老年學(xué):第二節(jié)　衰老機(jī)理研究進(jìn)展

第一節(jié)敘述了曾經(jīng)提出的一些衰老機(jī)理學(xué)說，其中許多學(xué)說如DNA損傷學(xué)說、交聯(lián)學(xué)說、差錯(cuò)災(zāi)難學(xué)說等已被廣泛接受，目前仍在研究之中。本節(jié)擬就目前研究比較活躍的、對(duì)衰老機(jī)制具有本源性解釋的衰老機(jī)理研究領(lǐng)域作一簡(jiǎn)要介紹。

一、自由基與衰老

人們?cè)?0多年前（1956)年就開始注意到自由基與機(jī)體衰老的關(guān)系了。但對(duì)其進(jìn)行比較深入的研究則是近些年的事情。

機(jī)體內(nèi)絕大多數(shù)分子是由氫原子（H)和其它基因（以R表示)組成的，常�？梢园l(fā)生R與H的解離，形成各帶一個(gè)電子的“R·”與“H·”，稱為自由基（freeradicals)。生物體內(nèi)常見的自由基有：氧離子自由基（·O^-₂)、羥自由基（·OH)、過氧化羥基自由基（·OH₂)、氫自由基m.bhskgw.cn/hushi/（H·)、有機(jī)自由基（R·)、烷氧基自由基（RO·)、有機(jī)過氧自由基（ROO·)、脂質(zhì)自由基（L·)、氧化脂質(zhì)自由基（L-O·)以及過氧化脂質(zhì)自由基（L-O-O·)等。自由基性質(zhì)活潑，極不穩(wěn)定，容易與其它物質(zhì)反應(yīng)生成新的自由基，因而往往都有連鎖反應(yīng)。自由基的連鎖反應(yīng)一旦開始，所產(chǎn)生的新的自由基就進(jìn)一步與基質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致基質(zhì)的大量消耗及多種自由基產(chǎn)物的生成。其中基中以·O^-₂和·OH等活性氧簇（reactiveoxygen species,ROS)最受人觸目。

·O^-₂和·OH是最活潑也最具危害性的自由基，它們可與其鄰近的任何生物分子反應(yīng)。研究表明，許多物種·O^-₂的產(chǎn)生速率與其衰老密切相關(guān)，那些·OH和·O^-₂產(chǎn)生速率低而·OH和·O^-₂清除機(jī)制完備的有機(jī)體存活時(shí)間明顯較長(zhǎng)（Poeggeler等，1993)。H₂O₂是極易產(chǎn)生·OH的物質(zhì)，體外以紫外線（254nm)照射H₂O₂立即可產(chǎn)生·OH，只是半衰期極短難以測(cè)定。利用二甲基吡啶氮氧化物（DMPO)可與·OH反應(yīng)生成穩(wěn)定DMPO-·OH加合物這一特性，可用順磁共振和高效液相色譜分析共同測(cè)定·OH水平。

單線態(tài)氧（¹O₂)也是很活潑的自由基，它由三線態(tài)氧（³O₂)被激發(fā)產(chǎn)生。¹O₂極易氧化還原生成·O¹₂自由基發(fā)揮損害作用。¹O₂本身也具有很大損害作用，光敏染料產(chǎn)生的¹O₂可引起小腦顆粒細(xì)胞的線粒體損傷和DNA鏈斷裂、肌酸激酶的活性抑制，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞的能量代謝障礙和死亡。某些老年性的動(dòng)物失調(diào)可能與此有關(guān)。

適量自由基對(duì)于抗局部感染等具有一定作用，但過量自由基則對(duì)于不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)分子、核酸分子、細(xì)胞外可溶性成分以及細(xì)胞膜等具有十分有害的破壞性作用。機(jī)體內(nèi)從一開始就時(shí)刻在產(chǎn)生著自由基。但同時(shí)又具有有效的自由基清除系統(tǒng)，維持體內(nèi)自由基的正常水平，但是，隨著年齡的增長(zhǎng)，這種平衡會(huì)發(fā)生改變。

最近的研究表明，體內(nèi)自由基的產(chǎn)生與腦神經(jīng)遞質(zhì)有關(guān)。興奮性神經(jīng)遞質(zhì)如谷氨酸的釋放可以打開N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA)受體伴隨的鈣離子通道，引起Ca^2-內(nèi)流，若體內(nèi)谷氨酸濃度過高，Ca^2-過度內(nèi)流，則會(huì)觸發(fā)·OH和·O^-₂的過量產(chǎn)生，引起神經(jīng)損傷甚至死亡（Peruche等，1993)。

大量試驗(yàn)資料已經(jīng)證明，各種感染，炎癥以及其它細(xì)胞因子如干擾素（IFN)等都可使體內(nèi)腫瘤壞死因子（TNF)水平增高，而過量的TNF又使大量的吞噬細(xì)胞活化而加強(qiáng)吞噬作用，這可使吞噬細(xì)胞過量發(fā)生呼吸爆發(fā)（burst)而釋放過量自由基，使組織局部及血漿自由基水平過量提高而對(duì)機(jī)體產(chǎn)生大量自由基而使關(guān)節(jié)腔內(nèi)潤(rùn)滑液中具有潤(rùn)滑作用的粘多糖發(fā)生氧化降解而失去潤(rùn)滑作用，這是風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎發(fā)生的重要機(jī)制之一。又如過量自由基在血液中的堆積可使細(xì)胞嚴(yán)重受損，嚴(yán)重影響細(xì)胞變形能力（erythrocyte diformability)使其變硬，加之其表面變粗糙使粘性增加，所以在通過毛細(xì)血管時(shí)易于被堵形成微栓塞（micro-plugs)(侯穎春等，1994；1995)。這可能是某些老年性心、腦血管疾病的重要發(fā)病機(jī)制之一。

體內(nèi)產(chǎn)生的自由基極易侵害細(xì)胞脂中的不飽和脂肪酸，形成脂質(zhì)自由基，引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)。細(xì)胞膜中由磷脂�；�鏈和膽固醇組成的區(qū)域在細(xì)胞中極性最小，溶解有高濃度的氧，這更有利于脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的進(jìn)行。脂質(zhì)過氧化反應(yīng)對(duì)生物膜內(nèi)類脂結(jié)構(gòu)破壞性極大，反應(yīng)中產(chǎn)生的自由基可以不加區(qū)別地與細(xì)胞中其它物質(zhì)如蛋白質(zhì)和核酸作用，造成酶、染色體DNA分子功能或結(jié)構(gòu)的破壞。過氧化脂質(zhì)反應(yīng)的產(chǎn)物丙二醛（MDA)又可通過蛋白質(zhì)一級(jí)氨基基團(tuán)反應(yīng)與蛋白質(zhì)交聯(lián)，造成細(xì)胞功能的破壞以至死亡。衰老相關(guān)疾病的發(fā)生及藥物、毒物引起的機(jī)體損傷與此機(jī)制密切相關(guān)�；�于這個(gè)原理，利用外源性毒物如百草枯、H₂O₂、Kainate、細(xì)菌脂多糖等造成自由基損傷的動(dòng)物模型，利用這些模型可進(jìn)行一系列自由基與衰老、疾病以及抗自由基藥物方面的研究。

自由基對(duì)蛋白質(zhì)的不利影響是其對(duì)人體危害的最重要方面，這可從兩個(gè)方面去理解：首先是自由基直接對(duì)蛋白質(zhì)的氧化破壞和引起的交聯(lián)變性，這是衰老形成的重要原因之一。對(duì)蛋白質(zhì)直接破壞的后果主要有：（1)可使酶蛋白失活成為另一種催化錯(cuò)誤反應(yīng)的酶；（2)出現(xiàn)某些具有異質(zhì)性的蛋白質(zhì)，從而引起自身免疫反應(yīng)的靶子；（3)自由基可使結(jié)締組織結(jié)構(gòu)蛋白發(fā)生廣泛交聯(lián)，使其理、化性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致血液和組織間的交換減少，使其中的器官組織加速衰老退化。同時(shí)這些變性結(jié)締組織原有的功能也部分甚至全部喪失了。自由基對(duì)蛋白質(zhì)不利影響的第二個(gè)方面是對(duì)核酸的氧化和交聯(lián)，使DNA發(fā)生斷裂、突變以及對(duì)熱的穩(wěn)定性發(fā)生改變等，從而嚴(yán)重影響了蛋白質(zhì)遺傳信息的正常轉(zhuǎn)錄、翻譯過程，使蛋白質(zhì)表達(dá)量降低甚至消失，或者產(chǎn)生突變蛋白質(zhì)。這種影響反映在酶蛋白和激素、免疫活性物質(zhì)等重要蛋白質(zhì)時(shí)其影響范圍就更大，后果就更嚴(yán)重。而蛋白質(zhì)合成減少是老年性記憶力減退、智力障礙以及肌肉萎縮等表現(xiàn)的重要原因之一。總之自由基對(duì)蛋白質(zhì)的影響涉及面很廣，后果嚴(yán)重而復(fù)雜，乃是自由基與衰老聯(lián)系的重要紐帶。

隨年齡的增長(zhǎng)，人體內(nèi)自由基水平呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)自由基清除機(jī)制卻呈退化趨勢(shì)，結(jié)果造成體內(nèi)自由基大量積聚。所以自由基對(duì)機(jī)體健康的危害作用漸趨嚴(yán)重，引發(fā)了機(jī)體多種生理功能的障礙，促進(jìn)了多種老年疾�。ㄈ�動(dòng)脈粥樣硬化、心腦血管疾病、腦神經(jīng)細(xì)胞變性、糖尿病以及腫瘤等)的發(fā)生、發(fā)展，導(dǎo)致機(jī)體的衰老，直至死亡。

在整個(gè)衰老過程中，自由基引起大量的細(xì)胞衰老、死亡，近年來已有大量資料表明這些細(xì)胞的衰老、死亡許多屬于自由基引發(fā)的細(xì)胞凋亡（apoptosis)。

二、細(xì)胞凋亡與衰老

死亡是生命過程中的一個(gè)組成部分，機(jī)體死亡歸根結(jié)底是細(xì)胞的死亡，而細(xì)胞的死亡有兩種不同的方式，即壞死（necrosis)和凋亡。細(xì)胞凋亡即程序化細(xì)胞死亡（programed celledath,PCD)，它有別于細(xì)胞壞死，因?yàn)榧?xì)胞凋亡是一種重要的生理學(xué)現(xiàn)象，它是一個(gè)主動(dòng)的、有控的、在調(diào)節(jié)機(jī)體細(xì)胞群數(shù)量上起和有絲分裂互補(bǔ)作用的過程。細(xì)胞的衰老性死亡就是細(xì)胞凋亡。不容置疑，細(xì)胞凋亡與衰老密切相關(guān)，它就是機(jī)體衰老過程中具體到細(xì)胞水平的體現(xiàn)。問題是衰老過程中細(xì)胞凋亡是如何被啟動(dòng)和調(diào)控的？這才是亟待探討的課題。

許多研究資料已經(jīng)表明，體內(nèi)過量自由基特別是ROS的堆積與細(xì)胞凋亡率的上升具有密切關(guān)系，這可能是自由基之所以與衰老的老年退行性疾病關(guān)系十分密切的主要機(jī)理。自由基特別是ROS主要多產(chǎn)于那些具有重要功能、高度活動(dòng)并有高耗氧量的組織細(xì)胞，如腦細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞以及具有內(nèi)分泌功能的腺體細(xì)胞等，結(jié)果可使這些細(xì)胞局部的自由基水平遠(yuǎn)高于其它組織細(xì)胞局部，使前文已述及的那些自由基對(duì)機(jī)體的有害作用機(jī)理特別是對(duì)核酸的蛋白質(zhì)的損傷機(jī)理高度啟動(dòng)，結(jié)果使這些組織細(xì)胞調(diào)亡率增高。ROS之所以在這些組織細(xì)胞局部堆積與ROS的下列產(chǎn)生機(jī)理有關(guān)：（1)這些組織高度活躍的需氧代謝使其線粒體呼吸鏈消耗氧的產(chǎn)物量很高；（2)過氧化物酶體產(chǎn)生大量過氧化氫產(chǎn)物；（3)激活的吞噬細(xì)胞“呼吸爆發(fā)”（burst)產(chǎn)生大量ROS；（4)細(xì)胞色素P450酶的誘導(dǎo)。

抗氧化劑的缺乏使ROS 等自由基的水平更高，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)DNA、蛋白質(zhì)、脂膜等的損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。許多實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)多種細(xì)胞系暴露于低劑量H₂O₂（10-100μmol/L)時(shí)可發(fā)生細(xì)胞凋亡，有人以低于10μmol/L的H₂O₂處理胸腺細(xì)胞10分鐘即發(fā)生胸腺細(xì)胞的普遍凋亡，并隨H₂O₂劑量的增加其調(diào)亡率也明顯增加。

自由基也是許多生物活性物質(zhì)如細(xì)胞因子TNF、IFN、GM-CSF（粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞克隆刺激因子)以及IL（白細(xì)胞介素)等作用過程中引起細(xì)胞凋亡的介導(dǎo)物。

但是，過量自由基引起細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理的諸多環(huán)節(jié)仍需研究。

除自由基外，各種其它病理性刺激都可激發(fā)細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)，如輻射、有害物質(zhì)、DNA突變以及內(nèi)環(huán)境的許多變化等等。但這些因素啟動(dòng)細(xì)胞凋亡的具體分子機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。

細(xì)胞凋亡時(shí)最突出的特征是細(xì)胞DNA的有控裂解，這種裂解是一種鈣鎂依賴性核酸內(nèi)切酶被激活后對(duì)細(xì)胞DNA在核小體與核小體之間的不斷地切斷，結(jié)果產(chǎn)生若干大小不等的寡核苷酸片段，電泳時(shí)形成所謂的“梯形電泳譜帶群”。有許多研究資料顯示這種有控裂解程序的啟動(dòng)與“細(xì)胞凋亡相關(guān)基因”有關(guān)。

毫無疑問，凋亡信號(hào)是通過一系列細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)而被細(xì)胞接受的，它與細(xì)胞增殖信號(hào)交錯(cuò)形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，最終結(jié)局還需調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。許多研究結(jié)果已經(jīng)表明，原癌基因c-myc和c-fos的表達(dá)對(duì)于細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)可能是必需的。有研究結(jié)果顯示，c-myc的高表達(dá)可同時(shí)刺激細(xì)胞分裂和調(diào)亡，但向何種趨勢(shì)發(fā)展尚取決于是否存在其它關(guān)鍵性生長(zhǎng)刺激物，如果存在，c-myc即發(fā)揮原癌基因的作用而使細(xì)胞加速繁殖，反之，則啟動(dòng)細(xì)胞凋亡程序。作為調(diào)控系統(tǒng)的一員，細(xì)胞中也存在抑制凋亡的原癌基因如bcl-2,它只抑制細(xì)胞凋亡但不象c-myc和c-fos那樣可以刺激細(xì)胞增殖。研究發(fā)現(xiàn)bcl-2多位于細(xì)胞內(nèi)氧自由基產(chǎn)生較多的位置如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核膜等，這與細(xì)胞的抗氧化自我保護(hù)不無關(guān)系。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)bcl-2抑制細(xì)胞凋亡可以是由于它編碼的26Kda蛋白，該蛋白可以強(qiáng)有力的抑制副射、激素、細(xì)胞因子以及抗體等對(duì)細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)作用，這表明其可能阻止多種凋亡途徑中的某個(gè)共同環(huán)節(jié)。P⁵³是研究相關(guān)多的一個(gè)腫瘤抑制基因，對(duì)P⁵³的誘導(dǎo)表達(dá)可以提高細(xì)胞凋亡率（如腫瘤細(xì)胞凋亡率)�？傊�，以上基因在凋亡控制作用中起不同作用，其對(duì)機(jī)體利弊因場(chǎng)所和作用對(duì)象不同而異，但就正常體細(xì)胞的凋亡來講，它們和衰老與抗衰老緊密地聯(lián)系在一起，這些聯(lián)系的許多機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

三、線粒體NDA突變與衰老及退行性疾病

人類線粒體DNA（mtDNA)全長(zhǎng)16569bp，為一閉合環(huán)狀雙鏈（輕鏈和重鏈，都有編碼功能)超螺旋DNA，存在于線粒體基質(zhì)中。人體不同類型細(xì)胞含線粒體數(shù)不同，有的含數(shù)百個(gè)甚至上千個(gè)，有的則不含線粒體如成熟紅細(xì)胞。每個(gè)線粒體中有2-10個(gè)mtDNA分子，mtDNA基因組含有編碼兩種rRNA(12S和16S)、22種tRNA及細(xì)胞氧化磷酸化有關(guān)的13條多肽鏈（細(xì)胞色素B和C、氧化酶I、Ⅱ、Ⅲ亞單位、ATP₃亞單位6和8兩部分以及呼吸鏈NADH脫氫酶的7個(gè)亞單位即ND₁-ND₆以及ND₄L)的原因。

MtDNA的內(nèi)共生來源、胞體定位以及多拷貝等特點(diǎn)使其具有獨(dú)特的遺傳學(xué)特性；半自主自制、母系遺傳、數(shù)量遺傳性狀（即異質(zhì)體和閾值效應(yīng))。異質(zhì)體是指在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)同時(shí)存在正常的與突變的兩種mtDNA；閾值效應(yīng)則指只有突變型mtDNA數(shù)目達(dá)到一定限度地，才足以引起器官或組織的功能異常，這一限度即為閾值。

與核DNA（nDAN)相比，mtDNA的特殊性有：（1)mtDNA裸露無組蛋白保護(hù)且缺乏有效的修復(fù)系統(tǒng)，因此其突變率遠(yuǎn)高于nDNA（約為其10～100倍)并且在細(xì)胞內(nèi)不斷積累；（2)mtDNA具有極其經(jīng)濟(jì)的基因排列，既無內(nèi)含子又有部分區(qū)域基因重復(fù)使用，因此任何突變都可能成為造成重要功能缺陷的病理性突變，但由于其異質(zhì)性，突變型和正常型mtDNA拷貝數(shù)比值需達(dá)到一定閾值時(shí)才導(dǎo)致出現(xiàn)異常臨床癥狀、體征。

近年來，mtDNA突變相關(guān)疾病不斷地發(fā)現(xiàn)，但突變類型大致可分為堿基替換突變和重組突變兩種。如果從突變的細(xì)胞系來看又可分為生殖細(xì)胞系突變和體細(xì)胞系突變。

1．生殖細(xì)胞系突變

mtDNA主要為母系遺傳，所以，這里的生殖細(xì)胞系突變主要指女性生殖細(xì)胞系突變，任何可能發(fā)生的mtDNA突變均可涉及人類女性生殖細(xì)胞系，其中以堿基替換突變最為常見。

生殖細(xì)胞內(nèi)mtDNA發(fā)生突變后出現(xiàn)下述過程：當(dāng)生殖細(xì)胞內(nèi)mtDNA發(fā)生突變時(shí)，可造成細(xì)胞內(nèi)突變型與野生型mtDNA同時(shí)存在（即異質(zhì)體)，隨后，突變型與野生型mtDNA通過減數(shù)分裂和有絲分裂隨機(jī)分布到子代細(xì)胞中，結(jié)果細(xì)胞中突變型與野生型mtDNA的比例發(fā)生隨機(jī)增減（稱為遺傳漂變)，最后，再分裂的子代細(xì)胞有朝著全部為突變型或全部為野生型mtDNA（即同質(zhì)體)的方向發(fā)展的趨勢(shì)，這一過程稱為“復(fù)制分離”。

隨著復(fù)制分離和遺傳漂變的發(fā)生，一些mtDNA中“中性突變”（對(duì)機(jī)體無害也無益、選擇作用不明顯的突變)可以建立起同質(zhì)體而以一定頻率保留于人群中，形成mtDNA某些區(qū)段的多態(tài)性。與之相反，重度有害突變因復(fù)制分離造成的同質(zhì)體個(gè)體發(fā)病早，極易隨自然選擇而消除，很少成活下去，所以多數(shù)重度有害突變無法建立起同質(zhì)體，其發(fā)病者多為新出現(xiàn)的異質(zhì)體表型，介于上述二者之間的為輕度有害突變，它對(duì)繁殖后代影響不很嚴(yán)重，可在人群中建立起低頻度多態(tài)性，但這些個(gè)體因具有氧化磷酸化（OSPHOS)能力的缺陷而過早發(fā)生退行性疾病。

近年來研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些疾病與mtDNA堿基替換突變有關(guān)。如Lerbe氏遺傳性視神經(jīng)病（Lerbe’s hereditary opticneuropathy)是mtDNA第11778位G轉(zhuǎn)為A面使NADH脫氫酶第四亞單位ND₄的第340位精氨酸殘基被組氨酸殘基取代，還有多個(gè)位點(diǎn)的突變對(duì)本病的發(fā)生起作用。又如線粒體腦肌�。╩itochondrial mypathy,encephalopathy)伴高乳酸血癥（lcticacidosis)和卒中樣發(fā)作（stroke-like episodes)患者和成年型糖尿病伴耳聾患者，其mtDNA發(fā)生tRNA^Leu基因第3242位A→G替換突變。

2．體細(xì)胞系突變

體細(xì)胞系mtDNA突變與氧自由基損傷關(guān)系密切。呼吸鏈反應(yīng)（呼吸爆發(fā))是產(chǎn)生氧自由基的重要來源，線粒體正是這一過程的重要場(chǎng)所，而且mtDNA缺乏修復(fù)能力，所以，mtDNA很易被自由基損傷并不斷積累。年齡相關(guān)的體細(xì)胞mtDNa 突變的積累與隨增齡而出現(xiàn)的OXPHOS能力下降密切相關(guān)。

體細(xì)胞系mtDNA突變即可能是堿基替換突變也可能是重組突變，重組突變又以片段缺失最為多見，缺失片段的長(zhǎng)度及占總mtDNA的量決定了其產(chǎn)生影響的大小。近年來發(fā)現(xiàn)的mtDNA缺失類型已有十幾種，不同的缺失類型有不同的組織特異性，其中骨骼肌、腦、心肌等是發(fā)生缺失較多的組織。有資料表明，mtDNA缺失突變引起的疾病常常是散發(fā)的，無家族史的，發(fā)病率隨年齡而增加，這從反面說明了mtDNA缺失突變多為體細(xì)胞突變。

體細(xì)胞系mtDNA突變與生殖細(xì)胞系mtDNA突變所產(chǎn)生的生理效應(yīng)相加，如被遺傳的有缺陷的mtDNA越少，則引起發(fā)病所需體細(xì)胞mtDNA的損傷就越多，由此引起有關(guān)的器官衰竭所要求的mtDNA損傷積累需要的時(shí)間也越長(zhǎng)；反之亦然。也就是說，年齡相關(guān)的mtDNA突變的積累所致的分裂后組織的OXPHOS功能的漸進(jìn)性喪失會(huì)增加遺傳缺陷所造成的OXPHOS缺陷，這可能是造成某些線粒體疾病晚發(fā)病及漸進(jìn)性加重的原因之一。

（二)mtDNA突變與衰老及與年齡相關(guān)的退行性疾病的關(guān)系

體細(xì)胞系mtDNA突變的積累與人類組織器官（腦、心肌、骨骼肌、皮膚、肝、卵母細(xì)胞及精子等)衰老、機(jī)體衰老及許多老年性退行性疾病密切相關(guān)，Wallace等發(fā)現(xiàn)，40多歲的正常人的心臟及腦有5kb、7.4kb片段缺失，缺失頻率隨增齡而增加。許多資料證明，mtDNA突變隨增齡而積累，機(jī)體壽命與基礎(chǔ)代謝率呈反比而與氧自由基清除率呈正比。這均說明隨增齡而OXPHOS功能的下降可能是mtDNA氧化損傷積累的結(jié)果。

1．MtDNA突變與老年心血管疾病

在心血管疾病方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)擴(kuò)張性心肌病和肥厚性心肌病均存在mtDNA片段缺失和點(diǎn)突變，有的甚至可見多個(gè)片段缺失，缺失常位于ATPase6和D環(huán)區(qū)的7.4kb片段缺失。研究提示mtDNA突變與衰老、心肌缺血、老年心衰及“老年心臟”等老年性心臟疾病的發(fā)生有關(guān)，主要是mtDNA片段的缺失。衰老心肌中mtDNA片段缺失和OXPHOS中酶活性下降可能導(dǎo)致自由基介導(dǎo)的脂類過氧化反應(yīng)加速，這可能是形成動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的原因之一。

2．MtDNA突變與老年中樞神經(jīng)系統(tǒng)的退行性改變及疾病

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的退行性改變及疾病是老年人的常見疾病。研究資料提示Parkinson病（PD)、Alzheimer病(AD)和Huntington病（HD)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)與OXPHOS缺陷關(guān)系最為密切的幾種退行性疾病，均有不同程度的mtDNA突變。

PD是一組以運(yùn)動(dòng)失調(diào)為主的臨床綜合癥，其黑質(zhì)紋狀體內(nèi)多巴胺神經(jīng)元變性是主要病理特征。研究發(fā)現(xiàn)PD患者腦細(xì)胞呼吸鏈復(fù)合物I活性下降，黑質(zhì)尤為明顯，其復(fù)合物I的mtDNA編碼亞單位減少�；颊適tDNA有5.0kb片段缺失，發(fā)生率約為對(duì)照組的10倍，而且，不論患者的腦組織還是肌組織其約粒體均存在異質(zhì)體，這提示當(dāng)缺失型mtDNA數(shù)量超過一定閾值時(shí)才會(huì)發(fā)癥。

AD是一類以漸進(jìn)性癡呆和腦皮質(zhì)萎縮為主要特征的老年性疾病。許多研究曾集中于β-淀粉樣前體蛋白的基因突變與β-淀粉樣前體蛋白成份的異常，但這類病例只占患者的很少一部分。目前的研究表明mtDNAT突變和OXPHOS缺陷可能是該病的一個(gè)重要原因。Parker等（1992)發(fā)現(xiàn)6例AD患者中5例存在復(fù)合物IV的OXPHOS缺陷。也有研究發(fā)現(xiàn)AD患者腦新皮質(zhì)勻漿中存在OXPHOS偶聯(lián)缺陷并有mtDNA點(diǎn)突變及缺失突變，因此，AD的發(fā)展在某種程度上與mtDNA突變及OXPHOS缺陷有關(guān)，其中包括觸小體的退行性變。

HD是以成年期發(fā)病的運(yùn)動(dòng)失調(diào)和漸進(jìn)性癡呆為主要特征的常染色體顯性遺傳病，病理特點(diǎn)是基底神經(jīng)節(jié)的退行性變。在HD患者腦中發(fā)現(xiàn)豆?fàn)疃�非皮質(zhì)中復(fù)合物IV的缺陷，血小板線粒體有復(fù)合物I的缺陷。HD表現(xiàn)一定的母系遺傳化傾向。這些資料表明，HD的發(fā)生、發(fā)展可能與mtDNA突變有關(guān)。

3．MtDNA突變與非胰島素依賴型糖尿病

非胰島素依賴型糖尿病是一種年齡相關(guān)性疾病，是老年人最常見的一種內(nèi)分泌系疾病。本病也出現(xiàn)退行性疾病特征，其發(fā)病與線料體OXPHOS功能缺陷有密切關(guān)系。線粒體的OXPHOS在葡萄糖誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞分泌胰島素過程中起重要作用。研究表明，成年期糖尿病患者存在mtDNA的異質(zhì)均有異質(zhì)體10.4kbmtDNA片段缺失，缺失位于4389-14812位點(diǎn)之間，缺失部分包括L鏈起點(diǎn)（O₂)和除rRNa 、ND₁部分cytb和相鄰的RNA外的所有mtDNA編碼基因。缺失后的mtDNA分子小因而具有自制優(yōu)勢(shì)，易于在細(xì)胞內(nèi)聚積而使異質(zhì)體達(dá)到閾值效應(yīng)。

由于編碼呼吸鏈的一些基因缺失，故OXPHOS功能逐漸下降，能量來源表現(xiàn)不足，胰島分泌能力下降，從而誘發(fā)糖尿病。一些非胰島素依賴型糖尿病患者表現(xiàn)為mtDNA的點(diǎn)突變。如mtDNA3243位A→G突變，不僅影響了tRNA^Leu的合成，還累及轉(zhuǎn)錄終止因子的結(jié)合，造成線粒體蛋白的合成不足，影響了ATP的生產(chǎn)，這一突變的母親遺傳傾向較大。

MtDNA突變的后果是十分嚴(yán)重的，不僅導(dǎo)致衰老并可引發(fā)多種疾病，盡管造成這些惡果的原因可能是多方面的。但是，由于mtDNA突變所致的呼吸鏈有關(guān)的酶類出現(xiàn)異常以及OXPHOS功能異常是不可忽視的因素，因?yàn)閙tDNA編碼的蛋白質(zhì)亞基都是ATP生產(chǎn)有關(guān)的，而線粒體在細(xì)胞能量供應(yīng)及維持細(xì)胞正常代謝和功能方面是舉足輕重的，所以，不難理解其與機(jī)體衰老和退行性疾病的密切關(guān)系。

目前，對(duì)于mtDNA突變已經(jīng)可以用PCR、Southern雜交、電鏡等手段來有效地予以檢測(cè)，已經(jīng)提出一些可能的治療線粒體疾病的方法，如補(bǔ)充呼吸鏈中的輔助因子、增加可氧化基質(zhì)以及抗自由基損傷等，輔酶Q已經(jīng)用于某些老年性退行性疾病的治療，mtDNA基因的導(dǎo)入、含正常mtDNA基因型細(xì)胞的再增殖、導(dǎo)入以及融合等均有可能成為mtDNA突變性疾病的基因治療手段。

四、染色體端粒長(zhǎng)度與衰老

正常人細(xì)胞隨著復(fù)制能力下降，其染色體終端即端粒（telomere)的長(zhǎng)度變短，端粒長(zhǎng)度受染色體端粒酶（telomerase)活力的調(diào)節(jié)，端粒酶以端粒RNA為模板合成端粒序列而使端粒延長(zhǎng)。

有人曾經(jīng)對(duì)人淋巴細(xì)胞的衰老性變化與其端粒長(zhǎng)度以及端粒酶活性的關(guān)系在各種體內(nèi)體外環(huán)境及處理因素下做了觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)端粒酶活力和端粒長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)有可能是淋巴細(xì)胞增殖的控制因素，這已在人淋巴細(xì)胞的發(fā)育、分化、激活和衰老過程中被驗(yàn)證。曾發(fā)現(xiàn)外周血CD⁺₄T細(xì)胞的端粒長(zhǎng)度在體內(nèi)隨著衰老以及從靜息細(xì)胞到記憶細(xì)胞的分化過程而縮短，在體外則隨著細(xì)胞的分裂而縮短，這些結(jié)果提示端粒長(zhǎng)度與淋巴細(xì)胞增殖過程以及記憶性增殖潛力相關(guān)。與之相反，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中扁桃體B細(xì)胞分化及生發(fā)中心形成過程中凋粒長(zhǎng)度卻是增加的。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)T細(xì)胞發(fā)育和B細(xì)胞中端粒酶活性是被嚴(yán)格控制著的；在胸腺細(xì)胞和生發(fā)中心B細(xì)胞內(nèi)凋粒酶活力外于高水平，在靜止、成熟的外周血淋巴細(xì)胞的該酶活力處于較低水平。最后，靜息淋巴細(xì)胞保持著在活化時(shí)上調(diào)端粒酶活性的能力，并且這種能力并不隨著細(xì)胞的逐漸衰老而降低。雖然端粒酶對(duì)淋巴細(xì)胞的確切作用有待于進(jìn)一步闡明，但這種酶可能有助于避免T、B淋巴細(xì)胞終端的縮短，并因此在淋巴細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和激活過程中起重要作用。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)永生細(xì)胞以及惡性腫瘤等細(xì)胞隱匿有端粒酶活性，即在這些細(xì)胞其端粒長(zhǎng)度被維持，以維持這些細(xì)胞的超乎尋常的持續(xù)性增殖能力。

大量試驗(yàn)資料表明，端粒酶活性的高低直接影響端粒長(zhǎng)度的增減，而端粒的長(zhǎng)短直接影響細(xì)胞內(nèi)基因的表達(dá)，進(jìn)而影響到細(xì)胞的增殖和壽命。所以，未來進(jìn)一步探索衰老因素、長(zhǎng)壽因素對(duì)端粒長(zhǎng)度的影響，或者克隆人端�；�因等研究課題將對(duì)人體衰老與抗衰老具有十分重要的理論及實(shí)際意義。

五、免疫功能退化和衰老

在對(duì)衰老與抗衰老的研究中發(fā)現(xiàn)，免疫系統(tǒng)的功能狀態(tài)與衰老的發(fā)生和發(fā)展有著十分密切的關(guān)系，而且，免疫系統(tǒng)本身也有衰老退化的問題，而這種衰老退化在極大程度上表現(xiàn)為機(jī)體的衰老性改變。

老年人的免疫器官表現(xiàn)為明顯的退化，其中以胸腺的改變量為明顯。老年人胸腺的組織學(xué)特征主要表現(xiàn)在衰老的胸腺皮質(zhì)只剩下一些稀疏的淋巴細(xì)胞，其間雜以大量的充滿類脂質(zhì)顆粒的巨噬細(xì)胞。在髓質(zhì)和皮質(zhì)中，均可見到大量的漿細(xì)胞和肥大細(xì)胞，大部分胸腺組織被結(jié)締組織和脂肪所代替。電鏡下觀察到胸腺皮質(zhì)變薄，胸腺細(xì)胞顯著減少，髓質(zhì)上皮細(xì)胞碎裂成多個(gè)小巢，其間堆積著大量的巨噬細(xì)胞、漿細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和纖維母細(xì)胞。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將老齡鼠的胸腺植入幼鼠體內(nèi)，移植物可重新獲得生命力：但將幼齡鼠的胸腺植入到老齡鼠體內(nèi)卻不能改變老齡鼠的低免疫反應(yīng)狀態(tài)。又發(fā)現(xiàn)，老齡鼠的骨髓干細(xì)胞植入幼齡鼠體內(nèi)后，宿主鼠的B細(xì)胞生成減少，其功能也較低下，但此時(shí)T細(xì)胞的功能卻十分活躍。以上資料充分表明，胸腺-骨髓-激素系統(tǒng)是決定機(jī)體免疫功能狀態(tài)的3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而在衰老過程中起決定作用的是胸腺。

以免疫活性細(xì)胞來看，老年人體內(nèi)重要免疫活性細(xì)胞如T細(xì)胞等的數(shù)量明顯少于年輕人，而且在免疫應(yīng)答中的反應(yīng)性明顯降低，但是，有些細(xì)胞如K細(xì)胞的數(shù)量卻隨年齡的增加而增加，其體外抗靶細(xì)胞的自發(fā)性細(xì)胞毒性也比年輕人為高，但其體內(nèi)作用和意義如何卻需進(jìn)一步探索。T細(xì)胞是免疫活性細(xì)胞中最為重要的細(xì)胞群之一，老年人T細(xì)胞總數(shù)減少但其亞群的改變主要是T_H/T₅的增高，而另一重要細(xì)胞群——B細(xì)胞在人一生中數(shù)量變化不大，但其功能顯然受T_H/T₅變化的影響，巨噬細(xì)胞（Mф)的數(shù)量和功能隨年齡的變化不明顯，對(duì)于T、B細(xì)胞的輔助協(xié)同作用也無明顯變化，但是其識(shí)別和提呈抗原的能力卻隨年齡的增長(zhǎng)而有所下降。表-1給出老年人和年輕人外周血白細(xì)胞的變化。

表-1；老年人與年輕人白細(xì)胞群比較

從體液免疫的角度來看，衰老時(shí)IgG和IgA水平一般是增高的，但這并不代表機(jī)體免疫功能的增強(qiáng)，恰恰相反，它們的升高在老年人常常是機(jī)體內(nèi)免疫應(yīng)答異常的表現(xiàn)。IgG和IgA水平升高的原因主要是Ts細(xì)胞功能下降和B細(xì)胞功能亢進(jìn)所致，IgM、IgD水平基本無變化。IgE水平在機(jī)體衰老時(shí)則明顯下降，各種特異性抗體水平也明顯下降（如抗鏈球菌溶血素抗體等)。但在老年人體內(nèi)血清異型球蛋白（如M蛋白等)往往呈增多趨勢(shì)，可以引起一些“免疫增生疾病”或自身免疫性疾病。

Walford認(rèn)為衰老是機(jī)體內(nèi)輕度的組織不相容性反應(yīng)這一自身免疫反應(yīng)現(xiàn)象對(duì)機(jī)體組織破壞的結(jié)果。許多研究表明，與自身免疫有關(guān)的一些疾病均隨年齡的增長(zhǎng)其發(fā)病率呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。目前已知老年人體內(nèi)常見的增高的自身抗體有抗核抗體、抗DNA抗體、抗線粒體抗體、抗甲狀腺抗體以及類風(fēng)濕因子等�？购丝贵w陽性者的心血管疾病和腫瘤的死亡率明顯高于抗核抗體陰性者。近年來的研究證明，人類HLA抗原與某些疾病和衰老有密切關(guān)系。HLA基因是人類第六對(duì)染色體上控制組織相容性抗原的基因，它依次由A、B、C、D及Dr共5個(gè)位點(diǎn)組成，每個(gè)位點(diǎn)上又有許多等位基因。目前已知HLA-A₁、HLA-B₈、HLA-D_w3與衰老和自身免疫性疾病有關(guān)。HLA-B₂₇與強(qiáng)直性脊椎炎、HLA-D_w3與系統(tǒng)性紅斑狼瘡和青年型糖尿病都有一定的關(guān)系。上述發(fā)現(xiàn)把衰老的免疫學(xué)機(jī)制和基因的分子遺傳學(xué)聯(lián)系了起來。

由于免疫功能的退化與衰老的密切關(guān)系已經(jīng)m.bhskgw.cn/shouyi/被廣大學(xué)者所公認(rèn)，所以，隨之出現(xiàn)了許多從免疫學(xué)角度抗衰老的方法：如有人認(rèn)為控制飲食可以使免疫系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間保持“青春化”而具有抗衰老作用：適應(yīng)使用免疫抑制劑如硫唑嘌呤（Imuran)以及抗特異性B細(xì)胞制劑等治療自身免疫性疾病兼具明顯抗衰老作用；使用多核苷酸、2-巰基乙醇、多陰離子（polyanions)、維生素E以及胸腺素等，可以明顯提高非特異性免疫功能、T細(xì)胞依賴體液免疫應(yīng)答功能以及T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫應(yīng)答功能而呈抗衰老作用；補(bǔ)充青壯年免疫活細(xì)胞到老年人體內(nèi)可以延緩免疫功能的衰退，但需注意解決移植特抗宿主反應(yīng)以及宿主抗移植反應(yīng)、移植物必須在宿主體內(nèi)維持較長(zhǎng)時(shí)間以及其它有關(guān)問題。為避免異體移植的諸多棘手問題，有些學(xué)者提出使用自身免疫活性細(xì)胞設(shè)想，即在年輕時(shí)將自體免疫活性細(xì)胞取出超低溫保存十年或數(shù)十年后再植入體內(nèi)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明動(dòng)物免疫活性細(xì)胞可以在超低溫條件下保存比動(dòng)物壽命長(zhǎng)得多的時(shí)間而保持免疫活性功能。同樣，移植胸腺組織也可能具有明顯的抗免疫衰老作用。

六、結(jié)語

關(guān)于衰老機(jī)理的研究現(xiàn)在仍然是非�；钴S的領(lǐng)域，并將受到越來越足夠的重視，因?yàn)樗鼘?duì)于延緩衰老，實(shí)驗(yàn)老年醫(yī)學(xué)研究的目的即防止人類早衰，保持人體健康長(zhǎng)壽是極為重要的。

但是，人類衰老的原因是多方面的，衰老的機(jī)理也是極為復(fù)雜的。到目前為止，有關(guān)衰老的機(jī)理的理論提出了很多，都有其一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，但都是從一個(gè)側(cè)面來解釋衰老這一復(fù)雜現(xiàn)象，都有其局限性，還沒有哪個(gè)理論可以全面地解釋衰老的全過程。

根據(jù)目前的情況來看，人體衰老過程是人體內(nèi)部環(huán)境各因素間、人體與外環(huán)境各因素間在生命活動(dòng)的過程中不斷相互作用、相互影響的綜合性結(jié)果，其誘因是多種多樣的，其作用機(jī)理也是多重性的。所以，衰老可能是多因素、多機(jī)理綜合作用的結(jié)果。這就要求我們整體看待、分析衰老機(jī)理這一復(fù)雜問題時(shí)應(yīng)采取全面的、多視角的做法，切忌企圖以某一個(gè)角度、某一實(shí)驗(yàn)結(jié)果來解釋大范圍的衰老現(xiàn)象；而在衰老機(jī)理的科學(xué)研究過程中，則應(yīng)從某些具體的現(xiàn)象環(huán)節(jié)作起，對(duì)其結(jié)果的解釋也應(yīng)持慎重的態(tài)度。