沙棘多糖抗衰老的研究进展

李纪彤 褚金国 丁丁

全球65岁以上人口不断攀升,老龄化已成为普遍现象。衰老具有复杂的生物学过程,受到环境、遗传等多种因素的影响,与多种疾病的发生、发展关系紧密。中药抗衰老是目前具有潜力的治疗方案,其作用机制一直是研究的热点。其中,沙棘多糖表现出了突出的一面,其通过清除人体内的自由基,减少氧化应激对细胞的损害;通过调节免疫细胞活性、促进免疫因子分泌等方式增强机体的免疫功能,提高机体免疫力;保护细胞和组织免受氧化应激和炎症等损伤,促进细胞的修复和再生;抑制细胞凋亡,促进细胞的生存和增殖,进而达到延缓衰老的目的。

1 沙棘多糖的组成、提取

1.1 沙棘多糖的组成 沙棘多糖具有复杂且独特的结构特点,基本糖单位包括葡萄糖醛酸等多种类型。沙棘多糖可分为均多糖和杂多糖两类。均多糖由同种单糖组成,具有较高的纯度,而杂多糖由2种及以上的单糖组成,具有更丰富的结构多样性。大部分沙棘多糖为杂多糖,不同类型的沙棘多糖在生物学活性方面是否存在差异,还有待进一步研究。

1.2 沙棘多糖的提取 沙棘多糖的提取方法可分为传统提取方法和新型提取方法两大类。近年来,新型提取技术如高压脉冲电场辅助法、动态高压微射流辅助法、加速溶剂萃取法以及超临界流体萃取法等,具有提取纯度和效率高、温度和压力控制要求低等优点,在沙棘多糖研究中展现出明显的优势。多糖提取技术的不断发展和优化,为我国沙棘中药资源的充分利用提供了有力支持,有助于进一步探索沙棘多糖的生物活性和药理作用。

2 沙棘多糖的抗氧化、抗炎、增强免疫力作用

沙棘干燥成熟果实中含有丰富的活性成分,包括丰富的维生素C以及维生素E、B2、B3、B5、B6等[1],这些活性成分在延缓衰老过程中发挥了重要作用。在人体内,氧化应激会导致细胞损伤,进而引发各种疾病。沙棘多糖能够有效清除自由基,降低氧化应激,保护细胞免受损伤,维持人体健康,通过抗氧化应激及免疫调节调控细胞生命周期进程,进而起到抗衰老作用。沙棘多糖同时具有抗炎作用,能减轻炎症反应对机体的损伤。研究发现,沙棘多糖可通过抑制炎症因子的释放,促进抗炎因子的表达,从而调节炎症反应,延缓衰老过程[2]。

2.1 沙棘多糖的抗氧化作用 自由基(free radical)是一类含有未配对电子的基团、分子或原子,主要包括超氧阴离子、羟自由基等,是人体的代谢产物,在正常情况下处于动态平衡。当动态平衡被打破时,氧自由基在体内不断积累,加剧衰老表现。人体内的抗氧化酶可抑制氧自由基的产生,延缓人体的衰老。沙棘多糖对不同自由基表现出不同的清除作用,沙棘多糖清除氧离子(oxygen ion) 的效果最好,而对羟自由基和二苯基苦基苯肼(2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl,DPPH)清除能力较弱[3]。相关研究结果显示,通过注射D-半乳糖建立小鼠衰老模型,沙棘多糖组较模型组可以增强衰老小鼠超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)在体内的活性,减少氧化终产物[4]。

2.2 沙棘多糖的免疫调节作用 沙棘多糖的生物活性成分对免疫系统的多环节都具有不同程度的调节能力,对体液免疫也有一定的调节作用。沙棘多糖可以促进甲状腺功能亢进的恢复,并能明显恢复免疫抑制状态下的自然杀伤细胞(natural killer cell,NK)水平[5]。研究证实,沙棘提取物对于大鼠体液免疫的增强作用同样显著:沙棘提取物各剂量组均可显著提高大鼠的血清溶血素水平和脾脏内溶血空斑分泌抗体能力,表明沙棘提取物具有增强机体免疫功能的作用[6]。

3 沙棘多糖参与抗衰老的传导通路

沙棘多糖参与抗衰老机制的通路涉及营养感应信号通路、胞内应激信号传导通路、P53通路等。

3.1 营养感应通路

3.1.1 胰岛素/胰岛素样生长因子(IIS)信号传导通路:IIS信号通路调控细胞周期、生长、发育等多种生物学环节,在生物体的衰老及衰老相关疾病中发挥着重要作用[7]。沙棘多糖可以通过影响IIS信号传导通路下调下游因子胰岛素样生长因子受体2(dauer formation-2,DAF-2)的水平,抑制高级糖基化终末产物-1(advanced glycation end-1,AGE-1)的激活和衰变加速因子蛋白16(decay accelerating factor protein 16,DAF-16)的磷酸化,调节细胞内的信号传导,从而延缓细胞衰老,增强细胞活力。沙棘多糖干预能够增加线虫DAF-16的表达,DAF-16进入细胞核发挥调控功能,抑制IIS信号通路,延长了线虫的延长生存时间。研究发现,沉默DAF-16基因后,线虫生存时间缩短,表明沙棘多糖抗衰老效应是通过DAF-16依赖的IIS信号通路实现的[8]。但是,目前无相关人体方面的临床研究。线虫生命周期短,有助于快速研究生物学现象,沙棘多糖通过调控线虫IIS信号通路关键基因,延长其生存时间并改善其运动能力,展现出显著的抗衰老效果,这一机制为沙棘多糖的临床应用提供了理论依据。

3.1.2 腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)信号传导通路:AMPK作为AMP依赖性蛋白激酶,具有在多种真核细胞中维持能量稳态的作用。AMPK信号通路活性受损时,细胞稳态受到影响,导致衰老过程加速。AMPK信号通路还与细胞自噬过程有关。激活AMPK信号通路可以增强细胞自噬能力,延缓衰老过程。应激时,腺嘌呤核苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)/腺嘌呤核糖核苷酸(adenosine monophosphate,AMP)比例及腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)的含量上升,激活抑癌基因肝激酶B1(liver kinase B1,LKB1)和钙调蛋白激酶激酶β(Calcium/Calmodulin-Dependent Kinase Kinaseβ,CaMKKβ),进一步激活AMPK通路。激活的AMPK通过促进ATP发挥预防衰老的作用,延长线虫、果蝇和小鼠寿命[9]。沙棘多糖能提高缺氧损伤细胞存活率,通过下调miR-122、上调LKB1和CaMKKβ水平,激活AMPK信号通路。同时,沙棘多糖可增加AMPK/脱乙酰酶沉默信息调节因子 1(Sirtuin 1,Sirt1)表达水平[10]。AMPK和Sirt1是细胞内重要的能量代谢调节分子,与生物体的免疫应激反应密切相关。激活AMPK/Sirt1信号通路有助于维持细胞内环境的稳定,提高生物体对炎症刺激的抵抗力。

3.1.3 Sirt1/FoxO信号传导通路:Sirt1是一种重要的抗氧化酶,能够清除细胞内的活性氧(reactive oxygen species,ROS),降低氧化应激带来的损伤。Sirt1作为保守的烟酰胺腺膘呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)依赖性脱乙酰化酶,在生物体中尤其在衰老过程中起重要作用。Sirt1可通过调节p53和FoxO1抑制细胞凋亡,增强抗氧化酶活性。沙棘多糖能够激活Sirt1/FoxO信号通路,帮助生物体更好地应对各种应激。沙棘多糖能增加NAD+水平,提高NAD+/NADH比例,上调NAD+相关蛋白表达,部分恢复ATP水平,改善β淀粉样蛋白1-40(amyloidβ-peptide 1-40,Aβ1-40)对肾上腺嗜铬细胞瘤大鼠的细胞毒性作用[11-12]。沙棘多糖预处理可逆转代谢记忆对视网膜色素上皮细胞损伤作用,机制涉及逆转miR-204表达,激活Sirt1,增强p53去乙酰化作用,抑制内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)及凋亡,有助于减轻胰岛素抵抗,减缓代谢功能受损[13]。

3.2 胞内应激信号传导通路 细胞应激反应与衰老紧密相连,涉及核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)、NF-κB、未折叠蛋白(unfolded protein response,UPR)、p53/p21和p16/视网膜母细胞瘤蛋白(retinoblastoma protein,pRb)等信号通路。这些通路在抗氧化、炎症、免疫、线粒体功能和DNA修复方面有重要作用。这些通路的异常激活与抑制受到应激反应的影响,从而影响细胞衰老进程。

3.2.1 Nrf2信号传导通路:随着年龄增长,机体氧化还原失衡导致ROS增多,引起细胞损伤。为了应对氧化应激,细胞激活c-Jun氨基末端激酶(JNK)信号通路,与解偶联的Nrf2结合,引起Nrf2/ARE信号通路被激活。这一机制有助于调节SOD、过氧化氢酶(catalase,CAT)、血红素氧合酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)和GSH-Px的表达。相关研究发现,沙棘多糖能够减轻D-半乳糖诱导的衰老相关表型,清除ROS,调节抗氧化因子表达,保护线粒体,改善线粒体功能障碍[14]。沙棘多糖还能激活Nrf2信号通路,减轻氧化应激、细胞凋亡和Aβ沉积,发挥神经保护作用。此外,沙棘多糖通过p21和JNK依赖性途径介导Nrf2信号通路,上调核Nrf2易位,激活Nrf2信号传导通路,下调衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)表达,提高抗氧化能力,延缓衰老[15]。

3.2.2 NF-κB信号传导通路:NF-κB作为关键转录因子,调控细胞黏附、增殖、炎症、氧化还原状态及凋亡因子表达。随着年龄增加,免疫系统激活诱发慢性炎症,激活NF-κB信号通路,持续激活NF-κB通路能促进衰老[16]。沙棘多糖能够抑制炎性因子与ROS的产生,通过调节miR-92a/KLF4轴,抑制脂多糖诱导的p38/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)/NF-κB信号通路过度激活[17]。同时,沙棘多糖通过抑制TLR4、IL-6等过度表达,增加NF-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase,IκB)活性,抑制NF-κB信号通路,发挥神经保护和抗炎作用[18]。相关研究发现,沙棘多糖能减轻更年期小鼠记忆障碍、神经炎症及海马神经元损伤,发挥抗衰老作用[19]。同时,沙棘多糖能增强免疫功能,通过调节NF-κB、AP-1和IκBα表达,抑制NF-κB信号通路,抑制衰老相关基因表达。

3.3 p53/p21与p16/pRb信号传导通路 p53蛋白在应激反应、细胞周期调控和DNA修复中起关键作用。当细胞受损时,p53蛋白水平上升,激活p21并抑制磷酸化过程,下调抑癌基因pRb/转录延长因子(E2 promoter-binding factor,E2F)轴以减轻细胞损伤,导致细胞周期受阻和衰老[20]。另外,在衰老过程中,p16蛋白表达增加,导致细胞周期受阻。低磷酸化的pRb与E2F的结合能力减弱,影响细胞生长和分裂。沙棘多糖能降低衰老小鼠体内衰老相关基因p53、p21及p16INK4a/pRb表达,促进神经发生和维持干细胞活性。过氧化氢(H2O2)作为一种氧化应激因子,通过诱导氧化损伤、炎症反应、基因突变和细胞凋亡等途径,加速了生物体的衰老进程。沙棘多糖通过清除多余的H2O2,降低细胞内氧化应激水平,下调p53/p21信号通路中相关蛋白水平[21],减轻细胞周期阻滞的现象。

3.4 其他 沙棘多糖通过下调糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)表达,上调β-连环蛋白(β-catenin),激活分泌型卷曲相关蛋白(wingless and Int-1,Wnt)信号通路,延缓右旋糖酐(dextran,D-gal)诱导的干细胞衰老。Klotho基因是抗衰老基因,调控衰老过程。沙棘多糖能够上调衰老大鼠体内Klotho基因的表达,下调成纤维细胞生长因子23(fibroblast growth factor 23,FGF-23)蛋白的表达,从而减轻氧化应激,平衡钙磷代谢,延缓肾脏衰老[22]。

4 展望

综上所述,沙棘多糖具有抗衰老及改善衰老相关疾病的效果,但其临床药效尚需验证。本文探讨了沙棘多糖抗衰老的作用机制和信号通路,但为全面评估其抗衰老活性,有必要进行深入研究。随着新技术的不断进步,沙棘多糖的研究将进入新阶段,以揭示更多抗衰老机制并为临床应用提供证据。