從“藥食同源”探討抗衰老中藥激活AMPK通路改善能量代謝的潛在機制

劉東巖 李亦晗 徐硯通 朱彥

[摘要]關于中藥的抗衰老功效，已經有許多相關報道，但是對于其物質基礎及作用機制尚未明確闡明。腺苷酸活化蛋白激酶（AMPactivated protein kinase， AMPK）是能量代謝的感受器，能夠延長壽命這一效應，在不同實驗中都得到相應的證實。過表達或用二甲雙胍激活AAK2/AMPK均有延長線蟲、果蠅壽命的功效。AMPK抗衰老的可能下游通路包括 TOR/S6k途徑、FOXOs途徑、CRTC途徑等。中醫(yī)藥核心理念之一為治未病，其表現(xiàn)之一即是以藥食同源方式改善機體，由此達到長壽的目的。部分藥食同源藥物有可能通過激活AMPK以達到養(yǎng)生，延長壽命的目的。經過總結發(fā)現(xiàn)，相關中藥復方中丹參、黃芪、黃連、茯苓、白術、大黃、人參使用頻率較高，并且補虛活血類藥物占主導。采用ingenuity pathway analysis （IPA）網絡藥理學軟件分析，間接作用于AMPK靶蛋白而非其上下游通路的單體藥物有黃連素、大黃素、姜黃素、白藜蘆醇、蟲草素、牛蒡子苷元等6個，在一定程度上說明藥食同源藥物通過AMPK通路延長壽命的可行性。該文綜合數(shù)據庫查詢和IPA網絡藥理學軟件分析對具有激活AMPK通路來延緩衰老功能的中藥單體及組分進行了歸納和總結，并基于中醫(yī)藥“藥食同源”的理念將這些藥物可能通過改善能量代謝對于延緩衰老的影響進行了展望。

[關鍵詞]AMPK；衰老；中藥；能量攝入限制

衰老的機制、抗衰老的方式一直是人們的研究熱點[1]。目前，公認唯一延緩衰老的方式就是減少能量的攝入。衰老學說包括端粒學說、自由基學說、DNA損傷學說等。其中，端粒主要功能可能是維護染色體完整和穩(wěn)定，控制細胞分裂周期。DNA每次復制時，DNA會減短，而當端粒完全耗盡時，細胞啟動凋亡機制。端粒長短可能預示細胞的分裂潛力和衰老[2]。自由基學說指隨著機體衰老SOD能力下降，機體脂質，DNA，RNA等氧化損傷，導致機體功能不足，隨著機體損傷積累，最終造成臟器功能損失等[3]。DNA損傷學說指DNA（如mtDNA）修復損傷能力下降，損傷DNA積累，最終造成機體功能異常引發(fā)衰老[4]。中藥抗自由基藥物報道較多，但其明確抗衰老效果研究較少，以端粒及DNA損傷角度進行的抗衰老中藥研究并未發(fā)現(xiàn)。

近期研究還表明， 端區(qū)與衰老密切相關。減少能量攝入所帶來的抗衰老功效的機制涉及激活線粒體未折疊蛋白效應（UPRmt）、激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）通路和激活sirt1通路等。其中，活化AMPK延緩衰老可能得益于AMPK通路對能量代謝起到的重要作用。延緩衰老是傳統(tǒng)中醫(yī)養(yǎng)生的目標之一。其中藥食同源是中醫(yī)傳統(tǒng)思想之一。本文對能夠活化AMPK中藥加以總結，并對其以“藥食同源”方式延緩衰老進行展望。

1腺苷酸活化蛋白激酶與中藥抗衰老

11AMPK在衰老中的機制[5]

AMPK是一種保守的蛋白激酶，存在于大多數(shù)的真核細胞，在各種代謝相關的組織器官中呈現(xiàn)多效性，參與多種物質代謝的調節(jié)，能通過影響細胞物質代謝的多個環(huán)節(jié)維持細胞能量供求平衡，有“能量的感受器”之稱[6]。

AMPK蛋白均以一種異源三聚體復合物的形式存在，包括一個α催化亞基、一個β調節(jié)亞基和一個γ調節(jié)亞基。人類和嚙齒動物分別由不同的基因表達2種亞型的α亞基和β亞基（α1，α2；β1，β2），3種亞型的γ亞基（γ1，γ2，γ3）。α亞基N末端包含一個保守的Ser/Thr激酶區(qū)，其中一個保守的蘇氨酸（Thr172）位點，該位點的磷酸化是其激酶活性所必需的[78]。

在不同模型中，激活AMPK能夠延長壽命都得到相應的證實。對于模式生物研究顯示，哺乳動物AMPK及其在線蟲的直系同源AMPactivated kinase2 （AAK2）對長壽起著關鍵性的調節(jié)作用。過表達或用二甲雙胍激活AAK2/AMPK都有延長線蟲、果蠅壽命的功效。在線蟲體內高表達AMPK的同源蛋白AAK2可以促使線蟲壽命延長，它可以在高熱量飲食條件下起到模擬能量攝入限制的效果[914]。

敲除AMPKα2導致小鼠代謝紊亂，并且危害其健康和壽命[15]。與之相對，給予二甲雙胍的嚙齒類動物可能通過預防癌癥以及心血管疾病延長壽命[1617]。給予二甲雙胍的雌性高血壓模型SHR大鼠與空白組相比，腫瘤發(fā)生概率大約減少10%。在正常與發(fā)生腫瘤的雌性SHR大鼠中，二甲雙胍可分別延長壽命128%，54%。因此，激活AMPK對延長壽命具有一定作用。值得注意的是，上調AMPK所產生的延壽效果并不具有組織特異性。體內脂肪或肌肉特異性上調AMPK表達有助于提高果蠅的壽命[13]。而在腸道內高表達AMPK的結果與在脂肪和肌肉上高表達AMPK的結果一致[14]。

AMPK活化上游通路主要是被liver kinase B1 （LKB1）[18]和calcium/calmodulindependent kinasekinase b （CaMKKb）[19]激活，但在能量脅迫下，LKB1是AMPK主要的激酶[20]。AMPK抗衰老主要通過TOR/S6k途徑、FOXOs途徑、CRTC途徑等實現(xiàn)[21]。

111TOR/S6k途徑研究顯示，抑制TOR通路可以延長線蟲、果蠅等壽命[22]。TOR是蘇氨酸/絲氨酸蛋白激酶，屬于磷脂酰肌醇3激酶相關激酶蛋白家族。在營養(yǎng)豐富等情況下，TOR活化能夠協(xié)調促進細胞生長進程。一定程度上，TOR通路和AMPK通路對營養(yǎng)調節(jié)功能起相反作用。

在低能量狀態(tài)下，激活AMPK也能起到抑制TOR通路的功效，主要有2種方式：①AMPK磷酸化激活TSC2（tuberous sclerosis protein 2），進而起到抑制TORC1的作用；②AMPK磷酸化直接抑制TORC1。

此外，TORC1的下游蛋白S6K能夠促使AMPKα2 （Ser491）磷酸化，這將抑制Thr172的磷酸化。因此，抑制TORC1能夠從另一個角度活化AMPK[21]。

112FOXOs途徑FOXOs是Fork head box轉錄因子，其促進長壽主要通過調節(jié)下游靶基因實現(xiàn)。采用RNAi技術敲除這些下游基因之后，模式生物的生命縮短10%～20%。在線蟲及果蠅中，F(xiàn)OXOs家族調控被抑制Ins/IGF1（reduced insulin/IGF1 signaling，rIIS）通路活化，并且它在rIIS所介導的長壽中是必需的。在線蟲與哺乳動物體內，AMPK可以直接磷酸化或通過sirt1對FOXOs去乙?；g接激活FOXO 家族[23]，從而產生相關基因轉錄水平的改變。

113CRTC途徑環(huán)腺苷酸應答元件結合蛋白轉錄共激活因子（cAMPresponsive elementbinding protein，CREB）regulated transcriptional coactivators （CRTCs）是首個被確認的CREB共激活因子，它能夠促進轉錄元件聚集到CREB靶標位置，從而促進CREB靶基因的轉錄[24]。CRTCs調節(jié)眾多的生理學功能，諸如能量平衡、線粒體生物合成、內質網應激等。最新研究表明CRTCs與AMPK活化介導長壽相關[25]。

在低營養(yǎng)與AMPK活化條件下，CRTC1（線蟲CRTC家族成員）呈現(xiàn)鈍化狀態(tài)。而敲除CRTC1上AMPK靶點絲氨酸S76與S179后，會使CRTC1保持活化狀態(tài)，減少AMPK介導的長壽效應。

12中藥抗衰老

傳統(tǒng)中醫(yī)藥長壽理念之一是保持生命健康狀態(tài)，即養(yǎng)生，治未病?！端貑枴に臍庹{神大論》：“是故圣人不治已病治未病，不治已亂治未亂，此之謂也”則很明確的體現(xiàn)了這種思維。中醫(yī)長壽依靠養(yǎng)生，藥食同源則是養(yǎng)生的方式之一。

唐朝時期的《黃帝內經太素》一書中寫道：“空腹食之為食物，患者食之為藥物”，反映出“藥食同源”的思想。傳統(tǒng)中醫(yī)認為，中藥與食物皆有四性五味的特性，食物與藥物并未有非常明確的界限。藥療與食療在傳統(tǒng)中醫(yī)中也并未有明確界限?，F(xiàn)代營養(yǎng)學和藥理學研究為“藥食同源”這一概念提供物質基礎與分子機制。

中藥（traditional Chinese medicine， TCM）藥食同源延緩衰老這一做法較為熟知，但其物質基礎及分子機制尚不明確。對于中藥抗衰老的功效，部分研究認為它可能是通過改變能量代謝來進行的[26]。而AMPK正是細胞內能量代謝的“感受器”，激活AMPK能夠促使機體產生模擬能量攝入限制的狀態(tài)，而部分中藥又能夠激活AMPK。因此，本文從AMPK激活角度，對抗衰老中藥進行解讀，并對其藥食同源可行性進行分析，見圖1。迄今為止的研究中，部分中藥已經明確證實能夠激活AMPK，但活化AMPK延長壽命的中藥綜述尚未見報道。為能夠對“中藥抗衰老”提供相對明確的研究方向，本文以激活AMPK通路中藥為核心，以“AMPK中藥”為關鍵詞，在PubMed上檢索到文獻69篇，可用24篇。在CNKI數(shù)據庫檢索到文獻484篇，歸納整理后可用文獻25篇。

2激活AMPK的復方中藥、單味中藥或有效組分

21復方中藥

激活AMPK通路不只對于延緩衰老具有一定功效，也可以作為糖尿病的靶點，改善糖尿病人高血糖癥狀。因此包括糖肝康等糖尿病藥物的復方中藥具有激活AMPK信號途徑的功效。從整體來看，明確激活AMPK的復方中藥、單味中藥及單體中藥雖不全面，但已具階段性結果，見表1。

經過分析發(fā)現(xiàn)，該類復方中丹參、黃芪、黃連、茯苓、白術、大黃、人參使用頻率較高，故可能是活化AMPK活性物質的重要來源。但因為復方中藥是由多味藥物組成，能夠活化AMPK通路的具體單味中藥/組分或其單體結構有待進一步闡明。

22有效組分或單體

復方中藥含有多味藥物，且每味藥物中含有多種物質。其物質基礎與分子機制同二甲雙胍或白藜蘆醇等激活AMPK通路的藥物對比，并未十分明確。這制約了對激活AMPK通路中藥藥物研究的進展。近年來，有學者從中藥有效組分或單體著手，發(fā)現(xiàn)部分中藥組分或單體能夠起到激活AMPK通路的作用，總結見表2。

表2提示，黃芪中黃芪多糖，黃連中黃連素，姜黃中姜黃素，芒果中芒果苷，川芎中川芎嗪，冬蟲夏草中蟲草素，桔梗中桔梗皂苷D，胡椒中胡椒堿，大黃中大黃素，人參中人參皂苷CK，鳳尾草中柚皮素7OβD葡萄糖苷可能是上述單味藥中促使AMPK磷酸化激活狀態(tài)的起效成分。

表2中補虛活血類中藥占主導地位，提示今后可從該類中藥復方或單味藥著手進行更深入的研究，并根據藥效不斷對其物質基礎及分子機制進行探討。

根據文獻報道，白藜蘆醇等多酚類物質是AMPK的重要激活劑[71]，因此，多酚類物質含量較高的“藥食同源”中藥食品也可能是另一著手點。

3活化AMPK途徑中藥在藥食同源抗衰老食品/藥品開發(fā)中的潛力

激活AMPK通路有可能促進機體產生模擬能量限制狀態(tài)進而調控能量代謝延緩衰老。以上對能夠激活AMPK通路的中藥復方、組分和單體進行的總結表明，部分中藥被

認為具有抗衰老功效。以此推測，中藥有可能通過激活AMPK通路促進機體模擬能量限制延緩衰老。

中醫(yī)延年益壽思想是養(yǎng)生、治未病，而藥食同源是其方法之一。因此，以藥食同源方式激活AMPK通路延長壽命則具有一定的研究可行性（圖1）。中華人民共和國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會公布了87種既可以是藥物，也可以是食物或保健品的物品。

表2中既是食品又是藥品的物品：甘草、玉竹、山藥、大棗、黃精、梔子、花椒、干姜、葛根、桔梗、砂仁、山楂、木瓜、荷葉、烏梅、肉桂。

可用于保健食品的物品：黃芪、白術、白芍、熟地、鱉甲、菟絲子、杜仲、黨參、絞股藍、人參、女貞子、淫羊藿、當歸、地骨皮、知母、三七、姜黃、川芎、丹參、紅花、大黃、吳茱萸、牛蒡子、遠志、積雪草、茯苓、澤瀉、佩蘭、木香、山茱萸。

其中，活性單體仍表現(xiàn)出激活AMPK活性的有：白藜蘆醇、黃連（黃連素）、丹參（丹參酮ⅡA）、人參（人參皂苷）、姜黃（姜黃素）、川芎（川芎嗪）、桔梗（桔梗皂苷D）、大黃（大黃素）。

采用ingenuity pathway analysis （IPA）網絡藥理學軟件（數(shù)據庫來源于SCI影響因子30以上文獻）分析，表2包含的25個單體（人參皂苷具有10種單體）中，共有13個被IPA收錄；與AMPK通路建立映射關系，共有58個間接起效路線，見圖2；間接作用于AMPK靶蛋白而非其上下游通路的藥物有6個，按作用頻率高低依次為：黃連素、大黃素、姜黃素、白藜蘆醇、蟲草素、牛蒡子苷元。這從側面說明中藥對AMPK通路具有起效作用，為中藥以藥食同源方式激活AMPK通路起到抗衰老功效增添可行性。

因此，對上述中藥或表1中其他高頻次中藥（如茯苓）進行深入研究，將各個藥物進行組合或有效成分提取后進行組合，研發(fā)激活AMPK通路的食物劑型藥物，促使延緩衰老的藥物成為一種生活食物，進而使得藥物增強體質、預防、治療的功效融入日常膳食。人們能在必需膳食中獲得食物營養(yǎng)和藥物功效。

4展望

目前，衰老機制尚未十分明確，部分延緩衰老藥物諸如二甲雙胍的延壽作用機制仍然受到爭議，并且諸多藥物仍在實驗階段。在基礎研究方面，現(xiàn)存DNA損傷學說、自由基學說、端粒學說等仍需進一步研究驗證，明確其與衰老的因果或并存等關系，探討衰老的關鍵基因、靶點、機制等，并清晰的構建出之間相互作用的網絡結構關系，為逆轉衰老或延長壽命提供明確靶點。

中藥明確延長壽命藥物在權威期刊中未見報道，仍需高水平的實驗結果支持。傳統(tǒng)抗衰老中藥延緩衰老的功效及現(xiàn)代藥理學研究亟待加強。中藥逆轉衰老或延長壽命的具體機制十分復雜，其發(fā)揮效用可能是不僅僅通過AMPK通路、DNA損傷學說、自由基學說、端粒學說等眾多學說之一，有可能是一個新學說或多重效用聯(lián)合發(fā)揮。因此，以不同學說為視角的中藥抗衰老研究有待于進一步深入。中藥本身化合物較多，確定其起效的物質基礎工作較為重要。需將其發(fā)揮效用的物質基礎確定至主要化合物群組或單體化合物，并找到其規(guī)律，為更好地發(fā)現(xiàn)逆轉衰老藥物打好基礎。以圖2揭示的部分中藥單體通過AMPK通路抗衰老為例，12種化合物并非單獨作用于單通路/靶點，而主要通過多靶點協(xié)同作用于TOR/S6k，F(xiàn)OXOs，CRTC等多條途徑的交互節(jié)點實現(xiàn)。

本文涉及的“藥食同源”抗衰老藥物雖源于中醫(yī)藥理念，但在現(xiàn)代科學中已得到廣泛認可。目前國際上方興未艾的功能食品（functional food）研究和開發(fā)就是這一理念的延伸和應用。眾多具有延緩衰老作用的藥物/食品可能并未被發(fā)現(xiàn)，眾多規(guī)律亦并未被掌握。而近期經美國FDA批準、將于2016年啟動的二甲雙胍延緩衰老臨床試驗則為世界上首例延緩衰老的臨床試驗（ref），其設計和療效檢測標準將可為相應的抗衰老中藥/保健食品臨床研究提供借鑒。因此，科研工作者需要大力開展衰老機制及延緩衰老藥物的研究。中藥以藥食同源方式激活AMPK通路延緩衰老則是研究方向之一。

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[責任編輯馬超一]