二十世紀的生命科學研究將人類對于衰老的認識從整體動物水平推進到了細胞水平和分子水平,，最終歸結(jié)為兩大類型：一類為遺傳衰老研究，另一類為環(huán)境傷害衰老研究[1],。兩大類型的衰老研究都各有建樹,，但也各有不足,。本文將對目前最有影響的衰老學說作一些重點分析比較，進而對新世紀的分子水平的衰老研究做出瞻望,。
1 端區(qū)縮短,、克隆羊與遺傳基因衰老學說
無庸置疑，動物種系之間極大的壽命差異是由于某些所謂衰老基因的調(diào)控在起作用,，然而從汪洋大海般的遺傳基因中找出與壽命相關的片段極為不易。經(jīng)過遺傳生命科學家?guī)资甑男燎谔剿?，現(xiàn)已實驗確定的與衰老和長壽有關的基因已達10多種[2],，它們分別是：age-1、 ras 2p,、lag-1,、 lac-1、 daf-2、 daf-16,、 daf-23,、clk-1、spe-26,、gro-1 等等,。這些基因或與抗氧化酶類的表達有關，或與抗緊張﹑抗紫外線傷害有關,，有的與增加某種受體的表達有聯(lián)系,，也有的與哺乳動物精子的產(chǎn)生相關。好些“長壽基因”到底起什么生化作用目前還不是很清楚,。由于多種原因,，如醫(yī)學倫理學﹑實驗技術和實驗周期等條件的限制，長壽基因的研究目前仍以線蟲﹑果蠅等初級生物為主要對象,，哺乳動物和人類長壽基因的探索還處于相當初級的階段,。
近年來，引起遺傳衰老學說專家們極大興趣的是細胞分裂研究中的一些重要發(fā)現(xiàn)：即人體成纖維細胞染色體在復制過程中的極限現(xiàn)象(Hayflick細胞分裂極限,，一般低于50～60次) 和染色體端區(qū)由于復制不完全而不斷地縮短的現(xiàn)象,。染色體 DNA 每復制一次，端區(qū)就縮短一截,。人體成纖維細胞端區(qū)每年縮短十幾個堿基,。當染色體端區(qū)短到一定長度時，細胞的繁殖就不能再繼續(xù)進行,，細胞分裂次數(shù)便達到了極限進而導致細胞和整個生物體的死亡,。根據(jù)這個現(xiàn)象，有些學者認為這個端區(qū)就是我們千方百計企圖尋找的生命時鐘 (Lange)[3],。同時,，其它研究也發(fā)現(xiàn)，有些腫瘤細胞在繁殖過程中由于端粒酶的作用而端區(qū)不縮短,，因此腫瘤細胞的繁殖永無休止,。這確實是一個非常誘人的現(xiàn)象，似乎不僅能解釋細胞繁殖終止的原因,，而且甚至于連同腫瘤細胞的永生原理也隨之迎刃而解了,。根據(jù)這個道理，目前在生命科學領域?qū)τ谟_斯林研究所克隆羊“多利”的實際年齡頗有異議,。有人提出“多利”的細胞染色體端區(qū)比正常羊的短,，因此認為“多利”比它的實際年齡要老許多。
其實,，這個端區(qū)縮短的衰老假說有許多不當之處:
(1) 成纖維細胞在復制過程中的極限現(xiàn)象只代表體外培養(yǎng)的細胞的老化,，這與體內(nèi)處于種種生物調(diào)控下的細胞老化不能相提并論,。
(2) 它的適用范圍最多只限于可分裂細胞，而終末不分裂細胞（postmitotic cells）的衰老與之無關,。其實,，動物體內(nèi)的PM細胞，如神經(jīng)元細胞和心肌細胞在生命的早期就已經(jīng)失去了分裂的功能,，而這種不分裂決非動物老化死亡的原因,。
(3) 還有些研究發(fā)現(xiàn)，啤酒酵母的端區(qū)在繁殖過程中并不縮短,，人為的縮短啤酒酵母的端區(qū)不僅沒有使之短命,，反而起了“增壽”的作用。另外,，大鼠的最高壽限約為人類的二十五分之一,，但它相對應的染色體端區(qū)卻比人類的要長5～10倍。根據(jù)以上事實和衰老分子生物學的基本原理,，筆者認為不應該以端區(qū)長短評判克隆羊“多利”的實際年齡,，“多利”身體中決大多數(shù)器官從功能的角度來說并不比它的實際年齡老。
（4）端區(qū)縮短只與細胞分裂次數(shù)有關,，與環(huán)境傷害和生物體功能的逐漸喪失沒有直接關系,。而統(tǒng)計學的研究結(jié)果表明，環(huán)境因子：如環(huán)境污染,，生活方式,，飲食起居甚至精神狀況對于人類和動物的壽命的影響大大超過了遺傳因子的影響。環(huán)境對壽命的影響為百分之六十幾,，而后者僅為百分之三十幾,。
總之，目前程序化衰老學說與環(huán)境傷害衰老學說已經(jīng)逐步走進了一個合作的時代,，尋找衰老基因的努力已集中在一個相對明確的范圍之內(nèi),，集中在與環(huán)境因子傷害造成衰老的相關范圍之內(nèi)[4]。
2 自由基和氧化損傷衰老學說及其局限
自由基傷害衰老學說目前正處于步履艱難的境地[5,6,7],，因為這個學說有著許多的勉強之處,，也遇到了許多實驗結(jié)果造成的困惑和反駁。
(1) 檢驗自由基衰老學說的一個簡便易行,，且行之有效的方法就是給動物喂適當種類和適當劑量的抗氧自由基物質(zhì),，如：維生素E﹑維生素C和胡蘿卜素等等來觀察其“益壽延年”的效果。早期的實驗結(jié)果確實很令人興奮,，各種抗氧化劑大大延緩了氧自由基造成的傷害現(xiàn)象,，有的甚至也能抗病防衰，益壽延年,。然而，大量的實驗結(jié)果顯示，支持和反對的數(shù)據(jù)皆有,，最終逐漸不相上下,。抗氧化劑救急不救緩,，救病不救命,。去掉傷害實驗的不合理因素，總體結(jié)果并不支持自由基衰老學說,。
(2) 有關體內(nèi)抗氧化物質(zhì)和抗氧化酶類的研究表明：各種抗氧化物質(zhì)相互聯(lián)系,，相互調(diào)節(jié)，此消彼長,。生物體內(nèi)的各種抗氧化物質(zhì)有重疊性﹑取代性﹑補償性,，即一種抗氧化物質(zhì)可以部分的被另一種抗氧化物質(zhì)替補，組織內(nèi)的氧化還原是一個多抗氧化物質(zhì)組成的平衡,?？寡趸割愑械碾S齡增加，有的隨齡下降,，有的不隨齡變化,。人體內(nèi)的抗氧化酶類有的比鼠類高，如超氧化物歧化酶SOD,；有的又比鼠類低,，如過氧化氫酶和谷胱甘肽氧化酶。
(3) 越來越多的實驗表明,，自由基反應是生命化學的一個基本組成部分 (A part of essential biology),，是諸多生化反應的必然過程，除了氧自由基在免疫過程中重要的防御作用,，自由基過程是許多氧化酶,，脫氫酶進行氧化還原反應的一個中間環(huán)節(jié)；又例如作為氧自由基之一的一氧化氮NO是一種神經(jīng)傳導因子,，起著重要的生理作用,。另外，自由基在前列腺的合成中也必不可少,。沒有氧自由基,，人類一天也活不下去。
(4) 氧化傷害只是多種多樣生物副反應的一種,，糖尿病患者氧化產(chǎn)物高于正常人,，心血管，腎臟老化提早,，老化與高血糖正相關,，而糖基化老化傷害從化學過程本身來講并不依賴氧化過程[8,9],。
經(jīng)過對大量現(xiàn)有資料的深入探討，美國著名老年研究學者Masoro [10] 得出的結(jié)論是：“老年動物的抗氧化體系沒有明顯損傷變化,，老年動物抗氧化酶類和抗氧化組分對抗氧化緊張的能力并沒有實質(zhì)性的改變和缺陷,。”因此 Masoro 教授提出是否尚有另一個未被揭示的系統(tǒng)真正發(fā)生了老化變異而加速了老年動物的衰老過程。
3 糖尿病,，心腦血管病和糖基化衰老學說
早期的分子生物學的衰老研究從脂肪的氧化領域引進了大量的較完備的知識和信息,，因此長期以來，一直將其重點和注意力集中在與脂肪的氧化以及與其相關連的領域,，如蛋白質(zhì)的氧化和 DNA 的氧化,，而對于其它營養(yǎng)成分與老化的關系置之度外。
糖基化衰老學說作為分子水平的又一個重要的衰老學說[11],，在20世紀80年代走進了老年醫(yī)學的實驗室,。該學說有時又可稱之為美拉德反應衰老學說。1912 年 Maillard發(fā)現(xiàn)葡萄糖與多種氨基酸反應能產(chǎn)生黃色以至褐色產(chǎn)物,，這個反應就是著名的食品的非酶褐變反應,，是食品儲藏過程中的一個大敵。長期以來美拉德反應一直是食品科學家為有效地儲藏食物,，防止食品和飲料的褐變而鉆研的課題,。但近代的臨床醫(yī)學發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者因為血液中的糖含量高于正常人而提早出現(xiàn)種種衰老現(xiàn)象和退化性疾病,。糖尿病患者晚期往往并發(fā)各種心臟疾病,，心腦血管疾病，粥樣動脈硬化,；關節(jié)﹑血管由于膠原組織交聯(lián)提前發(fā)生硬化,，出現(xiàn)加速的腎小球基底膜增厚，免疫功能早損,，提前出現(xiàn)眼球晶體白內(nèi)障﹑骨關節(jié)炎﹑肺氣腫和其它退行性疾病,。
研究表明，在生理條件下 (包括溫度﹑酸度等),，葡萄糖能與多種氨基酸﹑多肽和蛋白質(zhì)中的氨基發(fā)生反應,，生成薛夫堿 (Shiff bases)，薛夫堿則可發(fā)生分子內(nèi)的重排而生成較為穩(wěn)定的阿馬多里 (Amadori) 重排產(chǎn)物,。該產(chǎn)物的進一步降解,，如脫氨﹑水解則可產(chǎn)生 Deoxyosone 等不飽和醛酮類中間產(chǎn)物。這些中間產(chǎn)物不僅與脂肪氧化過程所產(chǎn)生的不飽和醛酮類中間產(chǎn)物結(jié)構上相似,，而且其產(chǎn)生毒害反應的活性和最終產(chǎn)物也很相似,，如它們與蛋白質(zhì)和核酸中的氨基交聯(lián)共軛，聚合重疊,，結(jié)成千奇百狀,，發(fā)黃褐變的生物垃圾,，熒光色素等。這些產(chǎn)物目前被籠統(tǒng)地稱之為糖基化終端產(chǎn)物 (AGE) 其中包括嘧啶﹑吡咯,，也有吡嗪﹑咪唑以及它們與生物分子的聚合物,。
糖基化/美拉德反應衰老學說指出：糖基化造成的蛋白質(zhì)的交聯(lián)損傷是衰老的主要原因，主要發(fā)生反應的氨基酸殘基有賴氨酸﹑精氨酸﹑組氨酸﹑酪氨酸﹑色氨酸﹑絲氨酸以及蘇氨酸等,。由此造成結(jié)構蛋白的硬化，功能酶的損傷,，如抗氧化酶和DNA修復酶等,。還會造成能量供應的減少，代謝功能的降低,，平衡機能的失調(diào)等等老化過程,。
這個衰老學說認為，糖基化造成的蛋白質(zhì)的交聯(lián)硬化,，逐漸變性是造成血管﹑腎臟﹑肺葉和關節(jié)提前老化的關鍵因素,。
因為葡萄糖是人類能量代謝的核心成分，所以大部分有關糖基化的研究以葡萄糖造成的糖基化為主要研究對象,，最近的研究成果表明,，其它單糖，例如果糖的糖基化反應遠比葡萄糖迅速,。因此有人認為利用葡萄糖作為動物能量代謝的核心成分是動物進化中獲得的最佳選擇,。
動物和人類防御糖基化衍生物的主要機理一般認為有以下兩種，一是體內(nèi)酶類對 Deoxyosone 等不飽和醛酮類中間產(chǎn)物的氧化還原以及消除作用,。二者是對糖基化終端產(chǎn)物 AGE 的受體辨認和清理,。
糖基化/美拉德反應衰老學說對糖尿病患者的提前老化作出了出色的解釋，將動物體能量過程的另外一個重要成分 ── 碳水化合物,，與衰老過程連接了起來,。
然而，細察糖基化衰老學說,，也可以發(fā)現(xiàn)不少問題和一些難以解釋的現(xiàn)象：
(1) 實驗表明,，許多哺乳動物，例如鼠類和人類的血漿葡萄糖含量差別并不是很大,，但是壽命相差卻有幾倍,，甚至幾十倍；
(2) 有些鳥類糖血癥 (Glycimia) 高于人類兩倍以上,，卻竟然也能活幾十年,，如貓頭鷹和鸚鵡分別能活三十年和六十年。
(3) 糖基化反應本身的速度相當慢,。事實上糖基化的許多實驗是在有氧氣的條件下完成的,。實驗證明,，與氧自由基相關的氧化過程確實起了加速和促進糖基化反應的作用，所以英國倫敦大學 Wolff博士根據(jù)他的專門領域的研究結(jié)果提出了“糖基氧化”(Glycoxidation)“自氧化-糖基化” (Autooxidative glycation) 等跨學科專業(yè)研究[12],。
為了慎重起見,，我們再深入地查一查衰老過程中生化反應的各種可能性。根據(jù)分子生物學的知識,，生物細胞在分裂繁殖以后衰老過程中的生化反應 (Post-translational modifications during aging) 包括:
(1) 磷酸化 (Phosphorylation)
(2) 二磷酸腺苷核糖化 (ADP-Ribosylation)
(3) 氧化 (Oxidation)
(4) 糖基化 (Glycation)
(5) 甲基化 (Methylation)
(6) 蛋白質(zhì)降解過程 (Proteolytic processing)
(7) 消旋化和異構化 (Racimization and isomerization)
這里 (1) 磷酸化是正常的生化過程,，不造成老化。(2) 二磷酸腺苷核糖化是表達后,，蛋白的進一步能量化酶促制備,，也與衰老無關。(3),(4) 氧化和糖基化這兩個非酶促反應,，如前所述,，是生物副反應中最主要的傷害反應。(5) 隨著年齡增加,，動物細胞內(nèi) DNA 的甲基化程度下降,，細胞分裂減慢。因此,，也有的學者提出過“酶促甲基化衰老學說”,。但是，只要稍加認真地思索便可想通,，既然 DNA 的甲基化過程是一個酶促反應,，DNA 的甲基化隨齡下降則更應該是環(huán)境傷害造成的甲基化酶的損傷而造成的結(jié)果，不是老化的原因,。(6),，蛋白質(zhì)降解是一個多種蛋白酶的綜合作用，與脂褐素形成有關,。但這個過程不可能是造成衰老的起因,。(7) 因為發(fā)現(xiàn)牙齒和眼球晶體蛋白有緩慢的消旋化現(xiàn)象，因此曾經(jīng)有人懷疑緩慢的消旋化和異構化是造成衰老的原因之一,。但是與消旋化和異構化相關的疾病,，如消旋化和異構化造成酶功能的降低等現(xiàn)象至今尚未見報導。
由此可見,，氧化和糖基化是生物在儲藏加工的過程中,，生物細胞在分裂繁殖以后的生物反應中的兩大最嚴重的災難性副反應，也是目前能夠觀測到的僅有的能造成生物老化的兩大反應,。我們甚至可以寫下這樣一個簡單的式子來表示：
遺傳調(diào)控
氧化 + 糖基化 =======〉 生物老化
由于氧化和糖基化衰老學說既互相獨立,，又互相聯(lián)系，互相補充；Kristal 和 Yu 在 1992 年提出了自由基氧化/糖基化衰老學說[13],。這個結(jié)合使得某些氧化和糖基化衰老學說單獨無法解釋的現(xiàn)象得到了很好的解答,；例如氧化衰老理論沒有解釋清楚的腎臟老化損傷，椎間盤等處氧濃度極低部位的老化損傷現(xiàn)象和高糖血癥引起的老化現(xiàn)象等等,。
4 羰基毒化衰老學說,，展望21世紀
盡管人類關于衰老原理的探索幾乎涉及了生命科學的所有層次。但是衰老的本質(zhì)過程非但沒有變得越來越明白,，反而似乎變得越來越復雜,，越來越糊涂。就在這時,，在20世紀90年代,，從老年色素領域又傳來了新的聲音：根據(jù)老年色素逐步形成的生物化學過程的研究，留學瑞典的中國學者 Yin 和 Brunk 教授提出了羰基毒化衰老學說[9,14,],。
基于對氧化和糖基化的深刻理解和研究，1992 年,，Yin 博士在《衰老原理和進展》雜志的一篇文章中首次明確地指出羰-氨反應是氧化和糖基化兩大生化副反應的共同點和兼有反應,。以后 Yin 進一步闡明羰-氨反應是氧化和糖基化造成緩慢生物老化過程的不可避免，并且是大部不可修復的核心過程 (Central process),。這個緩慢生物老化的本質(zhì)就是羰-氨交聯(lián)反應,。
氧自由基引起的脂肪過氧化和糖基化反應均會引起體內(nèi)不飽和醛酮的中間產(chǎn)物的增高。以硫代巴比妥酸反應物（TBARS）為例,，疾病,，如炎癥﹑發(fā)燒﹑中風﹑手術﹑都能導致人們體液的 TBARS 含量增加。即使是正常的緊張也會加速這個制造不飽和醛酮的老化過程,。例如,，老年人血清的 TBARS 含量約為年輕人的兩倍；糖尿病患者血清的 TBARS 含量約為正常人的 1.5 倍,；極劇烈長時間運動者尿液 TBARS 含量為正常人的 5～6 倍,；通宵不眠者尿液 TBARS 含量為正常人的 8～10 倍。
諸如此類,，數(shù)不勝數(shù),，萬變不離其宗，體內(nèi)的不飽和醛酮含量的平衡被推向高位,。不飽和醛酮含量的升高必然加速體內(nèi)傷害型的羰-氨交聯(lián)反應,。這個交聯(lián)反應的一個明顯特征就是體液內(nèi)老年色素前體物臘黃素(ceroid)的增高。
另外一類重要的實驗結(jié)果是美國國立醫(yī)學科學院 Stadtman教授對于動物和人體內(nèi)蛋白質(zhì)的老化研究[15],。這些實驗結(jié)果與脂質(zhì)過氧化的結(jié)果不謀而合,。Stadtman 教授發(fā)現(xiàn)老年動物體內(nèi)蛋白質(zhì)的羰基含量大大高于年輕動物，據(jù)估計,，老齡動物體內(nèi)40%～50%的蛋白質(zhì)已被氧化而以含羰基的醛酮形式存在,。
根據(jù)大量的科學實驗結(jié)果,，羰基毒化衰老學說將衰老的分子生化原理歸結(jié)如下：
(1) 老年色素的形成過程，羰-氨反應,，是生物體內(nèi)典型的和最重要的老化過程,。這個過程在溶酶體中進行的結(jié)果為脂褐素的逐漸聚積。這個過程在體內(nèi)的其它組織內(nèi)也時刻都在進行,，經(jīng)年累月,，造成結(jié)構蛋白的交聯(lián)，功能蛋白的損傷,。最典型的為膠原蛋白的老化造成的血管硬化和組織交聯(lián)老化,，這是一個健康老人也無法逃避的老化現(xiàn)象。
(2) 老年色素的形成過程包括氧化和糖基化兩大生化副反應的主要內(nèi)容,，自由基和氧化造成的早期傷害大部分容易被生物體辨認﹑吞噬﹑降解﹑去棄或修復,，而羰-氨反應產(chǎn)生的后果，尤其是組織結(jié)構的老化往往修復艱難,，不易逆轉(zhuǎn),，隨年聚積，終生為患,。
(3) 動物體對羰-氨毒化的老化傷害有多種防御：
如：抗氧自由基和抗氧化體系防止不飽和羰基化合物產(chǎn)生,；對羰基化合物以硫醇化合物還原共軛清理和游離氨基酸直接清除排泄; 羰基降解酶類 (如醛氧化酶﹑谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等) 對羰基化合物的清理；對羰基化合物的受體識別﹑吞噬清理﹑可逆還原和部分剪切修復,。因此,，動物和人類體內(nèi)不飽和羰基化合物含量是一個制造和清理之間的動態(tài)平衡。
(4) 這些防御體系的生態(tài)和運作,，因物而異,，因人而異，因遺傳性狀而異,，也可因環(huán)境變化而異,。影響這些系統(tǒng)的基因往往影響動物的壽命，即所謂的“壽命基因”,。
如果說研究衰老最大的困惑在于因果難分,，那么研究老化最容易犯的錯誤就在于混淆急性和慢性的機體變化! 急性的變化致病，慢性的機體變化致命,。羰基毒化衰老學說最核心的內(nèi)容在于透過現(xiàn)象看本質(zhì),，著眼于動物體緩慢發(fā)展的生物化學衍變，著眼于含有共性的生物副反應過程,，著眼于司空見慣的日常生物垃圾的制造及其清理工作的重要,。
羰基毒化衰老學說里有氧化緊張衰老學說的精髓，也有糖基化衰老學說的要義；有老年色素形成的核心過程,，也有交聯(lián)衰老學說的主要內(nèi)容,；涉及了遺傳因子造成的程序化老化控制，也暗示了膳食習慣與營養(yǎng)對老化的影響,；可以解釋疾病對老化的加速,，也著意解釋老化與疾病的不同。
近來,，美國 Tufts 大學營養(yǎng)和衰老研究所所長 Blumberg 教授在 《自由基生物醫(yī)學》雜志書評欄目中專門推薦了 Yin 和 Brunk 發(fā)表在《衰老的分子基礎 (Molecular Basis of Aging) 》 一書中的羰基毒化衰老學說,。目前，羰基毒化過程到底是衰老的部分原因,，還是衰老的核心過程正在引起強烈的注意和探討,。羰基毒化與衰老已成為21 世紀衰老理論和應用研究的一個重要的突破點[7,16]。衰老機理研究正走進一個燦爛的新紀元,。
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