肌肽抗衰老機(jī)制的研究進(jìn)展

錢 雯 ，駱 丹，周炳榮

1 衰老的特征

衰老是生物隨著時(shí)間推移，導(dǎo)致細(xì)胞功能逐漸退化自發(fā)的持續(xù)過程，是機(jī)體內(nèi)所有細(xì)胞、組織、器官和整體普遍存在的現(xiàn)象。各種因素的個(gè)體作用及其相互作用均在機(jī)體的老化過程中起作用。隨著人口逐漸老齡化，對(duì)機(jī)體衰老機(jī)制的研究也逐步深入。皮膚作為機(jī)體最外在的器官，首先反應(yīng)出機(jī)體的衰老，所以越來越得到關(guān)注。皮膚老化可以表現(xiàn)為皮膚變薄，皮下脂肪減少，產(chǎn)生皺紋、松弛、粗糙、干燥等。皮膚老化是多種原因共同作用的結(jié)果，盡管現(xiàn)階段對(duì)其產(chǎn)生機(jī)制知之甚少，但尚有一部分機(jī)制已經(jīng)被證實(shí)，如DNA損傷修復(fù)、線粒體機(jī)制、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬及氧化損傷等均在皮膚老化過程中起到重要作用。雖然皮膚衰老不能停止，但是減輕這些因素的毒性作用可以減慢衰老。目前發(fā)現(xiàn)腫瘤的發(fā)生也與衰老息息相關(guān)，大量研究證實(shí)，許多藥物抗腫瘤的同時(shí)兼有抗衰老作用。

2 肌肽的生化作用及生理特征

肌肽在1900年由俄羅斯化學(xué)家Gulewitch和Amiradzibi在牛肉提取物中發(fā)現(xiàn)，它是由β-丙氨酸和L-組氨酸組成的一種二肽，自然存在于機(jī)體多種組織中，尤其在肌肉及腦組織中含量豐富。肌肽主要在骨骼肌、心肌及某些特定的大腦區(qū)域由肌肽合成酶合成，通過肌肽酶降解為β-丙氨酸及L-組氨酸[1]。其最常見的變異體為甲基化類似物如鵝肌肽、蛇肌肽，兩者均通過L-組氨酸的咪唑環(huán)被甲基化形成，除了結(jié)構(gòu)相同，也表現(xiàn)出類似的生物活性。肌肽、鵝肌肽、蛇肌肽統(tǒng)稱為組氨酸二肽。決定肌肽在肌肉中含量的因素主要有纖維類型、性別、年齡、運(yùn)動(dòng)量以及食物等。肌肽的作用廣泛，有抗氧化、金屬離子螯合、酸堿緩沖、抗衰老等作用。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，肌肽對(duì)許多老年相關(guān)性的疾病均能起作用，如促進(jìn)傷口愈合，對(duì)阿爾茨海默病、帕金森病、腦卒中以及糖尿病腎病均有益等。

3 肌肽抗衰老機(jī)制

3.1 抗自由基損傷

自由基學(xué)說已經(jīng)是現(xiàn)在所公認(rèn)的有關(guān)皮膚衰老的機(jī)制。氧參與生物體呼吸鏈過程，但同時(shí)也是產(chǎn)生氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的來源。正常情況下自由基的產(chǎn)生與清除處于平衡狀態(tài)。隨著年齡的增長(zhǎng)及抗氧化酶活性的減退，氧自由基產(chǎn)生增多而清除作用減弱，導(dǎo)致皮膚中ROS過多的積聚，使細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)及核酸受到損傷。ROS能夠激活體內(nèi)的絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路而最終破壞皮膚結(jié)構(gòu)，MAPK通路包括4條途經(jīng)分別是細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控蛋白激酶（extracellular signal-regulated protein kinase，ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控蛋白激酶5（extracellular signal-regulated protein kinase5，ERK5）、p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）。其中JNK可以激活活化蛋白-1（AP-1），進(jìn)而刺激基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）產(chǎn)生。MMPs是一組鋅依賴內(nèi)肽酶，在許多生理和病理過程包括皮膚老化中扮演著復(fù)雜的角色。MMP-1可以降解真皮組織中完整的膠原蛋白及彈性蛋白，同時(shí)MAPK通路的激活可以抑制前膠原DNA的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致真皮結(jié)構(gòu)的破壞，形成皮膚的老化[2]。所以清除自由基或者減少自由基的產(chǎn)生對(duì)抗衰老至關(guān)重要。

3.1.1 清除自由基作用 肌肽能夠清除自由基及一些氧化產(chǎn)物，從而起到抗皮膚衰老作用。肌肽對(duì)機(jī)體的其他組織同樣具有清除自由基的效果。Ayd?n 等[3]在通過高脂飲食并低劑量鏈脲佐菌素注射誘導(dǎo)2型糖尿病大鼠中發(fā)現(xiàn)其ROS、丙二醛（malondialdehyde，MDA）及高級(jí)糖基化終產(chǎn)物（advanced glycosylation end products，AEGs）的產(chǎn)生顯著增加，這時(shí)肌肽的添加可以顯著減少氧化產(chǎn)物及糖化產(chǎn)物如ROS、MDA及AEGs等的積累，從而減輕組織器官的損傷。Walsh等[4]證實(shí)熱量限制可以通過減少自由基損傷從而延長(zhǎng)壽命。肌肽也能夠緩解ROS帶來的DNA氧化損傷[5]，其可能機(jī)制是，在三價(jià)鐵離子存在條件下，減弱AEGs導(dǎo)致DNA裂解；也可能通過隔絕ROS及脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物如羥基壬烯醛（hydroxynonenal，HNE）和丙二醛來使DNA損傷達(dá)到最小。選擇性的與金屬離子如Cu+、Fe2+螯合及咪唑環(huán)的作用可以減少羥自由基的產(chǎn)生。

3.1.2 減少線粒體功能損傷 肌肽可以通過保護(hù)線粒體功能及減少ROS的產(chǎn)生延緩衰老。線粒體是ROS產(chǎn)生的重要場(chǎng)所，過量ROS 的積累會(huì)導(dǎo)致線粒體DNA（mtDNA）突變。由于其缺少組蛋白修飾及缺乏修復(fù)機(jī)制，所以相對(duì)基因組DNA來說有更高的突變率。mtDNA的損傷導(dǎo)致電子傳遞及氧化磷酸化過程中的缺陷，最終導(dǎo)致三磷酸腺苷（ATP）生成減少，引起細(xì)胞供能不足，進(jìn)而導(dǎo)致皮膚衰老。Ouyang等[6]發(fā)現(xiàn)氧葡萄糖剝奪-再恢復(fù)能夠顯著減少線粒體膜電位并且增加ROS水平，然而肌肽存在的情況下可以逆轉(zhuǎn)膜電位減少同時(shí)抑制ROS的產(chǎn)生。這也是肌肽調(diào)節(jié)線粒體能量代謝的機(jī)制。Corona[7]等證實(shí)了肌肽對(duì)線粒體功能有很強(qiáng)的保護(hù)作用，可能與肌肽的抗自由基損傷有關(guān)。

3.1.3 抗氧化作用 肌肽通過減少關(guān)鍵中間產(chǎn)物—活性羰基物質(zhì)的產(chǎn)生或阻止其與蛋白質(zhì)結(jié)合等以抑制進(jìn)一步的氧化產(chǎn)物形成，最終減少黑素及脂褐素產(chǎn)生。ROS參與脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，即與細(xì)胞膜中的多不飽和脂肪酸反應(yīng)，生成活性羰基類物質(zhì)如MDA、HNE等。這些活性基團(tuán)接著又可以參與蛋白質(zhì)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)羰基化，交聯(lián)的羰基化蛋白很難被溶解，進(jìn)而在細(xì)胞內(nèi)積聚，最終導(dǎo)致老年色素等物質(zhì)的形成，這些均是造成皮膚粗糙變黑的原因。人體成纖維細(xì)胞中的蛋白質(zhì)羰基會(huì)隨著機(jī)體年齡的增長(zhǎng)而不斷增加[8]。

光老化過程中長(zhǎng)波紫外線(ultraviolet A, UVA)可以誘導(dǎo)醛類物質(zhì)，如HNE等的產(chǎn)生，醛類通過修飾皮膚中的彈性蛋白并且使其對(duì)彈性蛋白酶的消化作用產(chǎn)生抵抗。實(shí)驗(yàn)表明，肌肽能夠清除HNE，MDA，甲基乙二醛，乙二醛等活性羰基類物質(zhì)，而對(duì)HNE的清除最為明顯[9]。在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中均可以觀察到肌肽的添加能夠有效降低處理組中MDA的水平[10,11]。肌肽通過與蛋白質(zhì)羰基的作用形成蛋白質(zhì)-羰基-肌肽化合物來抑制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)羰基的毒性作用。肌肽可以阻止4-羥基壬烯醛（4-HNE）與彈性蛋白的結(jié)合，從而減輕脂質(zhì)過氧化帶來的損傷[12]。Ayd?n等[10]通過將肌肽添加到D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠中，證實(shí)了肌肽能夠顯著降低由衰老導(dǎo)致的蛋白質(zhì)羰基的增加，這可能與肌肽的抗氧化及抗糖化作用有關(guān)。

3.2 抑制端?？s短

端粒是染色體末端重復(fù)的DNA序列，通過保護(hù)染色體免受降解及抑制端端融合來維持染色體的穩(wěn)定。端粒的長(zhǎng)度與細(xì)胞分裂次數(shù)成正比，在出生時(shí)端粒長(zhǎng)度最長(zhǎng)，隨著年齡的增長(zhǎng)便會(huì)逐漸縮短。正常人體細(xì)胞有一定的分裂次數(shù)限制[13]，所以端粒的縮短被認(rèn)為與機(jī)體的衰老相關(guān)。而端粒酶能夠使端粒延長(zhǎng)。

Ait-Ghezala等[14]證實(shí)了肌肽能夠激活端粒酶，抑制端?？s短，進(jìn)而延緩衰老。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)將多種天然產(chǎn)物如肌肽、維生素D3、綠茶提取物、甘氨酸等以一定的濃度及比例添加，能夠起到協(xié)同及擴(kuò)大作用。Shao等[15]發(fā)現(xiàn)成纖維細(xì)胞在含20 mmol/L肌肽的培養(yǎng)液中生長(zhǎng)可以減慢端粒的縮短并且可以延長(zhǎng)細(xì)胞壽命，當(dāng)細(xì)胞處于增殖抑制狀態(tài)時(shí)，肌肽的存在可以減少端粒碎片的積累，故而認(rèn)為減少端?？s短及端粒DNA損傷是肌肽能夠延長(zhǎng)壽命的機(jī)制之一。

3.3 抗糖基化作用

蛋白質(zhì)糖基化是蛋白質(zhì)翻譯后修飾的重要過程之一。含醛基的糖和蛋白質(zhì)的氨基殘基在無酶條件下發(fā)生連接首先形成席夫堿（Schiff base），再經(jīng)過一段時(shí)間的重新排列后形成較為穩(wěn)定的早期糖基化產(chǎn)物即酮氨類化合物（amadori 產(chǎn)物），amadori產(chǎn)物再經(jīng)過脫水重排后形成高活性的羰基化合物如丙二醛（malondialdehyde，MG）等，再與蛋白質(zhì)的游離氨基反應(yīng)通過環(huán)化作用、氧化作用及脫水形成更為穩(wěn)定的高級(jí)糖基化終產(chǎn)物（advanced glycosylation end products，AGEs）。這一過程稱為美拉德（Maillard）反應(yīng)[16]。隨著年齡增長(zhǎng)，AGEs也在積累，對(duì)組織器官造成損傷[17]。真皮組織主要由成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的膠原纖維、彈性纖維及細(xì)胞外基質(zhì)構(gòu)成。彈性蛋白及膠原蛋白參與非酶糖基化反應(yīng)生成AGEs，形成膠原蛋白及彈性蛋白的交聯(lián)產(chǎn)物，氧化膠原剛開始能夠被膠原酶所降解，隨著膠原的交聯(lián)逐漸加重，膠原蛋白的溶解性下降[18]，難溶解的膠原蛋白的堆積，導(dǎo)致組織的通透性下降，造成細(xì)胞間營(yíng)養(yǎng)及代謝產(chǎn)物的交換障礙，最終導(dǎo)致皮膚彈性下降及皺紋的產(chǎn)生。

肌肽可以與體內(nèi)的活性物質(zhì)反應(yīng)，保護(hù)蛋白質(zhì)不被糖基化，同時(shí)肌肽可以與已經(jīng)發(fā)生糖基化的蛋白質(zhì)產(chǎn)物作用，阻止糖基化蛋白質(zhì)的進(jìn)一步交聯(lián)。肌肽抑制AEG產(chǎn)生可能是由于在與活性二羰基化合物的反應(yīng)中，由β-丙氨酸衍生來的自由氨基酸基團(tuán)競(jìng)爭(zhēng)蛋白質(zhì)的氨基酸基團(tuán)。AGEs在體內(nèi)以多種結(jié)構(gòu)形式存在，其中較為常見的就是羧甲基賴氨酸（carboxymethyllysine，CML）、戊糖素等。在一項(xiàng)雙盲安慰劑對(duì)照隨機(jī)臨床試驗(yàn)中，Houjeghani等[19]發(fā)現(xiàn)口服肌肽制劑能夠顯著降低CML水平，與之類似的血清戊糖素水平也得到了明顯改善。Ayd?n 等[10]在其實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)肌肽的加入能夠降低由D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠中AGE及ROS等的水平。

3.4 使衰老的細(xì)胞恢復(fù)活力

早在1994年，McFarland 和 Holliday[20]在實(shí)驗(yàn)中觀察到肌肽對(duì)成纖維細(xì)胞的生長(zhǎng)、形態(tài)以及壽命的作用。他們發(fā)現(xiàn)高濃度的肌肽（20～50 mmol/L）可以延緩衰老，并且可以使已經(jīng)衰老的成纖維細(xì)胞恢復(fù)活力。在肌肽存在的情況下，分裂次數(shù)已經(jīng)達(dá)到接近Hay fl ick分界線的成纖維細(xì)胞可以呈現(xiàn)出一種不衰老的形態(tài)，而將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)移到不含肌肽的培養(yǎng)液中時(shí)，它們很快又恢復(fù)衰老形態(tài)。雖然肌肽不能使Hay fl ick分界線延長(zhǎng)，但它能夠延長(zhǎng)細(xì)胞的壽命。類似的，在加速衰老的小鼠模型中，補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)的飲食可以減少其老年性特征的發(fā)展，并使小鼠的平均壽命延長(zhǎng)20%，但是對(duì)小鼠的最大壽命的延長(zhǎng)作用不是很明顯[21]。

3.5 抗腫瘤作用

腫瘤與衰老的發(fā)生密不可分，隨著年齡的增長(zhǎng)，腫瘤的發(fā)生率也顯著提高，這可能與DNA的損傷修復(fù)功能隨著年齡的增長(zhǎng)逐漸減退有關(guān)。同時(shí)癌基因可以誘導(dǎo)細(xì)胞的衰老?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)即使在有氧存在的情況下，腫瘤細(xì)胞仍舊會(huì)優(yōu)先利用葡萄糖進(jìn)行有氧糖酵解產(chǎn)生乳酸，以產(chǎn)生ATP，這一現(xiàn)象被稱為 Warburg 效應(yīng)。所以可以推斷抑制腫瘤細(xì)胞糖酵解活動(dòng)可以抑制腫瘤的增生。Ding等[22]通過測(cè)量人肝癌細(xì)胞的存活率發(fā)現(xiàn)，肌肽可以顯著抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，并且這一現(xiàn)象表現(xiàn)為濃度依賴性。并且由此推斷肌肽將來或許可以用于抑制人腫瘤細(xì)胞的增殖，達(dá)到抗腫瘤的目的。肌肽也可以顯著抑制人宮頸腺癌細(xì)胞的增殖，并且對(duì)人宮頸腺癌細(xì)胞的抑制作用強(qiáng)于鱗癌細(xì)胞。Bao等[23]通過一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)，肌肽抑制人宮頸腺癌細(xì)胞增殖的作用可能與其參與調(diào)節(jié)線粒體功能，糖酵解通路及細(xì)胞周期有關(guān)。

3.6 調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬及細(xì)胞凋亡

細(xì)胞自噬及凋亡與衰老及衰老相關(guān)性疾病密切相關(guān)。自噬是細(xì)胞通過溶酶體對(duì)細(xì)胞內(nèi)代謝產(chǎn)物，如異常修飾蛋白，蛋白質(zhì)聚合物及損壞的細(xì)胞器等的自我消化過程。因此，自噬能夠控制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)及細(xì)胞器的質(zhì)量以維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。在許多衰老的模型中可以觀察到自噬行為的減少，而通過藥理和遺傳方法上調(diào)自噬活動(dòng)可以緩解與年齡相關(guān)的疾病的發(fā)生，但是另一方面，過度的自噬反而會(huì)加速衰老。所以合理的調(diào)控自噬系統(tǒng)在抗衰老的研究中至關(guān)重要。沉默信息調(diào)節(jié)因子-1（silence signal regulating factor-1，SIRT-1）可以促進(jìn)溶酶體形成，以激活自噬功能，加速清除細(xì)胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物，延緩衰老。類似的細(xì)胞凋亡與衰老也是相互調(diào)節(jié)，相互影響，而肌肽可以通過合理調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡以減慢衰老進(jìn)程。雖然目前關(guān)于肌肽對(duì)自噬系統(tǒng)調(diào)節(jié)方面的報(bào)道比較少，但是相信這一理論可以在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中逐步得到證實(shí)。

3.7 其他

肌肽能通過許多其他的途徑來抑制衰老。肌肽是雷帕霉素類似物[24]，哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路的激活是導(dǎo)致細(xì)胞衰老的驅(qū)動(dòng)力，肌肽可以通過抑制mTOR信號(hào)通路來加強(qiáng)對(duì)細(xì)胞周期的阻滯，以抑制由UVA引起的真皮成纖維細(xì)胞的衰老表型的出現(xiàn)[25]。

綜上所述，肌肽的抗衰老機(jī)制主要是抗氧化、抑制端?？s短、抑制線粒體損傷、抗糖基化、抗腫瘤等作用，不僅能夠抑制細(xì)胞衰老，還能夠延緩與衰老相關(guān)的一些疾病的發(fā)生發(fā)展。雖然目前已有一些研究，但是在肌肽抗皮膚老化方面的研究還不是很多。關(guān)于肌肽對(duì)細(xì)胞自噬、細(xì)胞凋亡及與去乙酰化酶的調(diào)節(jié)的研究作用，也需要在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證。相信隨著研究的深入，肌肽能夠廣泛運(yùn)用于各領(lǐng)域。