沙棘多糖抗衰老的研究進展

李紀彤 褚金國 丁丁

全球65歲以上人口不斷攀升,老齡化已成為普遍現(xiàn)象。衰老具有復(fù)雜的生物學(xué)過程,受到環(huán)境、遺傳等多種因素的影響,與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系緊密。中藥抗衰老是目前具有潛力的治療方案,其作用機制一直是研究的熱點。其中,沙棘多糖表現(xiàn)出了突出的一面,其通過清除人體內(nèi)的自由基,減少氧化應(yīng)激對細胞的損害;通過調(diào)節(jié)免疫細胞活性、促進免疫因子分泌等方式增強機體的免疫功能,提高機體免疫力;保護細胞和組織免受氧化應(yīng)激和炎癥等損傷,促進細胞的修復(fù)和再生;抑制細胞凋亡,促進細胞的生存和增殖,進而達到延緩衰老的目的。

1 沙棘多糖的組成、提取

1.1 沙棘多糖的組成 沙棘多糖具有復(fù)雜且獨特的結(jié)構(gòu)特點,基本糖單位包括葡萄糖醛酸等多種類型。沙棘多糖可分為均多糖和雜多糖兩類。均多糖由同種單糖組成,具有較高的純度,而雜多糖由2種及以上的單糖組成,具有更豐富的結(jié)構(gòu)多樣性。大部分沙棘多糖為雜多糖,不同類型的沙棘多糖在生物學(xué)活性方面是否存在差異,還有待進一步研究。

1.2 沙棘多糖的提取 沙棘多糖的提取方法可分為傳統(tǒng)提取方法和新型提取方法兩大類。近年來,新型提取技術(shù)如高壓脈沖電場輔助法、動態(tài)高壓微射流輔助法、加速溶劑萃取法以及超臨界流體萃取法等,具有提取純度和效率高、溫度和壓力控制要求低等優(yōu)點,在沙棘多糖研究中展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。多糖提取技術(shù)的不斷發(fā)展和優(yōu)化,為我國沙棘中藥資源的充分利用提供了有力支持,有助于進一步探索沙棘多糖的生物活性和藥理作用。

2 沙棘多糖的抗氧化、抗炎、增強免疫力作用

沙棘干燥成熟果實中含有豐富的活性成分,包括豐富的維生素C以及維生素E、B2、B3、B5、B6等[1],這些活性成分在延緩衰老過程中發(fā)揮了重要作用。在人體內(nèi),氧化應(yīng)激會導(dǎo)致細胞損傷,進而引發(fā)各種疾病。沙棘多糖能夠有效清除自由基,降低氧化應(yīng)激,保護細胞免受損傷,維持人體健康,通過抗氧化應(yīng)激及免疫調(diào)節(jié)調(diào)控細胞生命周期進程,進而起到抗衰老作用。沙棘多糖同時具有抗炎作用,能減輕炎癥反應(yīng)對機體的損傷。研究發(fā)現(xiàn),沙棘多糖可通過抑制炎癥因子的釋放,促進抗炎因子的表達,從而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng),延緩衰老過程[2]。

2.1 沙棘多糖的抗氧化作用 自由基(free radical)是一類含有未配對電子的基團、分子或原子,主要包括超氧陰離子、羥自由基等,是人體的代謝產(chǎn)物,在正常情況下處于動態(tài)平衡。當動態(tài)平衡被打破時,氧自由基在體內(nèi)不斷積累,加劇衰老表現(xiàn)。人體內(nèi)的抗氧化酶可抑制氧自由基的產(chǎn)生,延緩人體的衰老。沙棘多糖對不同自由基表現(xiàn)出不同的清除作用,沙棘多糖清除氧離子(oxygen ion) 的效果最好,而對羥自由基和二苯基苦基苯肼(2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl,DPPH)清除能力較弱[3]。相關(guān)研究結(jié)果顯示,通過注射D-半乳糖建立小鼠衰老模型,沙棘多糖組較模型組可以增強衰老小鼠超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)在體內(nèi)的活性,減少氧化終產(chǎn)物[4]。

2.2 沙棘多糖的免疫調(diào)節(jié)作用 沙棘多糖的生物活性成分對免疫系統(tǒng)的多環(huán)節(jié)都具有不同程度的調(diào)節(jié)能力,對體液免疫也有一定的調(diào)節(jié)作用。沙棘多糖可以促進甲狀腺功能亢進的恢復(fù),并能明顯恢復(fù)免疫抑制狀態(tài)下的自然殺傷細胞(natural killer cell,NK)水平[5]。研究證實,沙棘提取物對于大鼠體液免疫的增強作用同樣顯著:沙棘提取物各劑量組均可顯著提高大鼠的血清溶血素水平和脾臟內(nèi)溶血空斑分泌抗體能力,表明沙棘提取物具有增強機體免疫功能的作用[6]。

3 沙棘多糖參與抗衰老的傳導(dǎo)通路

沙棘多糖參與抗衰老機制的通路涉及營養(yǎng)感應(yīng)信號通路、胞內(nèi)應(yīng)激信號傳導(dǎo)通路、P53通路等。

3.1 營養(yǎng)感應(yīng)通路

3.1.1 胰島素/胰島素樣生長因子(IIS)信號傳導(dǎo)通路:IIS信號通路調(diào)控細胞周期、生長、發(fā)育等多種生物學(xué)環(huán)節(jié),在生物體的衰老及衰老相關(guān)疾病中發(fā)揮著重要作用[7]。沙棘多糖可以通過影響IIS信號傳導(dǎo)通路下調(diào)下游因子胰島素樣生長因子受體2(dauer formation-2,DAF-2)的水平,抑制高級糖基化終末產(chǎn)物-1(advanced glycation end-1,AGE-1)的激活和衰變加速因子蛋白16(decay accelerating factor protein 16,DAF-16)的磷酸化,調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的信號傳導(dǎo),從而延緩細胞衰老,增強細胞活力。沙棘多糖干預(yù)能夠增加線蟲DAF-16的表達,DAF-16進入細胞核發(fā)揮調(diào)控功能,抑制IIS信號通路,延長了線蟲的延長生存時間。研究發(fā)現(xiàn),沉默DAF-16基因后,線蟲生存時間縮短,表明沙棘多糖抗衰老效應(yīng)是通過DAF-16依賴的IIS信號通路實現(xiàn)的[8]。但是,目前無相關(guān)人體方面的臨床研究。線蟲生命周期短,有助于快速研究生物學(xué)現(xiàn)象,沙棘多糖通過調(diào)控線蟲IIS信號通路關(guān)鍵基因,延長其生存時間并改善其運動能力,展現(xiàn)出顯著的抗衰老效果,這一機制為沙棘多糖的臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

3.1.2 腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine 5′-monophosphate-activated protein kinase,AMPK)信號傳導(dǎo)通路:AMPK作為AMP依賴性蛋白激酶,具有在多種真核細胞中維持能量穩(wěn)態(tài)的作用。AMPK信號通路活性受損時,細胞穩(wěn)態(tài)受到影響,導(dǎo)致衰老過程加速。AMPK信號通路還與細胞自噬過程有關(guān)。激活A(yù)MPK信號通路可以增強細胞自噬能力,延緩衰老過程。應(yīng)激時,腺嘌呤核苷二磷酸(adenosine diphosphate,ADP)/腺嘌呤核糖核苷酸(adenosine monophosphate,AMP)比例及腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP)的含量上升,激活抑癌基因肝激酶B1(liver kinase B1,LKB1)和鈣調(diào)蛋白激酶激酶β(Calcium/Calmodulin-Dependent Kinase Kinaseβ,CaMKKβ),進一步激活A(yù)MPK通路。激活的AMPK通過促進ATP發(fā)揮預(yù)防衰老的作用,延長線蟲、果蠅和小鼠壽命[9]。沙棘多糖能提高缺氧損傷細胞存活率,通過下調(diào)miR-122、上調(diào)LKB1和CaMKKβ水平,激活A(yù)MPK信號通路。同時,沙棘多糖可增加AMPK/脫乙酰酶沉默信息調(diào)節(jié)因子 1(Sirtuin 1,Sirt1)表達水平[10]。AMPK和Sirt1是細胞內(nèi)重要的能量代謝調(diào)節(jié)分子,與生物體的免疫應(yīng)激反應(yīng)密切相關(guān)。激活A(yù)MPK/Sirt1信號通路有助于維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,提高生物體對炎癥刺激的抵抗力。

3.1.3 Sirt1/FoxO信號傳導(dǎo)通路:Sirt1是一種重要的抗氧化酶,能夠清除細胞內(nèi)的活性氧(reactive oxygen species,ROS),降低氧化應(yīng)激帶來的損傷。Sirt1作為保守的煙酰胺腺膘呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)依賴性脫乙?；?在生物體中尤其在衰老過程中起重要作用。Sirt1可通過調(diào)節(jié)p53和FoxO1抑制細胞凋亡,增強抗氧化酶活性。沙棘多糖能夠激活Sirt1/FoxO信號通路,幫助生物體更好地應(yīng)對各種應(yīng)激。沙棘多糖能增加NAD+水平,提高NAD+/NADH比例,上調(diào)NAD+相關(guān)蛋白表達,部分恢復(fù)ATP水平,改善β淀粉樣蛋白1-40(amyloidβ-peptide 1-40,Aβ1-40)對腎上腺嗜鉻細胞瘤大鼠的細胞毒性作用[11-12]。沙棘多糖預(yù)處理可逆轉(zhuǎn)代謝記憶對視網(wǎng)膜色素上皮細胞損傷作用,機制涉及逆轉(zhuǎn)miR-204表達,激活Sirt1,增強p53去乙?；饔?抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERS)及凋亡,有助于減輕胰島素抵抗,減緩代謝功能受損[13]。

3.2 胞內(nèi)應(yīng)激信號傳導(dǎo)通路 細胞應(yīng)激反應(yīng)與衰老緊密相連,涉及核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)、NF-κB、未折疊蛋白(unfolded protein response,UPR)、p53/p21和p16/視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白(retinoblastoma protein,pRb)等信號通路。這些通路在抗氧化、炎癥、免疫、線粒體功能和DNA修復(fù)方面有重要作用。這些通路的異常激活與抑制受到應(yīng)激反應(yīng)的影響,從而影響細胞衰老進程。

3.2.1 Nrf2信號傳導(dǎo)通路:隨著年齡增長,機體氧化還原失衡導(dǎo)致ROS增多,引起細胞損傷。為了應(yīng)對氧化應(yīng)激,細胞激活c-Jun氨基末端激酶(JNK)信號通路,與解偶聯(lián)的Nrf2結(jié)合,引起Nrf2/ARE信號通路被激活。這一機制有助于調(diào)節(jié)SOD、過氧化氫酶(catalase,CAT)、血紅素氧合酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)和GSH-Px的表達。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),沙棘多糖能夠減輕D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老相關(guān)表型,清除ROS,調(diào)節(jié)抗氧化因子表達,保護線粒體,改善線粒體功能障礙[14]。沙棘多糖還能激活Nrf2信號通路,減輕氧化應(yīng)激、細胞凋亡和Aβ沉積,發(fā)揮神經(jīng)保護作用。此外,沙棘多糖通過p21和JNK依賴性途徑介導(dǎo)Nrf2信號通路,上調(diào)核Nrf2易位,激活Nrf2信號傳導(dǎo)通路,下調(diào)衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)表達,提高抗氧化能力,延緩衰老[15]。

3.2.2 NF-κB信號傳導(dǎo)通路:NF-κB作為關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,調(diào)控細胞黏附、增殖、炎癥、氧化還原狀態(tài)及凋亡因子表達。隨著年齡增加,免疫系統(tǒng)激活誘發(fā)慢性炎癥,激活NF-κB信號通路,持續(xù)激活NF-κB通路能促進衰老[16]。沙棘多糖能夠抑制炎性因子與ROS的產(chǎn)生,通過調(diào)節(jié)miR-92a/KLF4軸,抑制脂多糖誘導(dǎo)的p38/絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)/NF-κB信號通路過度激活[17]。同時,沙棘多糖通過抑制TLR4、IL-6等過度表達,增加NF-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase,IκB)活性,抑制NF-κB信號通路,發(fā)揮神經(jīng)保護和抗炎作用[18]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),沙棘多糖能減輕更年期小鼠記憶障礙、神經(jīng)炎癥及海馬神經(jīng)元損傷,發(fā)揮抗衰老作用[19]。同時,沙棘多糖能增強免疫功能,通過調(diào)節(jié)NF-κB、AP-1和IκBα表達,抑制NF-κB信號通路,抑制衰老相關(guān)基因表達。

3.3 p53/p21與p16/pRb信號傳導(dǎo)通路 p53蛋白在應(yīng)激反應(yīng)、細胞周期調(diào)控和DNA修復(fù)中起關(guān)鍵作用。當細胞受損時,p53蛋白水平上升,激活p21并抑制磷酸化過程,下調(diào)抑癌基因pRb/轉(zhuǎn)錄延長因子(E2 promoter-binding factor,E2F)軸以減輕細胞損傷,導(dǎo)致細胞周期受阻和衰老[20]。另外,在衰老過程中,p16蛋白表達增加,導(dǎo)致細胞周期受阻。低磷酸化的pRb與E2F的結(jié)合能力減弱,影響細胞生長和分裂。沙棘多糖能降低衰老小鼠體內(nèi)衰老相關(guān)基因p53、p21及p16INK4a/pRb表達,促進神經(jīng)發(fā)生和維持干細胞活性。過氧化氫(H2O2)作為一種氧化應(yīng)激因子,通過誘導(dǎo)氧化損傷、炎癥反應(yīng)、基因突變和細胞凋亡等途徑,加速了生物體的衰老進程。沙棘多糖通過清除多余的H2O2,降低細胞內(nèi)氧化應(yīng)激水平,下調(diào)p53/p21信號通路中相關(guān)蛋白水平[21],減輕細胞周期阻滯的現(xiàn)象。

3.4 其他 沙棘多糖通過下調(diào)糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)表達,上調(diào)β-連環(huán)蛋白(β-catenin),激活分泌型卷曲相關(guān)蛋白(wingless and Int-1,Wnt)信號通路,延緩右旋糖酐(dextran,D-gal)誘導(dǎo)的干細胞衰老。Klotho基因是抗衰老基因,調(diào)控衰老過程。沙棘多糖能夠上調(diào)衰老大鼠體內(nèi)Klotho基因的表達,下調(diào)成纖維細胞生長因子23(fibroblast growth factor 23,FGF-23)蛋白的表達,從而減輕氧化應(yīng)激,平衡鈣磷代謝,延緩腎臟衰老[22]。

4 展望

綜上所述,沙棘多糖具有抗衰老及改善衰老相關(guān)疾病的效果,但其臨床藥效尚需驗證。本文探討了沙棘多糖抗衰老的作用機制和信號通路,但為全面評估其抗衰老活性,有必要進行深入研究。隨著新技術(shù)的不斷進步,沙棘多糖的研究將進入新階段,以揭示更多抗衰老機制并為臨床應(yīng)用提供證據(jù)。