抗衰老机制的研究-王磊

抗衰老机制的研究抗衰老小组——王磊1马尾松针抗衰老机制的研究2衰老机制研究的新时代43中医学人体衰老双节律理论初探端粒和端粒酶及其与衰老的关系5衰老机制的现代学说参考文献什么是衰老？•生理性衰老：细胞凋亡或坏死导致数量减少,脏器萎缩、变性,组织弹性减低等,从而引起多种生理功能逐渐减退。•病理性衰老：随着年龄的继续增长,老年人的内环境可能处于“失衡”的边缘,某些组织、器官、系统的结构与功能发生特异性变化,就可能引起老年性疾病。自由基学说•自由基与膜损伤•自由基与蛋白质损伤•自由基与DNA损伤•自由基反应的中间产物与衰老•自由基引发细胞凋亡在衰老中的作用自由基与膜损伤自由基与多不饱和脂酸(PUFA)发生脂质过氧化反应,通过自由基抽提PUFA中的氢,生成脂质过氧化物。这些氧化性产物进一步与其他细胞成分作用,引发链式反应,放大自由基的作用,最终发生PUFA间分子重排、交联。由于PUFA主要存在于细胞膜磷脂中,故脂质过氧化反应主要损伤生物膜,引起膜通透性和硬度增加,细胞内环境稳定性改变。自由基与蛋白质损伤生物体内的自由基与蛋白质发生过氧化反应,能引起蛋白质分子交联。StadtmanER等研究发现衰老细胞内的羰基含量增多,细胞内的氧化蛋白(羟基化蛋白)增加,最终氧化蛋白质积聚、沉积,使重要功能蛋白质如酶失活;此外,脂质过氧化的分解产物醛类(主要是烯醛)也能与蛋白质的氨基(NH2)反应使蛋白质分子交联引起蛋白质积聚。氧化蛋白的增加及其功能改变推进了衰老进程。自由基与DNA损伤核酸含有亲核基团,自由基能与其碱基反应使DNA链聚积。同时脂质过氧化反应的产物烯醛与核酸反应,使DNA链烷化断裂,导致基因序列改变、基因突变,进而引起衰老现象。自由基反应的中间产物与衰老•自由基反应产生的醛、酮结构中间产物如丙烯醛、4-羟基壬烯醛、丙二醛等羰基化合物,化学性质活泼,可在细胞内广泛扩散,引起细胞成分继发性损伤，较自由基自身引发的反应更为重要。自由基引发细胞凋亡在衰老中的作用自由基在细胞凋亡中起重要作用,主要依据有:许多化学物质如砷剂诱导细胞凋亡通过提高细胞中ROS的含量实现;肿瘤坏死因子(TNF)能诱导ROS的产生引发细胞凋亡；而细胞凋亡通过破坏机体重要细胞,特别是非再生性细细胞凋亡通过破坏机体重要细胞,特别是非再生性细胞(如神经元),使其数量减少,造成机体重要器官的功能障碍,在衰老过程中起重要作用,特别是与衰老伴随的进行性病理过程密切相关。线粒体DNA损伤学说•自由基和线粒体DNA的关系•线粒体DNA(mtDNA)的损伤与衰老自由基和线粒体DNA的关系线粒体是细胞进行有氧呼吸产生能量的工厂.90%的氧在线粒体中进行氧化作用产能,其中2%生成副产品HO2和多种类型的自由基,统称为活性氧(ROS)。因此线粒体是自由基浓度最高的细胞器,最易受自由基伤害。mtDNA位置接近线粒体内膜呼吸链并直接暴露于氧化磷酸化过程产生的高浓度自由基中,极易受自由基攻击而发生突变,其突变率是核DNA的10倍-20倍。线粒体DNA(mtDNA)的损伤与衰老•mtDNA主要编码呼吸链中的13种酶,其突变将导致这些功能酶不能表达使呼吸链功能受损,造成能量亏耗,而能量亏耗的累积,反过来又会进一步引起自由基的堆积,如此反复循环。mtDNA的损伤累积随增龄而增多,导致能量转换酶系统功能异常,增加线粒体内的氧化应激水平引起衰老的出现。mtDNA氧化损伤可以是碱基片段丢失、碱基修饰及插入突变等,其中以片段缺失较为多见。中医学对人体衰老的认识•性过程节律和性衰老:《素问·上古天真论》:“女子七岁,肾气盛,齿更发长;二七而天癸至,任脉通,太冲脉盛,月事以时下,故有子;……七七,任脉虚,太冲脉衰少,天癸竭,地道不通,故形坏而无子也。丈夫八岁,肾气实,发长齿更;二八,肾气盛,天癸至,精气溢泻,阴阳和,故能有子;……七八,肝气衰,筋不能动,天癸竭,精少,肾脏衰,形体皆极;八八,则齿发去,……故发鬓白,身体重,行步不正,而无子耳。”•体过程节律和体衰老：《灵枢·天年》:“人生十岁,五藏始定,血气已通,其气在下,故好走。二十岁,血气始盛,肌肉方长,故好趋。三十岁,五藏大定,肌肉坚固,血脉盛满,故好步。……五十岁,肝气始衰,肝叶始薄,胆汁始灭,目始不明。六十岁,心气始衰,苦忧悲,血气懈惰,故好卧。七十岁,脾气虚,皮肤枯。八十岁,肺气衰,魄离,故言善误。九十岁,肾气焦,四藏经脉空虚。百岁,五藏皆虚,神气皆去,形骸独居而终矣。”中医学对抗衰老的启示•肾气虚衰是男性性衰老与体衰老的共同原因,性衰老便意味着体衰老;女性性衰老起于阳明,而体衰老决定于肾气,性衰老对体衰老的作用强度不明显。男女不同的衰老机制,决定了男女具有不同的衰老节律和表现,提示临床干预男女衰老应采取不同的时机与方案。端粒学说•端粒和端粒酶•端粒与衰老•端粒酶与衰老•端粒结合蛋白与衰老•相关基因与端粒和衰老端粒和端粒酶•端粒是真核生物线性染色体的天然末端,由重复DNA序列和蛋白质结合形成的复合结构。端粒具有维持染色体稳定性和完整性的功能。防止染色体发生降解、融合、重组和丢失,抵御细胞内的外切核酸酶、内切核酸酶、连接酶、拓扑异构酶及蛋白酶等对染色体末端的损伤,保持遗传系统的稳定性。•端粒酶是一种核糖核蛋白(RNP)DNA聚合酶,由一条RNA链和两条多肤链组成,其分子量为20一500kDa。端粒酶的主要功能是合成染色体末端的端粒,以维持端粒长度的稳定性。端粒与衰老端粒缩短被认为是触发细胞衰老的分子钟,可作为衰老的生物标记。正常体细胞在体内分裂或体外传代过程中,细胞每分裂一次,端粒DNA减少50~200bp,当端粒缩短到一定程度时,便不能维持染色体的稳定,因此细胞失去了分裂增殖能力而进人衰亡的过程。随着细胞不断的分裂端粒逐渐缩短,导致不可逆的细胞生长停滞而最终使细胞衰亡,据此可以通过使端粒延长来延缓细胞寿命。端粒酶与衰老•端粒酶活性与细胞生长发育及细胞衰老有关图。端粒酶是以逆转录的方式合成并保护端粒,在调节寿命与细胞增殖方面扮演着重要的角色。细胞内端粒酶活性的缺失,将导致端粒缩短,当端粒缩短到一个“临界长度”时,染色体的稳定性便被破坏,其染色体双链可能断裂并激活细胞的自身检验系统,这时细胞便进人了Ml期死亡状态,随着端粒的进一步丢失,染色体继续被破坏,继而发生染色体融合、双着丝粒染色体和非整倍体染色体的形成等,细胞便进人了MZ期死亡状态,最终使细胞走向衰亡。端粒结合蛋白与衰老•端粒结合蛋白(如TRFI、TRFZ,RaPI,POTI等)对细胞衰老的调节作用大于端粒长度对细胞衰老的影响。这些端粒结合蛋白可能对染色体末端端粒结构的形成及稳定有重要的作用。Enomot等的研究表明,增加端粒结合蛋白的表达可以不激活端粒酶而延缓细胞的衰老。也就是说,细胞的衰老不是通过端粒DNA的完全丢失来诱导的,而更多的是通过对缩短的端粒保护状况的改变来诱导的。相关基因与端粒和衰老•端粒功能受损可诱导DNA损害反应,并激活肿瘤抑制基因p53蛋白,在端粒功能异常促使的衰老与细胞凋亡反应中,p53起着关键的作用。端粒启动的衰老,可通过激活p53和pRb等肿瘤抑制因子的路径,诱导细胞周期停滞,从而促使细胞衰老。遗传控制说统计资料表明:子女的寿命常与双亲的寿命有关;各种动物的平均寿命和最高寿限相当恒定(如鼠的ld,相当于人的1个月,鼠可活2一3年;犬的1年,相当于人的7年,犬可活10~巧年)。遗传控制说强调遗传物质在人体衰老中的作用,他们认为生物成年后,其基因组内衰老基因逐渐发挥作用,决定生物寿命。此说难以解释环境对人体衰老进程的重要影响。代谢产物交联说•蛋白质和DNA等生物大分子可与葡萄糖缓慢非酶促结合而糖基化,这些糖基可逐渐氧化,使蛋白质、脂类与核酸易于聚集,并广泛交联,形成脂褐质(老年斑的重要成因)。胶元与弹力蛋白等交联,脱水,使结缔组织与心肌僵硬,皮肤、肌健、血管失去弹性。代谢产物交联说虽然证据充分,但是忽略了遗传因素的存在。差错积累说•差错积累说1963年由orgel提出。他认为,随年龄增加,细胞内蛋白质合成机制逐渐失常,以致合成异常蛋白质。某些异常蛋白质,如为蛋白质合成机制的组成成分就会合成更多常蛋白质,这一恶性循环最终造成细胞衰老。差错积累说未能在衰老过程中证实蛋白质的一级结构发生变化。展望•生命是物质的，物质都有一定的结构，结构决定性质。人类生命时钟的长短是与其结构有直接关系的，或者说这种结构是一种内因根据。•生命的物质结构基础是核酸和蛋白质。科学技术发展到现代的水平，人类已经掌握了分析检测生物大分子（如基因）的能力，而且有能力对生物大分子进行剪切和酶接。改造生物大分子的结构和属性已成为可能。从外部引起生物大分子结构改变的技术手段（如引起基因突变的技术、基因重组技术等）就更多了。ENDING!