| 衰老又称老化, 是指生物发育成熟后, 在正常状况下随年龄增加机能减退及结构与组分逐步退行性变化并最终走向衰老的过程。生物衰老是一个极其复杂的过程, 是一系列基因的激活与阻遏、基因产物的相互作用以及内外环境交互影响的结果[1 ] 。近年来, 衰老的分子机制, 尤其在衰老基因表达与调控方面取得了可喜的进展[2 ] [3 ] , 使人们有充分的理由相信, 通过一些天然与人工合成化合物调控衰老的可能性。本文综述了一些天然与人工合成化合物对生物整体或体外培养细胞衰老的影响, 并探讨了其影响衰老的可能机制。
一、氨基胍(22AG)
Fujisawa[4 ] (1999 年) 研究证实, 2 - AG可以延缓体外培养的成纤维细胞的衰老。他用易衰老鼠SAMP I 系背侧真皮细胞为研究对象, 以4 mmol/ L 2 - AG培养细胞, 发现不仅细胞的群体倍增数(PD) 增加, 细胞的饱和密度也有一定程度增加, 细胞四倍体化随PD 增加而升高的趋势下降, 而且衰老细胞并未显示典型的衰老表型。Fujisawa 进一步研究发现, 2 - AG能抑制二胺氧化酶的活性, 抑制培养基内自由基的产生。发现加入氨基胍培养的细胞, 其脂质过氧化物(丙二醛等) 水平明显低于正常对照, 说明氨基胍可明显减轻细胞的氧化压力, 并认为这可能是氨基胍延缓衰老的重要原因。
细胞内氧化剂和抗氧化剂的平衡对细胞生长调节十分重要, 如信号传导通路中蛋白质的磷酸化及转录因子与DNA 的结合等, 均受到细胞内氧化还原状态的调节。然而,有一些抗氧化能力更强的抗氧化剂, 如抗坏血酸、维生素E、触酶等并无氨基胍样延缓衰老效果, 这提示, 氨基胍可能存在其它延缓衰老的途径。近期Trang[5 ] (1999 年) 以牛眼晶状体蛋白、L2木苏糖、14C 标记的赖氨酸(14C2lys) 为材料,深入研究了氨基胍对高级糖基化终末产物(AGE) 相关的蛋白交联的影响。实验发现, 尽管22AG不抑制糖基化中间产物Amadori 化合物的形成, 但氨基胍和其它因素(如偏亚硫酸钠、氨基脲、邻苯二胺、维生素B6 、维生素B2 等) 却显著抑制14C2lys 对牛晶状体蛋白的渗入, 这种对蛋白交联的抑制作用随抑制剂浓度的加大而增强。人们发现生物组织和细胞, 糖基化最大的危害之一就是引发蛋白质、核酸、脂类等之间的交联, 尤其是半衰期长的蛋白质之间交联, 这种交联不仅破坏了蛋白质的高级结构, 损伤其功能, 而且阻抑了蛋白酶体对其水解, 引发细胞和组织衰老。氨基胍抑制AGE相关的蛋白交联可能是其延缓衰老的另一重要机制。
二、α2苯基2N2t2丁基硝酸盐(PBN)和
N2t2丁基羟胺(N-t-Butylhydroxylamine)
PBN 存在于生物组织, 它是研究自由基时最广泛使用的一种自旋电子诱捕剂, 可清除羟自由基, 保护组织免受氧化损伤。PBN 能延缓正常鼠及易衰鼠的衰老[6 ] [7 ] , 同时亦可延缓正常人成纤维细胞的衰老[8 ] 。虽然PBN 延缓衰老的机制尚不清楚, 但已观察到一个有趣的现象, 久存的PBN 储存液的延缓衰老作用远比新鲜配制的PBN 液强, 这一现象说明, PBN 的分解产物在PBN 延缓衰老过程中可能起更重要的作用。
PBN 的分解产物主要有N-t-丁基羟胺和苯甲醛, 苯甲醛是典型的突变剂和致癌剂, 无明显的延缓衰老作用。Atamna[9 ] (2000 年) 以正常人肺成纤维细胞系IMR90 为研究材料,观察N-t-丁基羟胺和其它N-羟胺族化合物对IMR90 细胞培养的影响, 结果发现, N-t-丁基羟胺可使体外培养的IMR90细胞PD 明显增加, 有效减缓了线粒体中顺乌头酸酶酶活性随着增龄下降, 并显著减少DNA 上脱嘌呤/ 脱嘧啶位点, 表明: N-t-丁基羟胺可以稳定DNA 结构, 保护三羧酸循环等基础代谢正常进行, 延缓IMR90 细胞衰老。Atamna 还发现, N-t-丁基羟胺可防止细胞色素C 的自氧化, 通过降低氧化型谷胱甘肽(GSSG) 来提高GSH(还原型谷胱甘肽) / GSSG的比例(GSH较稳定) , 而且具有保护IMR90 细胞抵抗H2O2 的毒性作用, 提示: N-t-丁基羟胺具有良好的抗氧化作用。更有意义的是, 不仅N-t-丁基羟胺的有效药物浓度远低于PBN(25μmVs200μm) , 而且N2羟胺族其它化合物, 如N-苯基羟胺和N-甲基羟胺与N-t-丁基羟胺均具有相似的延缓衰老作用,βBN 分解产物N-t-丁基羟胺中羟胺基团可能是该族化合物延缓衰老作用的功能基团。
三、肌肽(carnosine)
肌肽, 又称β-丙氨酸-L-组氨酸, 由肌肽合成酶合成。肌肽在生物组织中广泛分布, 尤其在细胞不分裂的组织中, 如肌肉和大脑嗅叶含量甚高。早期的研究认为肌肽是一种神经递质, 可激活ATP 酶, 具有抗氧化剂活性, 可保护噬菌体免受电离辐射的致死作用。McFARLAND[10 ]首次研究了L-肌肽对胎儿肺二倍体成纤维细胞MRC-5 和其它细胞系生长的影响。实验发现: ① L2肌肽虽未能改变细胞的分裂(Hayflick) 极限, 但细胞的实际PDL 显著升高, 细胞的寿命也显著延长; ② 衰老细胞排列不整齐, 形态大小不规则,胞浆内颗粒较多, 部分细胞有退行性变, 而肌肽培养的细胞即使进入老年, 也未出现上述衰老表型。如果老年细胞从普通培养基改为含肌肽培养基, 然后换为普通培养基, 再换成含肌肽培养基, 则可观察到细胞的表型也发生相应的改变,经历衰老→年轻→再衰老→再年轻表型的变化[11 ] 。说明肌肽不仅具有延缓衰老作用, 还具有逆转老年细胞衰老形态的强大效果。
上述肌肽的延缓衰老作用, 可能与其结构和功能密切有关。众所周知, 肌肽是一个抗氧化剂, 能捕捉氧自由基。近年发现肌肽的结构与蛋白质分子上糖基化位点的结构相似, 肌肽不仅抑制了糖基化试剂与蛋白质的反应, 防止A-madori 化合物和糖基化终产物的形成; 它还可以与糖基化终产物及其前体上的羰基结合, 形成肌肽-羰基-蛋白质复合物, 又称为肌肽化蛋白质[12 ] 。后者是一个相对稳定的物质,经细胞排出后, 与受体结合, 在溶酶体内降解; 而肌肽化的蛋白质本身就是溶酶体选择降解异常蛋白的信号。糖基化终产物和羰基化蛋白质是细胞衰老的信号, 它们在细胞内异常积累, 则加速与其它蛋白的交联, 而肌肽化的蛋白质则明显减缓糖基化终产物对正常蛋白质的损伤的抑制作用、肌肽也可与脂羰基反应, 保护膜中脂蛋白交联。肌肽对糖基化的抑制作用、肌肽化蛋白对正常蛋白质的保护作用, 可能均是肌肽延缓衰老的主要原因之一。有意思的是, 在丙酮酸盐的存在下, L-肌肽可选择性杀死肿瘤细胞和转化细胞, 故推测肌肽对肿瘤细胞的这种细胞毒作用可能与肌肽和糖酵解中间产物的结合有关, 因肿瘤细胞的快速增殖需要糖酵解作为能量来源。D-肌肽、鹅肌肽和β-丙氨酸均无L-肌肽之延缓衰老作用。
四、表没食子儿茶素-3-没食子酸盐(EGCG) 及其它天然化合物
(-)-表没食子儿茶素-3-没食子酸盐是一类黄酮醇多酚类物质, 主要存在于茶属植物中。EGCG在人体内的代谢始于小肠, 血浆内主要以葡萄糖酸盐或硫酸盐复合体的形式存在。EGCG是一类活性很强的抗氧化剂, 抗氧化能力约相当于维生素C 的100 倍, 它不仅可迅速降解超氧自由基和烷基化自由基, 还可通过抑制黄嘌呤氧化酶阻止活性氧和活性氮的产生。体外研究显示, EGCG抑制脂肪酸合成酶,保护脂质双分子膜, 防止胞外有害物质对细胞膜的损伤[13 ] ; EGCG可预防突变剂诱发的基因突变, 阻断过氧化物及X-ray 对细胞DNA 的损伤[14 ] 。体内的研究证实, EGCG还有效地降低甘油三酯(33 %) , 防止LDL 氧化; 提高血管内皮细胞一氧化氮(NO) 合成酶的活性、增加NO 的稳定性; 有效预防高血压、内脏肥厚以及衰老引起的血管舒张, 并可预防动脉粥样硬化[15 ] 。此外EGCG在预防风湿性关节炎、糖尿病、促进免疫系统功能等方面均有较好的效果, 其延缓衰老作用已被广泛关注。
除EGCG外, 尚有多种天然化合物, 如原花青素低聚物、白藜芦醇、染料木黄素、茶色素、姜黄素等, 它们均具有较强的抗氧化性能, 并日益受到重视[16 ] , 但其有无延缓衰老作用尚未见报道。
总之, 天然及人工合成化合物在延缓细胞衰老作用上值得进一步探讨。
参考文献
1 童坦君, 张宗玉. 衰老分子生物学在新世纪面临的机遇和挑战. 中华老年医学杂志, 2000 , 19(3) :167
2 Wei W, Tanjun T, Zongyu Z. Characterization of Regulatory Elements on the promoter region of p16INK4a that contribute to overexpression of p16 in senescent fibroblasts. J . of Biological Chem , 2001 , 270(52) :48655
3 Jianming D , Zongyu Z, Tanjun T. Senescence delay of human diploid fibroblast induced by Anti2sense p16INK4a Expression. J . of Biological Chem , 2001 , 276(51) :48325
4 Fujisawa H , Nishikawa T, Zhu BH et al. Aminoguanidine supplementation delays the onset of senescence in vitro in dermal fibroblast-like cells from senescence-accelerated mice. J . Geront ,1999 , 54 :276
5 Trang D. Lehman , Beryl J . Inhibitors of advanced glycation end product-associated protein cross2linking. Biochim biophys Acta ,2001 , 1535 :110
6 Saito K, Yoshioka H , Cutler RG. α-Phenyl-N-t-butylnitrone delays senescence in normal mice. Biosci biotechnol Biochem ,1998 , 62 :792
7 Edamatsu R , Mori A , Packer L. The spin-trap N-tert-α-phenyl-butylnitrone prolongs the life span of the senescence accelerated mouse.Biochem Biophys Res Commun , 1995 ,211 :847
8 Chen Q , Fischer A , Reagan JD et al. Oxidative DNA damage and senescence of human diploid fibroblast cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA , 1995 ,92 :4337
9 Hani A , Andres P , Bruce NA. N2t2butylhydroxylamine , a hydrolysis product of α-phenyl-N-t-butyl Nitrone , is more potent in delaying senescence in human lung fibroblasts. The journal of biological Chem , 2000 , 275(10) :6741
10 G. A. McFARLAND , R. HOLLIDAY. Retardation of the senescence of cultured human diploid fibroblasts by carnosine. Experimental Cell Research , 1994 , 212 :167
11 G. A. McFARLAND , R. HOLLIDAY. Further evidence for the rejuvenating effects of the dipeptide L2carnosine on cultured human diploid fibroblasts. Experimental Gerontology , 1999 , 34(1) :35
12 Hipkiss AR , Brownson C. A possible new role for the anti-ageing peptide carnosine. Cell Mol Life Sci , 2000 , 57 :747
13 Nakayama T, Hashimoto T, Kajiya K. Affinity of polyphenols for lipid bilayers. Biofactors , 2000 , 13 :147
14 Yoshioka H , Kurosaki H , Yoshinaga Ket al. Beta-ray-induced scission of DNA in tritiated water and protection by green tea percolate and EGCG. Biosci Biotechnol Biochem , 1997 , 61:1560
15 Mccarty M F. Up-regulation of endothelial nitric oxide activity as a central strategy for prevention of ischemic stroke-justsay No to stroke. Med Hypotheses , 2000 ,55(5) :386
16 Dong Z. Effect of food factors on signal transduction pathways. Biofactors, 2000 ,12(124) :17
|
