线粒体功能的损伤和细胞自噬水平降低导致衰老,分子生物学论文.docx

线粒体功能的损伤和细胞自噬水平降低导致衰老,分子生物学论文衰老是指随着年龄的增长而发生的机体生理功能总体下降的经过，与多种疾病如肿瘤、糖尿病、心血管疾病和神经退行性疾病等的发生密切相关人类对衰老的认识已经从整体水平进入到细胞及分子水平，并提出了近 300 种学讲或假讲，例如基因衰老学讲、端粒学讲、自由基学讲、线粒体 DNA损伤学讲、染色体突变学讲等但是没有一种学讲能够全面说明细胞及个体发生衰老的原因，华而不实英国学者 Harman 于 1950 年提出的自由基衰老学讲最具影响力线粒体在细胞的能量代谢中起关键作用线粒体通过三羧酸循环和氧化磷酸化合成 ATP 为生命活动提供直接能量在氧化磷酸化经过中，一方面提供了细胞代谢活动必需的ATP，另一方面有一部分电子直接漏给了氧气产生大量的活性氧(reactive oxygen species，ROS)可见，线粒体呼吸链是细胞内自由基产生的主要场所，且易遭到氧化损伤影响除此之外，线粒体还调控细胞凋亡、基因表示出，调节细胞氧化复原电位、信号转导及钙离子、铁离子及电解质的稳态平衡等鉴于线粒体在细胞能量代谢、细胞凋亡调控和自由基代谢中的重要作用，普遍以为线粒体是细胞衰老的关键控制因素线粒体功能的损伤与人类的衰老相关疾病的发生密切相关在哺乳动物细胞内，ROS 的产生主要来源于线粒体氧化磷酸化经过的电子漏，另有少部分来源于细胞膜结合的酶系统的激活，如细胞色素 P450、过氧化酶系统、黄嘌呤氧化酶系统以及脂肪和其他大分子降解时的副产物等正常生理条件下，线粒体氧化磷酸化经过中产生的少量自由基是机体执行正常生理功能所必需的低浓度的自由基是细胞内诸多信号途径的重要组分，如 ROS 可激活或促进JNK 的活化，反之，JNK 活化促进了 ROS 的产生，在ROS 和 JNK 之间可能存在一个正反应效应可见，ROS 能够通过 JNK、NF- B 反应调控细胞内的自由基水平但是，高浓度的自由基或是自由基去除发生障碍，就会导致体内一些重要的酶失活、膜质损伤或诱导基因突变，这些损伤的积累进一步又会导致自由基水平的增加，进而诱发所谓的 恶性循环(vicious cycle) ，导致细胞甚至个体的衰老因而控制自由基的总量平衡是维持机体平衡和正常生理活动的重要方面细胞和线粒体内都存在能够去除自由基的酶(如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等)，可去除过量的自由基，使自由基的产生与去除处于动态的平衡，进而能够维持细胞和机体正常功能线粒体含有自个独立的 DNA，即 mtDNA线粒体基因组在维持本身功能的完好性上起了重要的作用线粒体编码的 13 个蛋白多肽介入线粒体呼吸链蛋白复合体、和 ATP 酶的组装，并在呼吸链的质子运输中起关键作用介入氧化磷酸化的其他大部分蛋白质都是由核 DNA 编码，在细胞质中合成后转运至线粒体上线粒体遭到损伤时会产生大量 ROS，容易造成线粒体 DNA 损伤而线 粒 体 自 身 DNA 修 复 机 制 很 弱 ， 由 此 造 成mtDNA 的突变率明显高于核 DNA因而相对于核 DNA，mtDNA 更容易由于突变聚积，进而引起蛋白质损伤及呼吸链功能缺陷由于线粒体基因组在氧化磷酸化中的重要功能，mtDNA 突变的积累引发能量危机、氧化应激及细胞损伤，最终导致衰老近年来，人们了解到 mtDNA 的突变可能引起疾病，并且随着衰老的进程mtDNA突变率增加在人类和猕猴等不同的组织中，发现突变的mtDNA随着衰老而逐步累积对线粒体 DNA 聚合酶缺失的小鼠研究表示清楚，mtDNA 突变的累积导致过早衰老该小鼠表现为寿命变短，并出现了过早老化的表型该模型鼠的氧化磷酸化能力固然严重受损，但是 ROS 产生水平并没有显着增加这个发现打破了经典的观点和理论，即 mtDNA 突变的聚集可能是线粒体呼吸链受损和 viciouscycle 的激活引起的研究人员还发现，衰老经过不仅遭到个体一生中线粒体 DNA 损伤累积的影响，还遭到遗传自其母亲的mtDNA 的影响有证据表示清楚，来自母系遗传的稍微mtDNA 损伤促进了衰老经过生活方式干涉能否有可能影响 mDNA损伤程度，这一问题还有待研究研究结果还表示清楚，靶向线粒体功能的治疗干涉有可能影响衰老的时间进程各种膳食控制和药物能够上调线粒体功能和/ 或减少线粒体毒性，比方抗氧化剂也有证据表示清楚，mtDNA 突变的累积不一定是损伤积累造成的，而可能是由于在生命经过中复制发生错误的 mtDNA 克隆性扩增造成的mtDNA突变在正常衰老组织中只占整体水平的小部分，而mtDNA 突变究竟是怎样引起衰老的机制仍不是很清楚因而，为了深切进入了解 mtDNA 突变在衰老经过中所起的作用，有必要研究降低mtDNA 突变水平能否对健康或是生命延长产生影响 2 细胞自噬与衰老 细胞自噬(Autophagy)是在营养缺乏条件下，真核生物中细胞内物质进行循环利用的重要生理经过，在细胞内蛋白质和细胞器质量控制中发挥关键作用细胞自噬经过中一些蛋白或细胞器被双层膜构造的自噬体包裹后，送入溶酶体或液泡中进行降解并得以循环利用细胞自噬可分为非选择性自噬(如营养因子等相关的 mTOR 信号通路依靠)和选择性自噬(受体或者 p62 介导)衰老细胞的特征之一是细胞内损伤物质的去除功能降低，导致异常折叠蛋白质和受损细胞器的过度积累，进而导致生命有机体生存能力降低细胞自噬能够降解受损蛋白质和衰老或损伤的细胞器等细胞构造，也是细胞内主要的代谢途径，介入衰老以及与衰老相关的各种病理经过因而细胞自噬水平的降低与衰老密切相关 2.1 mTOR信号通路 mTOR 信号通路是调控细胞生长与增殖的重要通路，主要是从营养状态、能量水平以及生长因子等信号整合在一起，调控细胞生长信号通路，包括细胞自噬、能量代谢以及肿瘤生成等在所有的真核生物中 mTOR 是非常保守的，而且哺乳动物mTOR存 在 两 个 不 同 的 复 合 物 ， mTORC1 和mTORC2，分别通过辅助蛋白质 Sin1、Raptor 和Rictor等结合两个 mTOR 复合物调控机制是不同的一般以为，mTORC1 对雷帕霉素(rapamycin)敏感，而 mTORC2 对雷帕霉素不敏感华而不实mTORC2 主要调控肌动蛋白细胞骨架的排列、细胞的存活、脂质的合成等经过，而 mTORC1 信号途径通过响应生长因子和营养因子介入调控细胞生长当前的研究初步说明了 mTORC1 响应的氨基酸信号机制首先 Rag GTPases 起到非常关键的作用，Rag 蛋白会构成异源二聚体(RagA/RagB 结合RagC/RagD)定位在溶酶体的面上氨基酸会通过促进 与 RagA/RagB或者 RagC/RagD 结合而激活Rag 二聚体，进而会促进 mTORC1 与 Rag 在溶酶体外表结合接头蛋白 p62 与 Rags 结合，促进Rag复合物的构成，最终激活 mTORC1另外，还能够通过与小 GTPase-Rheb 结合而激活，而Rheb 主要通过 TSC1/TSC2 响应生长因子信号其他对营养敏感的蛋白激酶对于维持代谢经过中的细胞内稳态起着非常重要的作用例如，活化的AMPK 会通过关闭消耗 ATP 代谢途径而促进产生大量的 ATP相反，在营养缺乏条件下，活化mTORC1 会加速合成代谢经过，如蛋白质合成或者细胞生长所需的其他物质另外 AMPK 能够通过抑制 mTORC1 活性而影响体内糖的代谢mTORC1 还能够调节包括如 eIF4 和 S6K1 等转录调控因子的磷酸化状态调节蛋白质合成AMPK广泛存在于真核细胞中，可调节糖类、脂类等的分解与合成，在维持细胞内能量代谢平衡中发挥重要作用当细胞饥饿时，AMP/ATP 比值增加，丝氨酸 / 苏氨酸激酶 LKB1 直接磷酸化激活AMPK，磷酸化 TSC2，进而抑制 mTORC1 活性，引起自噬的发生同时，AMPK 可以不经过 TSC而直接磷酸化抑制 mTORC1 复合体亚基 Raptor，加强自噬而在哺乳动物中 AMPK 除了抑制mTOR 促进自噬构成，还能够通过磷酸化 ULK1Ser-317 位点和 Ser-777 位点直接诱导自噬的发生. 而且发现 ULK1 与 AMPK 的互相作用能够介入mTORC1介导 ULK1 的 Ser-757 位的磷酸化调控.最新发现 AMPK 与 Vps34 复合体介入了细胞对糖的代谢调控，而且 AMPK 能够调控 Vps34 复合体的不同组成AMPK 能够通过磷酸化 Vps34 的Tyr-163/165位点而抑制非自噬 Vps34 复合体的功能，进而抑制 PI3P 产生而保卫细胞另外，AMPK可以以通过磷酸化 Beclin 1 Ser-91/94 位点激活促自噬 Vps34 复合体来诱导细胞自噬，在这里经过中 Atg14L 起着非常重要的调节作用ULK1和 ULK2 被统称为 ULK 激酶研究表示清楚 ULK1 蛋白激酶是自噬启动和进展的重要调控因子而只要在 Vps34 被募集到自噬体上时，ULK1激 酶 活 性 才 能 够 被 激 活Vps34 复 合 体 含 有Vps15、Belcin 1 和 Atg14 等多种成分当氨基酸缺乏或 mTOR 活性受抑制时，激活的 ULK1 会磷酸化Beclin-1 的 Ser-14 位点，进而提高 VPS34 复合体活性通过 ULK1 磷酸化 Beclin-1 是哺乳动物诱导自噬的必要条件ULK1被证明介入了体内唯一自噬相关膜蛋白ATG9a 的运输以及在自噬体的组装在 酵 母 和 哺 乳 动 物 中 ， 已 经 研 究 证 实mTORC1调控 ULK1 激酶的活性，而对 mTORC1的功能调控却有不同的机制在酵母体内，ATG1(ULK1 的同源蛋白)能够与 Atg3，Atg17(哺乳动物同源蛋白 FIP2000)互相作用构成具有活性的激酶复合体，在饥饿时，TORC1 能够多个位点磷酸化Atg13 来抑制其从 Atg1 复合体的解离，进而构成激活的 Atg1-Atg13-Atg17 复合体，诱导自噬的发生但是最新研究也发现，在酵母中还存在 Atg1复合体激酶的稳定性不受 TORC1 或者营养因子的调控这种新的机制在哺乳动物体内，mTORC1并不影响 ULK1 复合体的构成，而是通过磷酸化ULK1 来抑制其激活，而上游 AMPK 激酶能够毁坏二者之间的互相作用在细胞处于营养缺乏时，mTORC1可以以直接磷酸化 VPS34 复合体的亚基Atg14 进而激活其活性除此之外，AMBRA1 作为Beclin 1的结合蛋白，也被发现是 ULK1 的磷酸化底 物 而 在 细 胞 内 抑 制 mTORC1 活 性 时 ，AMBRA1 能够被去泛素化，进而能够募集并与泛素连接酶 TRAF6 结合使 ULK1 发生 63 位泛素化，促进 ULK1 自我解离；相反的，mTORC1 能够在Ser-52 位磷酸化 AMBRA1，抑制 ULK1 的泛素化修饰 2.2 选择性自噬 越来越多的证据表示清楚，细胞能够 选择性 自噬降解某些特定蛋白质、细胞器或入侵的细菌等选择性自噬能够在体内自发组成，可以以使用药物等诱导细胞产生当前大量报道，p62 介入了细 胞 选 择 性 自 噬 的 过 程 p62 可 以 通 过 其LC3-Interacting Region (LIR)构造域与细胞自噬的关键分子 ATG8/LC3 互相作用同时发现，在自噬缺陷的小鼠体内 p62 会累积，进而证实 p62 能够介入自噬调节经过在哺乳动物细胞和果蝇细胞中，p62与 NBR1 一起介入调节错误折叠蛋白及蛋白聚集体或功能丧失的细胞器通过自噬途径降解的经过，这些蛋白或者细胞器通常都被多聚泛素化修饰另外，p62 还介入介导多聚泛素化底物走向蛋白酶体降解途径以 tau 蛋白为例，p62 通过其 PB1 构造域结合于蛋白酶体的 S5a 亚基，同时通过其UBA 构造域与多聚泛素化的 tau 蛋白互相作用，进而促进tau 蛋白通过蛋白酶体途径降解p62作为信号分子，一方面能够通过激活TRAF6/TRAF6/ NF- B途径促进细胞生存，或者通过Caspase-8 的寡聚化及其下游的效应分子促进细胞死亡，另一方面，p62 可以以通过与 NRF2 和Keap1结合来稳定 NRF2，进而激活 NRF2 转录调控基因的表示出而 p62 的过量累积或者聚集会导致这些信号通路的过度活化当前研究发现，在自噬缺陷型小鼠体内，多聚泛素化蛋白有明显的累积而细胞自噬丧失被以为阻碍胞内成分转化并影响某些底物的蛋白体降解p62 具有一个泛素化相关构造域，因而能够作为一个自噬受体来降解一些泛素化蛋白，如泛素化的聚集体、受损的线粒体、泛素化的过氧化物酶体、微生物或者病毒等当前研究已经证实，p62 与NDP52/Optineurin 介导入侵的微生物经过泛素化选择性降解除此之外，p62 选择性降解底物遭到激酶的调控，如CK2或者 TBK1(炎症因子诱导)磷酸化p62 在 Ser-403 位点促进底物的选择性降解近期研究发现了 p62 另外的重要磷酸位点及其功能，把Keap1-NRF2和选择性自噬信号通路通过连接p62 Ser-351 磷酸化调控联络起来Parkin 介导的线粒体自噬会募集 p62 到线粒体上介入 VDAC1 蛋白的降解细胞自噬紊乱会伴随着 p62 大量积累，进一步导致大量含有 p62 和泛素的自噬体或聚集体的构成这种聚集体的构成已经发现与很多神经退行性疾病密切相关，如阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症，甚至与酒精性肝炎和脂肪肝炎等肝脏疾病也有相关，除此之外，还有恶性神经胶质瘤和肝细胞癌在小鼠肝脏或者大脑中敲除 Atg7 表示出，分别在肝脏细胞或者神经元细胞中发现 p62 阳性的聚集体非常有意义的是，通过敲除 p62 的表示出会使这些聚集体消失这些结果也表示清楚，p62 在一些包容体所导致的疾病中有重要的作用细胞自噬介入调节生物体衰老相关的信号通路如在饥饿处理时，去乙酰化酶 SIRT1 的表示出量升高，并对 Atg5、Atg7 及 Atg8 发生去乙酰化而激活细胞自噬而转录因子 DAF-16/FOXO 能延长多种生物体寿命，可以以调控自噬基因的表示出. 大量的研究证据表示清楚，衰老经过中会产生持续的氧化应激，这将会毁坏蛋白质的更新，而加强的自噬通过加强溶酶体的活性来去除受损的线粒体，进而消除氧化应激促进自噬能有效延缓衰老如在小鼠体内过表示出 Atg5 会促进自噬的发生并且在很大程度上延长了小鼠的寿命在线粒体功能异常的 Leigh 综合征小鼠中，利用mTOR的抑制剂雷帕霉素治疗可大大地提高 Leigh 综合征小鼠模型的生存率，减缓疾病进程这种药物能够延迟神经异常感觉和状态出现，减少大脑炎症，防止脑损害；给药治疗的小鼠呼吸及运动正常，平均和最长寿命显着延长沃纳综合症(Werner s syndrome)又称成人早衰综合征，主要原因是异常的双链DNA 损伤修复缺陷导致基因组不稳定性和降低体细胞的寿命而长期雷帕霉素治疗能够促进生长，降低 DNA 损伤积累并改善细胞核形态，细胞自噬水平降低到正常范围，研究表示清楚mTOR 信号通路是一个潜在的治疗靶标 3 线粒体质量控制与衰老 线粒体在细胞能量代谢、自由基产生和细胞凋亡调控中都发挥关键作用，受损伤线粒体的大量积累不利于细胞的生存和正常功能的发挥在长期进化经过中，细胞进化出能选择性去除受损伤或不需要线粒体的体系，进而有效监控线粒体，保证细胞生存和正常活动细胞自噬的目的不仅仅仅是将有害物质去除掉，而且也是作为一种能源动力循环系统，提供细胞更新和动态平衡需要的能量和物质. 线粒体质量控制包括两个相互关联的经过：a受损伤线粒体的分离和辨别；b线粒体自噬 3.1 受损伤线粒体分离 细胞内线粒体处于不断地融合与分裂的动态平衡中，进而构成动态网络哺乳动物中介导线粒体分裂的蛋白主要有Drp1、Fis1、Mdv1 和 Mff位于线粒体外膜上的 Fis1 和 Mff 能将分布于胞浆中的Drp1 募集到线粒体外膜上介导线粒体分裂后来也发现不同于 Fis/Mff 途径的 MiD49/MiD51 可以以募集 Drp1介导线粒体融合蛋白有线粒体外膜蛋白Mfn1/2和内外膜之间的 Opa1这些蛋白在线粒体内外膜重建方面发挥着重要的作用，并且需要 GTP 的水解来提供能量线粒体动态平衡的异常与衰老及神经性疾病密切相关在帕金森病中，PINK1 与 Parkin 是该病症相关的基因有研究证明，在果蝇模型中PINK1/Parkin能够通过抑制线粒体融合或者促进线粒体的分裂来调节线粒体的形态在果蝇中过量表示出PINK1/Parkin 蛋白时，线粒体会变大变长，进而导致细胞凋亡的增加除此之外，在已经建立衰老模型的两种真菌中，敲除Drp1 的同源基因 Dnm1 能够延长寿命，而干扰或是Drp1 突变的线虫其寿命与野生型相比无差异不同在小鼠中，Drp1 或者Fis1 基因的敲除都会使胚胎致死另有证据表示清楚，Fis1 与哺乳动物细胞的衰老经过密切相关干扰哺乳动物细胞中 Fis1 基因的表示出，线粒体变长并且扁平，这种形态改变伴随着升高的 半乳糖苷酶活性 细胞衰老的标志，并且降低线粒体膜电位引起 ROS 升高及 DNA 损伤因而，关于线粒体动态调控需要与其他信号通路综合研究是将来研究衰老的主要方向 3.2 线粒体自噬分子调控 线粒体自噬可由受体或非受体介导近期Ohsumi 和 Klionsky 实验室同时鉴定出酵母线粒体自噬调控受体蛋白 Atg32在线粒体自噬被诱导后，Atg32 能够和介入细胞自噬的关键蛋白Atg11 互相作用Atg32 和 Atg8 有直接的互相作用，且遭到了Atg32的 114 位和 119 位丝氨酸磷酸化的调节，直到近期才发现介入调节的蛋白激酶是CK2我们实验室最新研究发现，线粒体外膜蛋白 FUNDC1 介入了缺氧介导的线粒体自噬在正常情况下，FUNDC1 在 Tyr-18 位和 Ser-13 位被Src 激酶和 CK2 激酶同时磷酸化，这种双磷酸化修饰的 FUNDC1 同 LC3 的互相作用降低，其作为自噬受体的功能遭到抑制在低氧情况下，蛋白激酶Src 的活性降低，同时 FUNDC1 Tyr-18 和 Ser-13磷酸化水平也同时降低，进而促进其与 LC3 互相作用，导致线粒体自噬的发生另外一个被发现的自噬受体系统是 BNIP3L/NIX，华而不实 BNIP3L/NIX是介导红细胞成熟的经过中线粒体选择性去除所必需的.也就是讲，大多数哺乳动物的成熟红细胞缺少线粒体，主要是在成熟经过中由 BNIP3L/NIX介导的线粒体自噬将线粒体去除Richard Youle实验室研究发现，Parkin 能被选择性地募集到膜电位降低的线粒体，并且介导线粒体被自噬体包裹PINK1 能够磷酸化 Parkin 的Ser-65 位，是 PINK1 在损伤的线粒体上积累能为Parkin选择性降解线粒体提供信号的主要位点Parkin 被募集到线粒体上后能通过介导 VDAC1、Mfn1/2和 Drp1 等蛋白的泛素化介入线粒体的自噬，在这个经过中p62 也被募集到线粒体上，启动了线粒体自噬Parkin 和 PINK1 还能通过协同降解 Miro 蛋白影响线粒体运动，进而在损伤的线粒体被降解之前先阻滞了其迁移运动，而在损伤的线粒体上PINK1 和 TOM 复合体构成一个700 ku左右的复合物，介入了 Parkin 介导的线粒体自噬的调控损伤线粒体主要表现为线粒体功能受损，如线粒体膜电位降低、自由基水平升高和 ATP 产生能力的下降，这与衰老表现出来的一些特征类似，而越来越多的研究表示清楚线粒体自噬与衰老密切相关PINK1 功能性缺失突变所引起的自噬缺陷和帕金森疾病的发生密切相关有趣的是，Parkin 敲除的小鼠寿命明显缩短并缺少抵抗衰老的神经保卫体制神经退行性疾病的发生与神经细胞中蛋白质自噬降解受阻和线粒体自噬缺陷密切相关衰老经过中，蛋白质的更新速度减慢，并且很容易发生蛋白的聚集，如突变的 突触核蛋白、tau 蛋白、突变的亨廷顿蛋白，它们的变性聚集会分别引发帕金森病、阿尔茨海默病(AD)、亨廷顿病等疾病家族性帕金森病患者脑中发现Lewy小体，其主要成分为 突触核蛋白，该蛋白的大量表示出会抑制细胞自噬的功能亨廷顿病是亨廷顿蛋白多聚谷氨酰胺延伸(PolyQ)突变引起纹状体神经元退化而发病，而亨廷顿蛋白本身是细胞自噬的底物，该蛋白也介入细胞自噬的调节，完全删除亨廷顿蛋白多聚谷氨酰胺链的小鼠会增加细胞自噬水平进而延长寿命阿尔茨海默病的主要原因是缺乏 Presenilin-1活性而诱发 淀粉肽的积累，进而介入产生线粒体毒性然而，Presenilin-1 也作为分子伴侣蛋白为溶酶体质子泵主要组分，其功能丧失导致溶酶体酸化功能的缺陷进而阻碍细胞自噬体的去除PINK1、Parkin或者 DJ1 等蛋白的功能主要是介入线粒体自噬调节，因而线粒体质量控制缺陷可能是导致帕金森病的主要原因小鼠亨廷顿病模型的建立能够采用线粒体解偶联剂注射，而且亨廷顿蛋白能够与线粒体作用并影响患者的淋巴细胞线粒体功能障碍，进而影响全身线粒体氧化磷酸化效率在老年痴呆症患者的大脑组织内，细胞自噬基因的表示出水平随着年龄增加而明显降低而事实上，Atg5、Atg7 及 Beclin 1 蛋白表示出在衰老的人脑中也显着下调，因而，自噬活性会随着衰老而降低诱导自噬发生的药物雷帕霉素能快速去除突变的亨廷顿蛋白，并且去除其在细胞内的毒性相反，抑制自噬的发生会加强亨廷顿蛋白的聚集 4 限食和运动能促进自噬和延缓衰老 运动以及限制能量供给是维持线粒体活性并延缓衰老的重要途径1935 年，McCay 等研究发现，限制饮食的鼠比正常喂养鼠的寿命有所延长并且随后发现其他的生物体如酵母、线虫、果蝇在限制饮食后存活寿命显着延长据报道，能量限制通过诱发自噬并且降低 mTOR 及蛋白激酶 A/B 的活性而延长寿命Schulz 等研究显示，降低线虫的葡萄糖供应，在促进 ROS 产生的同时增加抗氧化酶活性，因此加强了氧化应激抵抗力及存活率由于限制能量在短时间内诱导 ROS 产生后会加强压力抵抗，因此降低了总的氧化应激压力水平根据限制能量模型，ROS 可能作为信号分子来诱导内源的抵抗机制促进压力抵抗以及延长寿命通过敲除实验鼠体 S6K-1 的表示出，能够起到 能量限制 的效果，结果发现实验鼠患与衰老有关疾病的情况大大减少，华而不实雌性实验鼠的寿命可延长约1/5最新研究发现，化合物 -羟基丁酸酯会在长期食用低热量食物而在体内大量的合成而 -羟基丁酸酯等酮体在型糖尿病患者体内以很高的浓度存在时会具有毒性，但低浓度存在的 -羟基丁酸酯能够帮助细胞避免氧化应激损伤，而氧化应激将加快衰老的经过实验结果发现， -羟基丁酸酯能够抑制组蛋白去乙酰化酶(HDACs)的活 性 ， 使 HDACs 不 再 限 制 FOXO3a 和 Mt2(metallothionein 2)的转录调控功能，进而介入延缓细胞老化的经过该结果为阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症和创伤性脑损伤等神经性疾病的治疗提供可能的治疗方式方法SIRT组蛋白去乙酰化酶基因家族具有重要的抗衰老成效，其活性具有 NAD 依靠性SIRT 家族基因在限制能量经过中被激活如线粒体定位SIRT3在维持线粒体完好性及代谢中起了非常重要的作用对 SIRT3 基因敲除的鼠进行能量限制供应，其对氧化应激及损伤的保卫作用显着降低SIRT3去乙酰化并激活对于维持细胞内自由基水平起重要作用的一些酶，SIRT3 对 SOD2 蛋白中三个重要的赖氨酸残基(Lys-53/89/68)去乙酰化，并加速SOD2 的催化活性SIRT3 基因敲减后 SOD2 的催化活性显着降低除此以外，能量供应限制能够介导SIRT3 对异柠檬酸脱氢酶去乙酰化作用，增加了复原型的谷胱甘肽的比例，因而减少了细胞内自由基水平近期国内两家实验室分别在酵母和哺乳动物细胞中发现乙酰化调控自噬机制，在酵母中发现乙酰化酶Esa1 和去乙酰化酶 Rpd3 作用于Atg3介入协同调控自噬，通过乙酰化调节 Atg3 和Atg8 的互相作用而影响自吞噬同时 Esa1 的哺乳动物同源物Tip60 同样影响了细胞自噬的发生，Tip60能够乙酰化修饰自噬蛋白 ULK1，进而调控自噬的发生，证明了乙酰化调控机制是一种进化经过中非常保守的机制研究发现当细胞内线粒体和细胞核之间通讯出现故障时，会加速衰老随着年龄增长，启动这一通讯级联反响的化学物质NAD 水平会下降当前发现，唯一减慢 NAD 下降的方式方法就是限制能量摄取和强化锻炼研究发现，HIF-1 在整个衰老经过中开启开关这一发现为癌症、型糖尿病、肌萎缩和炎症性疾病等一些年龄相关疾病开发出新疗法细胞可利用白藜芦醇转化为 NAD 来修复体内受损的组织，迅速恢复胞质通讯和线粒体功能假如在衰老经过的初期就给予这一化合物，在短短一周内，年龄大的小鼠肌肉与年轻小鼠就完全看不出区别而这一经过发现有 SIRT 家族蛋白介入调节，如 SIRT1体细胞重编程技术的发展，带动了干细胞领域的进步线粒体在体细胞或者衰老细胞重编程经过中的作用越来越遭到重视体细胞衰老一般伴随线粒体功能紊乱和氧化应激而相比体细胞，胚胎干细胞具有较少的线粒体质量、较低的 ATP 和 ROS水平以及完善的线粒体 DNA 损伤修复机制对携带线粒体基因组突变的患者体细胞进行重编程后，线粒体的异质性得到重新 编程 ：一部分诱导多能干细胞(iPSC)的线粒体得到大量富集，而另一部分 iPSC 中却几乎不含有突变的线粒体固然关于这些现象的详细机制还有待于进一步深切进入探寻求索，但能够肯定的是，该技术体系的研究，对于以干细胞为基础的线粒体相关疾病研究和个性化治疗具有指导意义诱导多能干细胞是研究复杂疾病以及研究线粒体功能的有效手段，并能够应用在衰老研究中而人类 iPSC 帕金森病模型的建立对今后衰老的研究具有重要指导意义关于细胞自噬能否介入细胞重编程当前也获得了突破性进展，在iPSC 诱导经过中，自噬缺陷的 Atg5-/-MEF 无法启动干性基因的表示出，不能产生 iPSC 细胞，也不能构成畸胎瘤在重编程经过中 Sox2 通过招募NuRD 复合物下调 mTOR 的表示出，进而启动细胞自噬介入细胞重编程经过当前能够采用帕金森病致病基因LRRK2(G2022S)突变的患者皮肤细胞获得诱导多能干细胞，结果发现突变体来源的神经干细胞表现出一系列与 衰老 相关的退行性表型而无突变神经干细胞并没有产生帕金森病相关的疾病表型揭示了核膜异常及脑内神经干细胞渐进性功能衰退在帕金森病发生发展中的作用和将来个性化治疗的 途径 5 结 语 随着生活水平的提高和老年社会的来临，健康衰老不仅牵涉提高老年人的生活质量，同时也是应对老年社会问题的重大课题同时，衰老还是衰老相关疾病如肿瘤、糖尿病、神经退行性疾病发生的主要致病因子可见，衰老分子机制的研究是应对这些重大社会和科学问题的钥匙机体衰老是一个身体机能下降的渐进性生理经过线粒体功能下降，mtDNA 突变的积累和线粒体自由基水平的上升可能与衰老密切相关线粒体质量控制体系能有效去除受损伤的线粒体，可能在延缓衰老中起关键作用有必要深切进入研究线粒体质量控制的分子机制，十分是线粒体选择性自噬的分子机制利用相关动物和细胞模型验证线粒体质量控制在衰老中的作用，进而建立线粒体质量控制与衰老和衰老相关疾病发生的直接联络线粒体质量控制分子机制的深切进入研究有可能为抗衰老相关药物的研发提供新的理论基础除此之外，深切进入研究限食和有效运动对线粒体质量控制和成体干细胞活动的调控作用，将为健康衰老和延年益寿提供有效策略. 参 考 文 献 1 Harman D. Aging: a theory based on free radical and radiationchemistry. J Gerontology, 1956, 11(3): 298-300 2 Han D, Ybanez M D, Ahmadi S, et al. Redox regulation of tumornecrosis factor signaling. Antioxidants Redox Signaling, 2018,11(9): 2245-2263 3 Zapico S C, Ubelaker D H. mtDNA mutations and their role inaging, diseases and forensic sciences. Aging and Disease, 2020,4(6): 364-380 4 Trifunovic A, Wredenberg A, Falkenberg M, et al. Prematureageing in mice expressing defective mitochondrial DNApolymerase. Nature, 2004, 429(6990): 417-423 5 Kujoth G C, Hiona A, Pugh T D, et al. Mitochondrial DNAmutations, oxidative stress, and apoptosis in mammalian aging.Science, 2005, 309(5733): 481-484 6 Ross J M, Stewart J B, Hagstrom E, et al. Germline mitochondrialDNA mutations aggravate ageing and can impair braindevelopment. Nature, 2020, 501(7467): 412-415 7 Yuan H X, Xiong Y, Guan K L. Nutrient sensing, metabolism, andcell growth control. Molecular Cell, 2020, 49(3): 379-387 8 Sancak Y, Bar-Peled L, Zoncu R, et al. Ragulator-Rag complextargets mTORC1 to the lysosomal surface and is necessary for itsactivation by amino acids. Cell, 2018, 141(2): 290-303 9 Duran A, Amanchy R, Linares J F, et al. p62 is a key regulator ofnutrient sensing in the mTORC1 pathway. Molecular Cell, 2018,44(1): 134-146 10 Thoreen C C, Chantranupong L, Keys H R, et al. A unifying modelfor mTORC1-mediated regulation of mRNA translation. Nature,2020, 485(7396): 109-113 11 Kim J, Kundu M, Viollet B, et al. AMPK and mTOR regulateautophagy through direct phosphorylation of Ulk1. Nat Cell Biol,2018, 13(2): 132-141 12 Kim J, Kim Y C, Fang C, et al. Differential regulation of distinctVps34 complexes by AMPK in nutrient stress and autophagy. Cell,2020, 152(1-2): 290-303 13 Russell R C, Tian Y, Yuan H, et al. ULK1 induces autophagy byphosphorylating Beclin-1 and activating VPS34 lipid kinase. NatCell Biol, 2020, 15(7): 741-750 14 Itakura E, Kishi-Itakura C, Koyama-Honda I, et al. Structurescontaining Atg9A and the ULK1 complex independently targetdepolarized mitochondria at initial stages of Parkin-mediatedmitophagy. J Cell Sci, 2020, 125(Pt 6): 1488-1499 15 Mack H I, Zheng B, Asara J M, et al. AMPK-dependentphosphorylation of ULK1 regulates ATG9 localization. Autophagy,2020, 8(8): 1197-1214 16 Kraft C, Kijanska M, Kalie E, et al. Binding of the Atg1/ULK1kinase to the ubiquitin-like protein Atg8 regulates autophagy. TheEMBO J, 2020, 31(18): 3691-3703 17 Yuan H X, Russell R C, Guan K L. Regulation of PIK3C3/VPS34complexes by MTOR in nutrient stress-induced autophagy.Autophagy, 2020, 9(12) 18 Nazio F, Strappazzon F, Antonioli M, et al. mTOR inhibitsautophagy by controlling ULK1 ubiquitylation, self-association andfunction through AMBRA1 and TRAF6. Nat Cell Biol, 2020,15(4): 406-416 19 Jin Z, Li Y, Pitti R, et al. Cullin3-based polyubiquitination andp62-dependent aggregation of caspase-8 mediate extrinsic apoptosissignaling. Cell, 2018, 137(4): 721-735 20 Kirkin V, Lamark T, Johansen T, et al. NBR1 cooperates with p62in selective autophagy of ubiquitinated targets. Autophagy, 2018,5(5): 732-733 21 Babu J R, Geeth