各异的黄酮类化合物。黄酮类化合物广泛存在于植物中，是植物在长期自然选择过程中产生的次级代谢产物，具有抗炎、免疫调节、抗氧化等作用。

天然黄酮类化合物在抗氧化、延缓衰老方面效果显著，可以作为天然抗氧化剂使用。研究黄酮类化合物的量效、构效关系，可为其在医药、食品等方面的应用提供依据。近年来，大多数研究黄酮类化合物延缓衰老的作用是以其抗氧化活性为基础的，通过阻断自由基链反应，清除自由基和减少自由基的产生，从而直接或者间接发挥延缓衰老的作用。如姜黄素是从姜科等植物根茎中提取的较稀少的二酮类化合物，医学研究表明，姜黄素具有降血脂、抗肿瘤、抗炎、利胆、抗氧化等作用，Liao 等［32］研究发现姜黄素能够减少线虫细胞在衰老过程中氧自由基和脂褐素的形成，具有直接延缓衰老的作用;而研究证实黄酮类化合物中的芹黄素和木犀草素具有抗炎作用;绿茶和苹果的种子中含有丰富的儿茶素和表儿茶素，其能够转化成具有清除自由基、抗氧化活性的原花青素，间接发挥延缓衰老作用［33，34］。

但黄酮类化合物延缓衰老的具体作用机制尚不清楚，可能是多个途径共同作用的结果。胡作为［35］等对淫羊藿总黄酮延缓细胞衰老的作用机制进行了研究，发现淫羊藿总黄酮可以延缓人胚肺二倍体成纤维细胞的衰老，其作用机制可能是通过缩短基因端粒长度进而延缓细胞衰老，与前文衰老的机理-端粒学说相对应;此外，淫羊藿次苷Ⅱ［36］能增加线虫对热、氧的耐受性，可在不同环境下改善线虫的健康状态。槲皮素也是近年来研究较多的一类黄酮类化合物，其延缓衰老的作用主要是通过抗氧化应激实现的，韩洪杰等［37］研究了槲皮素的抗衰老活性及其作用机制，发现槲皮素能明显延长线虫寿命起到抗衰老的作用，其作用机制可能是提高了机体的抗压应激能力;Pietsch 等［18］研究了槲皮素、咖啡酸、迷迭香介导的毒性试剂，抗氧化剂，促氧化剂延缓线虫寿命的作用，研究结果表明毒性反应、体内抗氧化反应和促氧化反应在某种程度上依靠多酚的作用调控遗传基因和能量代谢来延长线虫的寿命

3.3 活性多糖

活性多糖广泛存在于动植物中，微生物如真菌、细菌等也能合成多种多糖。现代药理学研究证实多糖具有降血糖，降血脂，抗肿瘤，增强免疫力等作用，而多糖延缓衰老作用也是近年来的研究热点之一，其延缓衰老作用主要体现在以下两个方面:

首先，活性多糖作为一种免疫调节剂，可以通过激活巨噬细胞、T 细胞、B 细胞及促进抗体生成等方式增强机体免疫力，从而间接延缓机体衰老进程。葛斌等［38］研究发现黄芪多糖可防御致衰小鼠机体免疫器官退化、提高小鼠免疫功能，延缓衰老进程。

其次，活性多糖具有间接清除自由基的活性。随着年龄的增长，机体内的超氧化物歧化酶(SOD)活性明显减弱。研究报道［39，40］，活性多糖能显著提高SOD 活性，从而减少自由基的产生，延缓机体衰老。陈亮稳等［41］研究表明，在正常条件下，蜜环菌菌索多糖能显著延长线虫的生存期，并对其生殖力没有损害;在氧化应激条件下，蜜环菌菌索多糖亦能显著提高线虫热休克蛋白和超氧化物歧化酶-3 的表达。结果提示提高氧化应激能力可能是蜜环菌菌索多糖延缓衰老的重要途径。

3.4 核酸

研究表明，免疫核糖核酸能提高机体细胞的免疫能力，增强淋巴细胞杀伤肿瘤细胞能力，从而达到改善病情、延缓衰老的作用［42］。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(辅酶I)是生物体内必需的一种辅酶，在生物氧化过程中起到传递氢的作用，能活化多种酶系统，促进核酸、蛋白质、多糖的合成及代谢，增加物质转运和调节控制，改善代谢功能，研究表明辅酶Ⅰ具有延长热限制环境下线虫的寿命［43］。杨文秀等［44］以健康老年人为研究对象研究了核酸的抗衰老作用，结果表明核酸是抗衰老的重要物质之一。

3.5 维生素

维生素是维持和调节机体正常生理功能而必需从食物中获得的一类微量有机物质，在机体的生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用。大量研究表明各类维生素都具有一定的抗氧化作用:

维生素A 是脂溶性维生素，具有增强免疫力，清除自由基的活性。

维生素C 又称L-抗坏血酸，是水溶性维生素，是细胞外液的主要抗氧化剂，可以保护其它抗氧化剂，如维生素A、维生素E、不饱和脂肪酸，防止自由基对人体的伤害，发挥抗氧化延缓衰老的作用。高志清等［45］研究表明Vc 可以减轻D-半乳糖诱导亚急性衰老动物模型的氧化损伤，保护m tDNA、增强线粒体氧化呼吸酶活性。

天然维生素E 主要存在于植物油中，易被氧化破坏，是人体必需的但不能自行合成的一类重要的脂溶性维生素。维生素E 具有广泛生理功能，如调节脂质代谢、抗氧化等。维生素E 延缓衰老的作用研究已有几十年。但目前对其延缓衰老的作用机制说法不一。总的来看，维生素E 对群体衰老的最长寿命影响不大，但对平均寿命具有延长作用。曲娴等［46］研究维生素E 对衰老小鼠的作用，结果表明维生素E 具有提高衰老小鼠脑抗氧化能力和调节Ca2+稳态的作用，并能抑制氧化应激引起的m tDNA损伤，从而改善衰老动物的学习记忆能力。臧雪冰等［47］探讨了天然维生素E 对果蝇寿命的影响和对老龄大鼠的抗氧化作用，发现天然维生素E 可以延缓机体衰老过程，具有抗衰老的作用。

β-胡萝卜素是一种抗氧化剂，具有解毒作用，是维护人体健康不可缺少的营养素之一，在抗癌、预防心血管疾病、预防白内障及抗氧化方面均有显著功效。β-胡萝卜素可直接抑制单线态氧自由基，终止自由基的链反应，从而保护机体免受自由基及脂质过氧化的损伤，进而延缓衰老进程及防御由衰老引起的多种退化性疾病。张柱海等［48］研究发现盐藻β-胡萝卜素对果蝇和老年大鼠均具有抗衰老活性，其作用机制可能是通过增加体内抗氧化酶的活性，提高机体抗氧化能力而实现的。

3.6 氨基酸

氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的最基本的物质，是在生物体内构成蛋白质分子的基本单位，与生物的生命活动有密切的关系;在抗体内具有特殊的生理功能，是生物体内不可缺少的营养成分之一。蛋氨酸是人体必需的氨基酸之一，蛋氨酸亚砜还原酶系统与衰老和抗氧化应激息息相关。研究人员利用线虫模型研究蛋氨酸亚砜还原酶系统的组成，发现蛋氨酸亚砜能在不同的组织年龄比例上修复蛋白质氧化损伤，这种修复不是传统的单一减少氧自由基水平，最主要的一个作用是这种修复程度能决定机体的寿命［49］。茶氨酸是茶叶中特有的氨基酸，研究表明其具有延缓线虫衰老的作用，可能也具有促进哺乳动物和人类健康和寿命的效果［50］。

4 结语及展望

关于衰老的机制，是由多因素共同的作用而非单一的因素影响的，到目前为止还没有一种衰老理论能完全说明生物体衰老发生的全部病理过程。而目前研究衰老所采用的动物模型如D-半乳糖诱导、胸腺去除、同位素照射、自然衰老与人胚肺成纤维二倍体细胞往往也是从能量代谢障碍、免疫紊乱、DNA损伤以及整体与细胞类自然衰老反应等不同角度反映衰老的病理机制，从胸腺、脾腺、血清指数等指标也不足以充分说明其抗衰老机制。因此对现有模型进行改进使之更加突出体现衰老发生的多种病理环节，研究衰老机理，将有助于从自然界中寻找有具有延缓衰老活性的化合物，研究其延缓衰老的作用机制，开发新型延缓衰老药物、促进人类健康具有重大的现实意义。随着人们健康意识的提高，研发安全、有效的延缓衰老、防病保健的中成药制剂有着广阔的市场，也为抗衰老中药的研究提供广阔的前景。

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