二甲雙胍抗衰老作用的研究進(jìn)展

林意，林金德

(1. 杭州外國語學(xué)校，浙江 杭州 310000；2.南京醫(yī)科大學(xué)友誼整形外科醫(yī)院整形外科，江蘇 南京 210009)

過去的幾十年，人們在抗老化研究上取得了明顯的進(jìn)步。研究表明壽命確實可以通過基因、藥物或飲食的方法得以延長。二甲雙胍是治療2型糖尿病(T2DM)的首選藥物，并在臨床中廣泛使用。近年來研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍除了治療糖尿病外，還可以抗炎、抗腫瘤、治療非酒精性脂肪性肝病、多囊卵巢綜合征以及抗衰老、延長壽命等方面作用。本文就二甲雙胍的抗衰老作用及其機(jī)制的相關(guān)進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 二甲雙胍抗衰老作用

1.1二甲雙胍抗衰老作用的實驗研究二甲雙胍除了對細(xì)胞的作用外，越來越多的證據(jù)表明二甲雙胍能夠推遲機(jī)體老化并增加壽命，二甲雙胍能延長線蟲類和嚙齒類動物壽命。在自發(fā)性高血壓鼠(SHR)雌性小鼠中，長期食物中加入二甲雙胍能延長雌性雜交小鼠近40%壽命[1]。隨后他們發(fā)現(xiàn)二甲雙胍處理的時間越早，發(fā)揮的作用越大。在雌性SHR小鼠中分別于3、9、15月齡開始用二甲雙胍進(jìn)行處理，從3月齡開始處理的小鼠平均壽命延長了14%，最大壽命延長了1個月；從9月齡開始處理的小鼠平均壽命僅延長了6%，而從15月齡開始處理的小鼠的平均壽命沒有發(fā)生改變。而且使用二甲雙胍處理3月齡小鼠，其平均無瘤期限增加21%，9月齡小鼠無瘤期限增加7%，而15月齡則減小13%。說明在生命的早期使用二甲雙胍進(jìn)行處理會有更多的益處[2]。二甲雙胍在不同性別個體中的作用存在差異。在同系129/Sv小鼠中，用二甲雙胍(100 mg·kg-1)的長期處理對不同性別個體中產(chǎn)生了相反的結(jié)果，雄性小鼠平均壽命減少了13.4%，而雌性小鼠平均壽命延長了4.4%。對此有學(xué)者認(rèn)為是在正常條件下幼年雄性小鼠與雌性小鼠相比容易受到外部環(huán)境的影響，有著更高的死亡率[3]。

其他研究也證實二甲雙胍能延長鼠類壽命，長期在食物中加入二甲雙胍(0.1% w/w)能夠延長中齡雄性小鼠壽命，能夠改善身體活動能力[4]。然而，不是所有的研究都能證實二甲雙胍能延長壽命。給成年果蠅喂食二甲雙胍，并沒有增加雄性果蠅或雌性果蠅壽命。推測實驗中使用較高濃度的二甲雙胍，二甲雙胍對果蠅可能有毒性。腸道生理學(xué)分析提示較高濃度的二甲雙胍導(dǎo)致腸液內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡有關(guān)，所以沒有能提高壽命效果[5]。Smith等[6]對比二甲雙胍組(300 mg·kg-1·d-1)、熱量限制組(30%)和隨意飲食組，熱量限制組和二甲雙胍組大鼠體質(zhì)量明顯降低，但二甲雙胍治療組沒有能提高大鼠壽命，這可能與所用二甲雙胍劑量過高有關(guān)。

1.2二甲雙胍抗衰老作用的臨床研究美國糖尿病防治方案是一個隨機(jī)臨床試驗，研究對象為肥胖和葡萄糖耐量降低有可能成為T2DM的美國成人，研究對象超過3 000例。結(jié)果顯示，對比對照組，二甲雙胍能夠減少31% T2DM 的發(fā)病率，而且二甲雙胍也能改善心血管疾病的風(fēng)險和改善男性受試者的亞臨床型動脈粥樣硬化[7]。英國糖尿病臨床實踐回顧性研究發(fā)現(xiàn)，T2DM患者分別給予二甲雙胍和磺脲治療，發(fā)現(xiàn)二甲雙胍能降低20%心血管疾病風(fēng)險和降低42%糖尿病相關(guān)死亡。用磺脲治療糖尿病存活率低，而二甲雙胍治療的糖尿病患者的存活率類似非糖尿病患者組。在門診臨床試驗中，胰島素治療的T2DM患者中，加入二甲雙胍治療組對比加入安慰劑治療組在隨訪4年發(fā)現(xiàn)添加二甲雙胍治療組能夠降低患者體質(zhì)量，有助于改善血糖、降低胰島素的用量和降低大血管疾病的發(fā)病率[7]。

另外，二甲雙胍可以保持患者認(rèn)知功能。新加坡研究發(fā)現(xiàn)長期使用二甲雙胍可以降低糖尿病患者認(rèn)知能力的下降，而且最低風(fēng)險發(fā)生在長期使用二甲雙胍(大于6年)[8]。Cheng等[9]對T2DM患者觀察研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病可以提高患者癡呆的發(fā)病率，二甲雙胍治療的患者比其它藥物治療的糖尿病患者有較低的癡呆發(fā)病率。在一個小樣本臨床試驗中，用二甲雙胍治療和用安慰劑治療(24周)的T2DM伴有抑郁癥患者，二甲雙胍能夠提高患者認(rèn)知水平和改善抑郁癥患者癥狀[10]。

糖尿病是結(jié)腸癌的高風(fēng)險因素，二甲雙胍可以降低糖尿病患者患結(jié)腸癌的風(fēng)險，流行病學(xué)顯示二甲雙胍可降低癌癥發(fā)病率和致死率。一份較大Meta數(shù)據(jù)分析顯示二甲雙胍能降低糖尿病患者31%的癌癥發(fā)生率和34%的癌癥致死率[7]。

Kordes等[11]使用二甲雙胍作為腫瘤輔助治療措施，通過雙盲研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍對晚期胰腺癌患者沒有作用。Decensi等[12]研究發(fā)現(xiàn)長期使用二甲雙胍沒有能防止腫瘤發(fā)生，但是二甲雙胍對早期腫瘤和癌前病變是有預(yù)防效果的。

2 二甲雙胍延長壽命的機(jī)制

隨著全球人口老齡化，許多年齡相關(guān)的慢性疾病成為第一致死原因，目前許多食物、藥物和基因治療可延長壽命，這些干預(yù)措施都涉及一個核心營養(yǎng)感受器網(wǎng)絡(luò)，即腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)，二甲雙胍延長壽命的機(jī)制還不完全清楚，目前的研究顯示二甲雙胍可能間接激活了與熱量限制相同的信號通路，并產(chǎn)生一些獨立的作用。

2.1激活A(yù)MPKAMPK是一種與能量代謝有關(guān)的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是所有真核生物中保持細(xì)胞能量水平的必需功能，編碼AMPK的α、β、γ三個亞基的基因在脊椎動物、無脊椎動物、植物和真菌等所有真核生物中是高度保守的。由于代謝應(yīng)激、干擾ATP的生成或者加速ATP的消耗引起的細(xì)胞內(nèi)AMP ∶ATP比率的升高可以激活A(yù)MPK。AMPK的生物化學(xué)活性由上游的激酶和磷酸酶來調(diào)節(jié)其磷酸化和脫磷酸化。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)總能量水平下降時，AMPK通過上游的激酶磷酸化和通過AMP和ADP而激活，激活的AMPK向下調(diào)節(jié)需要消耗ATP的能量合成過程和上調(diào)產(chǎn)生ATP的分解代謝過程，AMPK 可以通過磷酸化直接抑制許多酶的催化活性。另外AMPK可以通過調(diào)節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(PGC1-α)提高更大的效果，增加線粒體的生物合成。AMPK通過結(jié)節(jié)性硬化癥2轉(zhuǎn)錄蛋白磷酸化調(diào)節(jié)mTOR相關(guān)蛋白。 AMPK介導(dǎo)的最后結(jié)果是恢復(fù)細(xì)胞總的能量水平[13]。二甲雙胍激活A(yù)MPK通路，加強(qiáng)糖酵解，脂肪酸氧化和線粒體生物合成，激活自噬作用等。

2.2抑制mTOR雷帕霉素是一種免疫抑制劑，有抗腫瘤的作用，mTOR是磷脂酰肌醇激酶相關(guān)激酶蛋白家族成員，哺乳動物mTOR基因是雷帕霉素作用靶點，mTOR作為一絲氨酸和蘇氨酸蛋白激酶，與胰島素，氨基酸和激素合成有關(guān)，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞功能，包括蛋白質(zhì)和脂質(zhì)合成、自噬作用、炎性反應(yīng)、線粒體功能和葡萄糖代謝[14]。在酵母、蠕蟲、果蠅和小鼠中阻斷mTOR能夠延長壽命。在小鼠和人類中阻斷mTOR信號通路能夠改善年齡相關(guān)疾病，例如認(rèn)知功能下降、癌癥等[15]。二甲雙胍可以通過激活A(yù)MPK，抑制mTOR，二甲雙胍也可以通過一種不依賴于AMPK的方式抑制轉(zhuǎn)錄共激活因子(TORC1)的激活。一份肺癌研究結(jié)果顯示二甲雙胍通過 獨立于AMPK途徑抑制mTOR。二甲雙胍可以通過抑制mTOR，阻止細(xì)胞衰老并延長壽命[16]。

2.3調(diào)節(jié)胰島素/胰島素樣生長因子1信號通路哺乳類動物實驗研究表明高血糖和高胰島素血癥是老化的重要因素，生長因子，胰島素和胰島素樣生長因子1信號分子與長壽相關(guān)，熱量限制延長壽命的效應(yīng)可能與降低胰島素樣生長因子1水平有關(guān)。體內(nèi)外研究均提示二甲雙胍可以影響胰島素/胰島素樣生長因子1水平，降低腫瘤發(fā)生。哺乳動物中胰島素/胰島素樣生長因子1信號通路可以改變壽命，這條信號通路在線蟲模型中得到證實，它與葡萄糖的營養(yǎng)狀態(tài)相關(guān)[17]。相關(guān)信號的減少延長了線蟲、果蠅和小鼠的壽命。在小鼠中降低胰島素樣生長因子1水平也能延長壽命，包括延緩腫瘤的發(fā)生和維持免疫功能，維持年輕認(rèn)知狀態(tài)[18]。叉形頭轉(zhuǎn)錄因子(FOXOs)是此信號通路關(guān)鍵因素，營養(yǎng)狀況決定FOXOs在細(xì)胞中的定位，可以是位于細(xì)胞漿或細(xì)胞核。盡管此信號通路在人類中仍不清楚，信號通路中相關(guān)基因改變與血漿中低的胰島素樣生長因子1水平相關(guān)[19]。二甲雙胍是臨床治療糖尿病藥物，但是它卻涉及許多老化相關(guān)機(jī)制，其中某些機(jī)制與葡萄糖代謝相關(guān)，二甲雙胍可以降低胰島素水平，降低胰島素樣生長因子1信號水平，延長壽命。

2.4減少活性氧(ROS)的產(chǎn)生二甲雙胍延長壽命的另一種機(jī)制可能是減少ROS的產(chǎn)生。二甲雙胍和呼吸鏈復(fù)合物1如何在分子水平相互作用仍然不知道，二甲雙胍通過抑制電子傳遞鏈復(fù)合物1，減少傳遞電子數(shù)量以及阻止電子轉(zhuǎn)移減少ROS的產(chǎn)生，減輕DNA累積性損傷。二甲雙胍能減輕百草枯誘導(dǎo)的內(nèi)源性ROS升高，但不能降低過氧化氫誘導(dǎo)的外源性ROS升高。二甲雙胍活性的基本作用位點是呼吸鏈復(fù)合體1，可以抑制氧化磷酸化。二甲雙胍均能夠降低百草枯誘導(dǎo)的AMPKα+/+和AMPKα-/-的兩種細(xì)胞ROS升高，所以二甲雙胍可以不依賴AMPK途徑降低內(nèi)源性ROS，這種效應(yīng)為非依賴AMKP激活模式。癌基因Ras會誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生，損傷DNA，二甲雙胍可以降低Ras表達(dá)細(xì)胞的ROS的形成和降低DNA的損傷，而不是減輕ROS的毒性[20]。另外，二甲雙胍激活培養(yǎng)的SH-SY5Y細(xì)胞AMPK的活性，誘導(dǎo)細(xì)胞自噬作用和清除線粒體ROS[21]。

2.5調(diào)節(jié)SIRTs表達(dá)SIRT通路最早在酵母中被發(fā)現(xiàn)可調(diào)節(jié)壽命，多種SIRT可以調(diào)節(jié)線粒體的功能，影響壽命。SIRT家族是一類依賴NAD(+)酶類，對年齡相關(guān)疾病起著保護(hù)重要的保護(hù)作用。哺乳動物SIRT蛋白(SIRT2)起著調(diào)節(jié)代謝和老化作用。酵母中SIRT2、SIRT3及SIRT4基因突變，間接導(dǎo)致DNA突變，縮短酵母壽命[22]。SIRT1是一種細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)器，在胰島素耐受時其水平是降低的，SIRT1上調(diào)能提高胰島素的敏感性。SIRT1起著脫乙酰作用，能夠影響調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[23]。SIRT3是一種線粒體脫乙酰酶，是能量限制飲食中保持線粒體谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)的一個關(guān)鍵成分[24]。所以SIRTs控制細(xì)胞代謝和細(xì)胞穩(wěn)定起著非常重要作用，SIRTs是一種長壽基因。在ob/ob小鼠中，二甲雙胍明顯改善小鼠體質(zhì)量和葡萄糖的穩(wěn)定，激活SIRT1，促進(jìn)自噬作用[25]。

總之，目前已有的研究初步顯示二甲雙胍通過與熱量限制相關(guān)的方式，激活A(yù)MPK、抑制mTOR及其下游的相關(guān)分子發(fā)揮其抗炎、保護(hù)心血管疾病、抗腫瘤以及抗衰老等作用，這使得二甲雙胍有希望成為一個抗衰老藥物。