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衰老与抗衰老研究进展3

2010-12-06  czx66
  

衰老与抗衰老研究进展  

转自法国菲洛嘉胚胎活细胞研究中心(LABORATOIRES  FILORGA)

 
四、染色体端粒长度与衰老
  正常人细胞随着复制能力下降,其染色体终端即端粒(telomere)的长度变短,端粒长度受染色体端粒酶(telomerase)活力的调节,端粒酶以端粒RNA为模板合成端粒序列而使端粒延长。
  有人曾经对人淋巴细胞的衰老性变化与其端粒长度以及端粒酶活性的关系在各种体内体外环境及处理因素下做了观测,发现端粒酶活力和端粒长度的调节有可能是淋巴细胞增殖的控制因素,这已在人淋巴细胞的发育、分化、激活和衰老过程中被验证。曾发现外周血CD+4T细胞的端粒长度在体内随着衰老以及从静息细胞到记忆细胞的分化过程而缩短,在体外则随着细胞的分裂而缩短,这些结果提示端粒长度与淋巴细胞增殖过程以及记忆性增殖潜力相关。与之相反,体内实验中扁桃体B细胞分化及生发中心形成过程中凋粒长度却是增加的。同时,也发现在体内T细胞发育和B细胞中端粒酶活性是被严格控制着的;在胸腺细胞和生发中心B细胞内凋粒酶活力外于高水平,在静止、成熟的外周血淋巴细胞的该酶活力处于较低水平。最后,静息淋巴细胞保持着在活化时上调端粒酶活性的能力,并且这种能力并不随着细胞的逐渐衰老而降低。虽然端粒酶对淋巴细胞的确切作用有待于进一步阐明,但这种酶可能有助于避免TB淋巴细胞终端的缩短,并因此在淋巴细胞的生长、分化和激活过程中起重要作用。
  已经发现永生细胞以及恶性肿瘤等细胞隐匿有端粒酶活性,即在这些细胞其端粒长度被维持,以维持这些细胞的超乎寻常的持续性增殖能力。
  大量试验资料表明,端粒酶活性的高低直接影响端粒长度的增减,而端粒的长短直接影响细胞内基因的表达,进而影响到细胞的增殖和寿命。所以,未来进一步探索衰老因素、长寿因素对端粒长度的影响,或者克隆人端粒基因等研究课题将对人体衰老与抗衰老具有十分重要的理论及实际意义。
  五、免疫功能退化和衰老
  在对衰老与抗衰老的研究中发现,免疫系统的功能状态与衰老的发生和发展有着十分密切的关系,而且,免疫系统本身也有衰老退化的问题,而这种衰老退化在极大程度上表现为机体的衰老性改变。
  老年人的免疫器官表现为明显的退化,其中以胸腺的改变量为明显。老年人胸腺的组织学特征主要表现在衰老的胸腺皮质只剩下一些稀疏的淋巴细胞,其间杂以大量的充满类脂质颗粒的巨噬细胞。在髓质和皮质中,均可见到大量的浆细胞和肥大细胞,大部分胸腺组织被结缔组织和脂肪所代替。电镜下观察到胸腺皮质变薄,胸腺细胞显著减少,髓质上皮细胞碎裂成多个小巢,其间堆积着大量的巨噬细胞、浆细胞、淋巴细胞和纤维母细胞。
  动物实验发现,将老龄鼠的胸腺植入幼鼠体内,移植物可重新获得生命力:但将幼龄鼠的胸腺植入到老龄鼠体内却不能改变老龄鼠的低免疫反应状态。又发现,老龄鼠的骨髓干细胞植入幼龄鼠体内后,宿主鼠的B细胞生成减少,其功能也较低下,但此时T细胞的功能却十分活跃。以上资料充分表明,胸腺-骨髓-激素系统是决定机体免疫功能状态的3个关键环节,而在衰老过程中起决定作用的是胸腺。
  以免疫活性细胞来看,老年人体内重要免疫活性细胞如T细胞等的数量明显少于年轻人,而且在免疫应答中的反应性明显降低,但是,有些细胞如K细胞的数量却随年龄的增加而增加,其体外抗靶细胞的自发性细胞毒性也比年轻人为高,但其体内作用和意义如何却需进一步探索。T细胞是免疫活性细胞中最为重要的细胞群之一,老年人T细胞总数减少但其亚群的改变主要是TH/T5的增高,而另一重要细胞群——B细胞在人一生中数量变化不大,但其功能显然受TH/T5变化的影响,巨噬细胞()的数量和功能随年龄的变化不明显,对于TB细胞的辅助协同作用也无明显变化,但是其识别和提呈抗原的能力却随年龄的增长而有所下降。表-1给出老年人和年轻人外周血白细胞的变化。
-1;老年人与年轻人白细胞群比较
细胞群    年轻组(15人)    年老组(15人)
白细胞总数/mm    4927±36    3993±222
单核细胞数/mm3    278±25    290±39
淋巴细胞数/mm3    1679±136    1375±116
Fc
受体细胞/mm3    121±19    176±23
FcR-PBL%    7.7±1.3    12.8±1.4
T
细胞数/mm3    1019±103    734±79
T
细胞-PBL%    59.5±30    53.1±25
Th
细胞数/mm3    50±9    69±11
Th-T
细胞%    4.5±0.6    10.4±1.3
PHA
刺激反应(cpm    33257±2673    17777±2000
  从体液免疫的角度来看,衰老时IgGIgA水平一般是增高的,但这并不代表机体免疫功能的增强,恰恰相反,它们的升高在老年人常常是机体内免疫应答异常的表现。IgGIgA水平升高的原因主要是Ts细胞功能下降和B细胞功能亢进所致,IgMIgD水平基本无变化。IgE水平在机体衰老时则明显下降,各种特异性抗体水平也明显下降(如抗链球菌溶血素抗体等)。但在老年人体内血清异型球蛋白(如M蛋白等)往往呈增多趋势,可以引起一些免疫增生疾病或自身免疫性疾病。
  Walford认为衰老是机体内轻度的组织不相容性反应这一自身免疫反应现象对机体组织破坏的结果。许多研究表明,与自身免疫有关的一些疾病均随年龄的增长其发病率呈增长趋势。目前已知老年人体内常见的增高的自身抗体有抗核抗体、抗DNA抗体、抗线粒体抗体、抗甲状腺抗体以及类风湿因子等。抗核抗体阳性者的心血管疾病和肿瘤的死亡率明显高于抗核抗体阴性者。近年来的研究证明,人类HLA抗原与某些疾病和衰老有密切关系。HLA基因是人类第六对染色体上控制组织相容性抗原的基因,它依次由ABCDDr5个位点组成,每个位点上又有许多等位基因。目前已知HLA-A1HLA-B8HLA-Dw3与衰老和自身免疫性疾病有关。HLA-B27与强直性脊椎炎、HLA-Dw3与系统性红斑狼疮和青年型糖尿病都有一定的关系。上述发现把衰老的免疫学机制和基因的分子遗传学联系了起来。
  由于免疫功能的退化与衰老的密切关系已经被广大学者所公认,所以,随之出现了许多从免疫学角度抗衰老的方法:如有人认为控制饮食可以使免疫系统较长时间保持青春化而具有抗衰老作用:适应使用免疫抑制剂如硫唑嘌呤(Imuran)以及抗特异性B细胞制剂等治疗自身免疫性疾病兼具明显抗衰老作用;使用多核苷酸、2-巯基乙醇、多阴离子(polyanions)、维生素E以及胸腺素等,可以明显提高非特异性免疫功能、T细胞依赖体液免疫应答功能以及T细胞介导的细胞免疫应答功能而呈抗衰老作用;补充青壮年免疫活细胞到老年人体内可以延缓免疫功能的衰退,但需注意解决移植特抗宿主反应以及宿主抗移植反应、移植物必须在宿主体内维持较长时间以及其它有关问题。为避免异体移植的诸多棘手问题,有些学者提出使用自身免疫活性细胞设想,即在年轻时将自体免疫活性细胞取出超低温保存十年或数十年后再植入体内。动物实验已经证明动物免疫活性细胞可以在超低温条件下保存比动物寿命长得多的时间而保持免疫活性功能。同样,移植胸腺组织也可能具有明显的抗免疫衰老作用。
  八、结语
  关于衰老机理的研究现在仍然是非常活跃的领域,并将受到越来越足够的重视,因为它对于延缓衰老,实验老年医学研究的目的即防止人类早衰,保持人体健康长寿是极为重要的。
  但是,人类衰老的原因是多方面的,衰老的机理也是极为复杂的。到目前为止,有关衰老的机理的理论提出了很多,都有其一定的实验基础,但都是从一个侧面来解释衰老这一复杂现象,都有其局限性,还没有哪个理论可以全面地解释衰老的全过程。
  根据目前的情况来看,人体衰老过程是人体内部环境各因素间、人体与外环境各因素间在生命活动的过程中不断相互作用、相互影响的综合性结果,其诱因是多种多样的,其作用机理也是多重性的。所以,衰老可能是多因素、多机理综合作用的结果。这就要求我们整体看待、分析衰老机理这一复杂问题时应采取全面的、多视角的做法,切忌企图以某一个角度、某一实验结果来解释大范围的衰老现象;而在衰老机理的科学研究过程中,则应从某些具体的现象环节作起,对其结果的解释也应持慎重的态度。
 
第三节 抗衰老研究进展
  对衰老机理的研究就是为了有效地指导抗衰老的研究和实践工作。
  人类对抗衰老的研究可以追溯到数千年以上的历史,中医药学在这方面亦有其重要贡献。从目前资料来看,抗衰老研究成果除生活习惯或者锻炼方法等特殊方面外,主要可分为两个方面,即长寿基因和衰老基因研究以及抗衰老制剂研究。
  一、长寿基因和衰老基因研究进展
  大量研究资料证明物种的平均寿命和最高寿命(maximun life-span)是相当恒定的,所以,物种的寿命显然是在一定程度上受遗传基因控制的,因而这里自然涉及到所谓的衰老基因长寿基因的概念。根据现有资料,衰老基因和长寿基因都应是一个广义概念,绝不是指某个基因而言,是泛指那些具有引起或延缓衰老作用的基因。
  (一)衰老基因
  衰老基因和长寿基因是一个矛盾的两个方面。以线虫Caenorhabditis elegans(平均寿命仅20天,适于寿限研究)所做研究表明,其age-1单基因突变可提高平均寿命65%,提高寿限110%Age-1突变型C.elegans的抗氧化酶活力、应变能力都强,耐受H2O2、农药、紫外线及高温的能力都强于野生型C.elegans。研究还发现C.elegans的寿限与clk基因以及daf基因家族的daf-2基因相关。Daf基因为C.elegans形成休眠状态幼虫所必需,是编码与蠕虫发育相关传递途径中某些蛋白质分子的基因。Clk基因为1996年发现的基因家族。此类基因可能影响染色体结构以至功能而起作用,它们似与生物钟有关,故又称生物钟基因。Clk突变株C.elegans发育晚于野生株,细胞周期及代谢率减慢,紫外线耐受能力增加。Clk基因可影响神经、肌肉等非增殖细胞的寿命。已经发现该基因家族至少3-4个成员。据报道,daf-2clk-1双突变的C.elegans的寿命为野生型的5倍多,在25环境中寿命由8.5天增至49天。以上资料至少说明dafclk基因家族是与衰老相关即有促使衰老作用的基因。
  在人类细胞衰老基因研究方面,近年来也取得了较大进展。例如以细胞融合技术将永生化细胞与正常细胞融合,发现永生化细胞之所以永生是由于其衰老相关基因的隐性缺陷所致。用这一技术研究表明,至少有四套基因通路属于衰老相关基因(senescence associated gene,SAG),如一种分子量为21000DNA合成抑制蛋白(senescent cell-derived inhibitor of DNAsynthesis)的基因在人衰老成纤维细胞中的表达比在青龄细胞中的表达高。Werner早老综合症是一种隐性遗传性疾病,其细胞可传代数远低于正常人,据报道该病与一种称为WRN的基因突变有关(也说明WRN与长寿有关)。
  老年人可有一系列老年常见病,既可看作老年性特点又可加重衰老过程,从这一角度来看,某些与老年性疾病有关的基因也可看作衰老基因,如截脂蛋白Eε4基因表达活跃时易发冠脉硬化与阿滋海默病(Alzheimer Disease,AD),又如人β淀粉样蛋白基因可使转基因鼠的1/2子代出现老年性痴呆症状。
  (二)长寿基因
  机体内存在一些与长寿或抗衰老有关的基因,可以统称为长寿基因。以蛋白质生物合成的延长因子-1αEF-1α)基因转基因于果蝇生殖细胞,可使子代果绳比其它果蝇寿命延长40%,说明EF-1α可能具有长寿作用。研究表明,长寿常常与机体代谢能力以及应激能力的增强有关,自由基特别是氧自由基的促衰老作用已经被许多实验结果所支持,抗氧化酶类的缺乏可以是短寿的重要的分子基础之一,所以,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶等的基因的表达水平可能与长寿有密切关系。Rose等曾培养出了寿命2倍于野生型的果蝇品种,其体内含有很高的SOD活性。
  二、抗衰老制剂研究进展
  研究衰老与衰老机理是为了延缓衰老,这正是老年学和老年医学的主要目的。千百年来,前人总结摸索出了许许多多的养生之道以及具有一定延年益寿作用的药物。近年来,随着生物医学事业的飞速发展,人类在这方面也取得了一定进展。下面仅对其中几种研究较多、理论依据比较充足的抗衰老制剂作一介绍(神经医学在这方面内容极为丰富,有其独到优势,由于篇幅所限,这里不做论述,可参见有关书籍)。
  (一)褪黑素及其受体
  根据已有的大量实验结果,似乎可以肯定地说所有具有抗氧化作用的药物或制剂都具有抗衰老作用。具有抗氧化作用的药物或制剂很多,这里我们仅对研究较多的褪黑素(melatonit,MT)及其受体作一介绍。
  MT是一种由松果腺分泌的重要的激素,近年来发现它有多种新的生物学活性作用,特别是MT强大的自由基清除作用和衰老的关系已引起学术界的重视。MT在临床上作为抗氧化剂应用已有较长时间,但通过自由基把它和抗衰老联系起来则是近年提出的。已如前述,自由基,特别是血中或局部自由基水平过量升高时可以引发机体多种衰老性改变,这一点已经被公认。在老年人,体内自由基产量增加但清除自由的各种机制却相对退化,自由基的负效应更加突出,所以,给老年人以某种途径加强其自由基清除能力,在抗衰老、提高其身体素质方面有重要意义。近年的研究发现,MT的自由基清除能力在众多自由基清除剂中表现特别突出,因而对保护细胞膜及核酸等有明显作用,具有明显的抗细胞凋亡作用。其作用机理在MT对自由基的直接清除作用和MT对脂质过氧化反应的抑制作用。但老年人在这一点上存在两个突出问题,一个是MT分泌量降低的问题,这可以通过适当给予MT制剂来获得部分解决;另一个是细胞MT受体的退化而MT利用率的降低,这严重影响了MT的利用和作用的发挥。近年来国外研究MT受体的报告很多,如中枢神经系统MT受体的研究、MT受体的体内分布等,其基因序列及其mRNA序列已经报道。研究发现MT受体在细胞的表面及核膜均具有,特别是核膜MT受体可使MT的自由基清除作用对核内DNA起到明显保护作用而不使之在过量自由基作用下损伤或断裂。MT受体的退化所造成的MT利用率降低问题不是药物能解决的,所以,解决MT受体退化问题乃是MT课题研究的关键。
  (二)微量元素
  人体内共有60多种元素,分布于人体所有组织、细胞和体液中。所谓微量元素是指那些体内含量不足体重万分之一者,它们都必需依赖于从外界摄入来纤维体内正常含量,体内不能合成微量元素。公认的人体必需微量元素有下列14种:铁(Fe)、碘(I)、锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)、硒(Se)、铬(Cr)、钼(Mo)、钴(Co)、氟(F)、锶(Sr)、锡(Sn)、镍(Ni)、钒(v)。正常情况下,这些微量元素通过机体的吸收、代谢、储存、排泄等功能都能维持在一个正常的水平。
  微量元素虽量微但对人体具有极其重要的生理功能,广泛涉及到人体生长发育、新陈代谢、神经活动、免疫功能、酶及内分泌活性等几乎所有生命活动过程,一旦这些微量元素摄入不足、在体内过量聚集或者微量元素间比例失调,都将引起严重后果。例如,人体内有约1000种酶,其中70%以上的酶为金属酶,一些微量元素就是某些酶的组成成份或活性基团,一旦相应微量元素摄入不足,这些酶的活性就会下降而出现严重病理变化。以往,人们多注意微量元素的摄入不足,而忽视了微量元素间的比例失调,实际上,微量元素对机体功能的影响正是各种适当量微量元素综合作用的结果。
  人体步入老年期以后,由于摄入、代谢以及排泄等功能的紊乱,微量元素的正常含量、比例都易于发生对机体有害性改变,从而引起一系列衰老性表现。例如ZnMnSeCr等可以从基因表达水平来影响谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-pk)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)以及SODIgA等的含量水平,当这些物质含量低于正常水平时,可从多种途径引起衰老。研究证明,ZnMnSeCrCoGe(锗)、V等对脂代谢,CrMnNi等对糖代谢, ZnSe等对蛋白质代谢都具有重要作用,一旦这些元素缺乏时,三大代谢将出现障碍,许多生理功能将随之出现紊乱,几乎所有的衰老性症状、体征都可随之发生。
  在所有微量元素中,以ZnMnSeCu等较为重要,它们与保护生物膜、提高人体免疫功能、清除自由基、维护正常的代谢功能、调节血脂代谢防止动脉硬化以及维护脑细胞能量代谢和改善脑细胞功能等具有密切关系。研究发现与长寿有关的元素还有很多,这里不再一一列举。

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