中国传统医学延缓衰老的研究进展
衰老是在细胞和机体水平发生的渐进的功能退化的过程[1],生理性衰老是生物体自成熟期开始,受遗传因素影响,随增龄而渐进的全身复杂的形态结构和生理功能不可逆的退行性变化。病理性衰老是由于疾病或异常因素所导致的衰老加速。世界大多数国家面临着人口老龄化挑战[2],衰老及衰老相关疾病损害着人类健康与寿命,通过延缓衰老,降低衰老相关疾病的发生发展,延长健康寿命已成为生命科学探索的主要目标。中华文明是孕育养生防病延寿理论的土壤,中国传统医学主要包括汉族医学、维吾尔医学、蒙古族医学、藏族医学、傣族医学等民族医学[3],在延缓衰老领域研究有着各自独特的理论方法,积累了丰富的实践经验。随着对基因、细胞分子水平等认识深入,结合现代医学理论技术,某些与遗传基因多态性、基因损伤、细胞凋亡、干细胞耗竭等相关的特发性疾病如帕金森(Parkinson’s disease,PD)、阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、早衰症、癌症等的防治研究也不断深入。
衰老研究概述
1. 衰老的机制研究
近代衰老机制的研究围绕生理、生化诸方面系统进行,认为衰老是机体各种生化反应的综合表现。衰老分子机制研究始于1979年,Kirkwood T B等[4]提出Disposible Soma模型;由核膜蛋白基因突变导致的哈钦森-吉尔福德早衰综合征和非典型的华纳综合征等[5,6],促进了衰老的研究。随着研究水平发展,衰老及相关疾病发生机制包括:基因组完整性损失;DNA合成抑制因子产生及修复通路有效性降低;表观遗传改变;可分裂细胞端粒丢失与端粒酶活性改变;新陈代谢信号改变;线粒体形成活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)增加;细胞氧化应激与基因毒性应激;癌基因激活[7,8];蛋白质组不稳定性;衰老信号通路激活;衰老相关分泌表型(senescence-associated secretory phenotype,SASP)[9]促进周围组织细胞衰老及功能下降[10];下丘脑-神经-内分泌-免疫网络整合作用进行性损害;干细胞再生潜能丧失;生物钟昼夜节律功能障碍[11]等。
2. 衰老的中国传统医学基础研究沿革
中国传统医学经典著作《黄帝内经》系统阐明了人体生长发育衰老的规律,记载了延缓衰老的理论和方法。《素问·上古天真论》中认为衰老与肾气虚衰密切相关。肾为先天之本,肾精气亏虚易致心、肝、脾、肺虚,脑内精髓亏虚,《素问·灵兰秘典论》中认为各脏腑精气充盛,机体与外部坏境协调平衡,则人健康长寿;若脏腑之间关系遭到破坏,出现神志、气血等失常,则致全身功能失调而衰老及发生疾病。阴阳是传统中医理论的根本,《素问·生气通天论》等阐述阴阳之互根互用,而阴阳虚衰使机体趋于衰老。
概括而言,中国古代传统医学理论重视人体与自然环境的协调平衡,以脏腑阴阳虚衰为核心,神志、气血失调等为病理基础,将衰老及其相关疾病归类于脏腑虚实、阴阳平衡、邪实致衰、情志刺激、先天禀赋与后天失调等。
衰老的现代研究始于20世纪50年代,沈自尹院士等对“肾”本质进行了大量研究工作,从中医整体观入手,以现代前沿科学技术方法为基础,揭示衰老的肾虚机制[12,13,14,15,16,17,18,19]。近年来,中医药领域延缓衰老及防治相关疾病的研究日趋深入,系列药物的基础和临床研究陆续开展。复旦大学中西医结合研究院董竞成教授等发现,慢性阻塞性肺疾病、肺癌等衰老相关疾病存在炎症过度与下丘脑-垂体-肾上腺轴(hypothalamic-pituitaryadrenal axis,HPA)功能紊乱,补肾益气方药可调节HPA轴,重塑机体致炎/抑炎平衡[20,21,22,23]。中国科学院科学家们研究了相关中药对调节激素生成而延缓细胞老化的作用[24]、对正常细胞与肿瘤细胞的DNA合成和细胞分裂增殖的影响[25]等。
3.延缓衰老的中医药作用概括
中国古代医籍中记载有关延缓衰老药物和方剂颇多,东汉《神农本草经》载有延年功效的药物约有50余种[26],《本草纲目》记载“耐老”“增年”的药物达237种[27],为现代研究提供了丰富的资料。基于“病证结合治疗”等理念,将衰老由微观基因、分子、病理改变与宏观系统辨证相联系,结合现代生命科学认识衰老及相关疾病的发生机制并阐明传统医药的作用,从而验证多种单味中药及其有效成分。
单味中药及有效成分延缓衰老的效应机制
1.清除自由基,抑制氧化应激反应
机体衰老时自由基的产生增多,清除减弱,自由基蓄积引起脂质过氧化与生物膜损伤,氧化应激状态等,导致细胞损伤凋亡,组织器官功能紊乱。同时氧化应激状态ROS水平升高,造成DNA损伤。原花青素(Proantho Cyanidin)是一种分布在银杏、大黄的生物类黄酮,可以有效抑制PD小鼠黑质内丙二醛含量升高和超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性下降[28]。傣族民间药物肾茶所含黄酮类成分对6-羟基多巴胺诱导的PD小鼠和细胞模型有明显的保护作用,其机制可能通过降低氧化应激水平减少细胞损伤[29]。
2. 增强干细胞功能
干细胞参与损伤后组织的维持和再生,神经干细胞(neural stem cells,NSCs)参与大脑新生神经元的持续生成;造血干细胞(hematopoietic stem cells,HSCs)有助于分化细胞的持续产生,修复损伤后组织。干细胞衰老及功能破坏与衰老和相关疾病发生密切相关。人参皂苷Rg1是人参根中的中性皂苷,研究显示,人参皂苷Rg1通过激活p16-Rb信号通路重建端粒酶活性,调控Sirtuin6(SIRT6)-核因子-κβ(nuclear factor-κβ,NF-κβ)信号通路等,缓解Sca-1+造血细胞的老化表型。淫羊藿总黄酮(Epinedium Flavonoids,EF)促进皮质酮致肾阳虚大鼠模型肾上腺皮质干细胞的增殖、迁移,并促进体外分离培养胚鼠NSCs增殖[30,31]。
3. 调节细胞凋亡机制
细胞凋亡是由基因控制的细胞自主的有序性死亡,在哺乳动物中凋亡细胞的数量随增龄而增加[32],Krtolica A等[33]认为,凋亡的细胞本身会损害组织的更新并可以分泌扰乱组织功能的蛋白质。细胞凋亡机制异常促进机体老化和疾病发生。山茱萸的主要活性成分5-羟甲基糠醛可通过升高半胱氨酸天冬氨酸酶-3(caspase3)、半胱氨酸天冬氨酸酶-9(caspase9)抑制H2O2诱导的小鼠肝细胞氧化损伤引起的细胞凋亡[34]。EF可抑制衰老大鼠淋巴细胞过度凋亡,重建免疫稳态,延缓衰老[35,36]。淫羊藿苷(icariin,ICA)可抑制皮质酮诱导海马神经元凋亡,对海马神经元损伤具有保护作用[37]。
4. 保护线粒体功能
线粒体的数量和功能与生物体的衰老及退行性疾病的发生发展有密切联系。线粒体呼吸链的活性在衰老过程中下降[38],三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)产生减少,氧化应激水平上升[39,40],DNA突变累积,衰老时脑细胞和肝细胞线粒体膜电位下降[41]。线粒体功能障碍也是AD发病机制之一[42]。银杏提取物EGb761具有神经保护和神经调节功能,对治疗AD有效。EGb761可提高H2O2损伤导致的小鼠分离的脑细胞中线粒体膜电位,改善小鼠脑细胞ATP水平下降从而改善能量代谢。EGb761可提高一氧化氮损伤后APPsw PC12细胞线粒体膜电位,保护线粒体呼吸链复合物Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ,提高呼吸链功能,在氧化应激后抑制caspase9、caspase3活性,减少细胞凋亡[43]。
5. 调控衰老相关信号通路
胰岛素(insulin,INS)/和胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor 1,IGF1)信号通路可感知多种细胞生物体中的营养供应并决定其寿命[44]。INS/IGF1信号传导减少可延长寿命,并且通过激活多种转录因子改善蛋白毒性应激抵抗[45,46]。Cai W J等[47]研究显示,淫羊藿次苷(IcarisideⅡ,ICSⅡ)通过抑制INS/IGF1通路从而增强FOXO/DAF-16转录活性,提高秀丽线虫压力应激能力、降低蛋白毒性、延长寿命。
6. 调节昼夜节律功能
生物钟昼夜节律调节功能障碍与多种生理疾病以及衰老相关,核心昼夜节律转录因子芳香烃受体核转位因子样蛋白(Aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator-like protein 1,ARTNL/BMAL1)缺失缩短小鼠寿命和导致早衰表型[48]。衰老影响外周生物钟调控的代谢功能包括线粒体功能障碍,细胞信号传导途径的重编程和胰岛素抵抗等[49,50]。研究发现,细胞组织特异性的昼夜节律转录组的重编与衰老发生相关,生物钟在蛋白质乙酰化、肝脏代谢和衰老的交叉联系中起着重要的作用[51]。Zhou B等[52]发现,白藜芦醇逆转可持续黑暗诱导的昼夜节律失调小鼠BMAL1和SIRT1水平降低和胰岛素抵抗,从而调节代谢紊乱。
7. 降低炎性细胞因子表达
基因组和蛋白质组完整性的缺失可以诱导细胞衰老,主要依赖于RB-p16和p53-21信号通路慢性激活,引发由转化生长因子β和NF-κβ驱动的自我持续的炎症信号传导,分泌典型的炎症因子包括白细胞介素(interleukin,IL)1和6(IL-6),肿瘤坏死因子-α(tumour necrosis factor-α,TNFα)等(称为SASP),其长期激活可以改变衰老细胞和免疫应答细胞之间的细胞间通讯,阻止免疫系统介导的衰老细胞的清除,通过间隙连接介导的细胞间接触诱导相邻细胞的衰老,从而加重衰老过程中的生理衰退[53,54],导致病理改变包括癌症、退行性疾病等[55,56]。Chen Y等[57]研究发现,ICA通过上调小鼠心脏组织及主动脉内皮细胞SIRT6表达,降低NF-κB及其下游炎症因子TNF-α、ICAM-1、IL-2和IL-6 mRNA表达,延缓心脏衰老。
8. 修复DNA损伤
DNA损伤持续破坏基因组稳定及细胞稳态,其修复效率降低导致衰老过程中基因突变的累积,促进衰老及肿瘤的发生。研究发现,从蒙古黄芪中分离出来的黄芪碱化合物HDTIC-1、HDTIC-2抑制细胞周期素依赖激酶抑制子P16 mRNA表达,修复DNA损伤、减缓端粒缩短速率,延缓O2暴露诱导的人胚肺二倍体成纤维细胞的衰老[58]。
中国各民族传统医学延缓衰老理论与疗法
维吾尔医学理论认为,机体气质(干、寒、湿、热)的失调是疾病产生和早衰的根本,而为各种异常体液“燃烧”的最终产物或表现形式的异常黑胆质,是机体老化的主要病理因素的物质基础,也是肿瘤、糖尿病、高血压等多种复杂病症的基础[59],维药异常黑胆质成熟剂和清除剂能有效保护·OH引发的DNA氧化损伤,提高异常黑胆质型患者抗氧化能力[60]。蒙古族医学认为衰老是由于赫依、稀拉、巴达干失去平衡,精华与糟粕分解功能减退、身心疲劳过度、肾虚所致,以整体观为指导思想,辨证施治原则形成了独特的抗衰老理论,并在灸疗法抗衰老机理研究中取得成果[61]。
小结
衰老过程仍然是生物学的中心奥秘之一,其机制复杂,基因组稳定性、端粒维持、表观遗传调控、代谢途径、线粒体功能、蛋白质稳态和细胞周期、干细胞再生能力等在调控衰老过程中构成一个整体,存在广泛的联系,这些过程中任何一个因素破坏会诱发其他缺陷,扰乱细胞稳态,促进老化和相关疾病的发生。传统中医学理论注重整体观,随着现代医学的发展,药理作用机制研究的深入,从整体观到系统生物学的转变将促进传统医学与现代生命科学结合延缓衰老的研究[62,63]。中药的作用是多靶点的,在延缓衰老及防治相关疾病领域有着巨大的潜能。未来通过对比分析各类方药对各衰老标志在不同水平或不同环节的作用特点和机制,并基于流行病学、生物化学、药效学、临床药理学等进行系统化、规范化研究,更好地发挥传统医药延缓衰老的优势。
来源：中华中医药杂志 作者：黄牧华 魏颖 董竞成