老年學(xué):第二節(jié)　衰老機理研究進展

第一節(jié)敘述了曾經(jīng)提出的一些衰老機理學(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、對衰老機制具有本源性解釋的衰老機理研究領(lǐng)域作一簡要介紹。

一、自由基與衰老

人們在40多年前（1956)年就開始注意到自由基與機體衰老的關(guān)系了。但對其進行比較深入的研究則是近些年的事情。

機體內(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，常常可以發(fā)生R與H的解離，形成各帶一個電子的“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gydjdsj.org.cn/hushi/（H·)、有機自由基（R·)、烷氧基自由基（RO·)、有機過氧自由基（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清除機制完備的有機體存活時間明顯較長（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。某些老年性的動物失調(diào)可能與此有關(guān)。

適量自由基對于抗局部感染等具有一定作用，但過量自由基則對于不飽和脂肪酸、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。機體內(nèi)從一開始就時刻在產(chǎn)生著自由基。但同時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，這種平衡會發(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機體產(chǎn)生大量自由基而使關(guān)節(jié)腔內(nèi)潤滑液中具有潤滑作用的粘多糖發(fā)生氧化降解而失去潤滑作用，這是風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎發(fā)生的重要機制之一。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)胞膜中由磷脂酰基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)的進行。脂質(zhì)過氧化反應(yīng)對生物膜內(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)一級氨基基團反應(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、毒物引起的機體損傷與此機制密切相關(guān)�；�于這個原理，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物模型，利用這些模型可進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。

自由基對蛋白質(zhì)的不利影響是其對人體危害的最重要方面，這可從兩個方面去理解：首先是自由基直接對蛋白質(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。自由基對蛋白質(zhì)不利影響的第二個方面是對核酸的氧化和交聯(lián)，使DNA發(fā)生斷裂、突變以及對熱的穩(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�？傊�自由基對蛋白質(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，人體內(nèi)自由基水平呈增長趨勢，同時自由基清除機制卻呈退化趨勢，結(jié)果造成體內(nèi)自由基大量積聚。所以自由基對機體健康的危害作用漸趨嚴(yán)重，引發(fā)了機體多種生理功能的障礙，促進了多種老年疾病（如動脈粥樣硬化、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)致機體的衰老，直至死亡。

在整個衰老過程中，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組成部分，機體死亡歸根結(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，因為細(xì)胞凋亡是一種重要的生理學(xué)現(xiàn)象，它是一個主動的、有控的、在調(diào)節(jié)機體細(xì)胞群數(shù)量上起和有絲分裂互補作用的過程。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高于其它組織細(xì)胞局部，使前文已述及的那些自由基對機體的有害作用機理特別是對核酸的蛋白質(zhì)的損傷機理高度啟動，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。許多實驗發(fā)現(xiàn)多種細(xì)胞系暴露于低劑量H₂O₂（10-100μmol/L)時可發(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，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。但這些因素啟動細(xì)胞凋亡的具體分子機制尚有待進一步研究。

細(xì)胞凋亡時最突出的特征是細(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與“細(xì)胞凋亡相關(guān)基因”有關(guān)。

毫無疑問，凋亡信號是通過一系列細(xì)胞信號傳導(dǎo)系統(tǒng)而被細(xì)胞接受的，它與細(xì)胞增殖信號交錯形成復(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的表達對于細(xì)胞凋亡的啟動可能是必需的。有研究結(jié)果顯示，c-myc的高表達可同時刺激細(xì)胞分裂和調(diào)亡，但向何種趨勢發(fā)展尚取決于是否存在其它關(guān)鍵性生長刺激物，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，該蛋白可以強有力的抑制副射、激素、細(xì)胞因子以及抗體等對細(xì)胞凋亡的啟動作用，這表明其可能阻止多種凋亡途徑中的某個共同環(huán)節(jié)。P⁵³是研究相關(guān)多的一個腫瘤抑制基因，對P⁵³的誘導(dǎo)表達可以提高細(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，其對機體利弊因場所和作用對象不同而異，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)系的許多機制還需進一步研究。

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)百個甚至上千個，有的則不含線粒體如成熟紅細(xì)胞。每個線粒體中有2-10個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使其具有獨特的遺傳學(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)體是指在一個細(xì)胞內(nèi)同時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裸露無組蛋白保護且缺乏有效的修復(fù)系統(tǒng)，因此其突變率遠高于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)比值需達到一定閾值時才導(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，可造成細(xì)胞內(nèi)突變型與野生型mtDNA同時存在（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，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”（對機體無害也無益、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)�。↙erbe’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，還有多個位點的突變對本病的發(fā)生起作用。又如線粒體腦肌病（mitochondrial 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損傷積累需要的時間也越長；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功能的漸進性喪失會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)擴張性心肌病和肥厚性心肌病均存在mtDNA片段缺失和點突變，有的甚至可見多個片段缺失，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�。≒D)、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是一組以運動失調(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)量超過一定閾值時才會發(fā)癥。

AD是一類以漸進性癡呆和腦皮質(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)病的運動失調(diào)和漸進性癡呆為主要特征的常染色體顯性遺傳病，病理特點是基底神經(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位點之間，缺失部分包括L鏈起點（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，易于在細(xì)胞內(nèi)聚積而使異質(zhì)體達到閾值效應(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，因為mtDNA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，不難理解其與機體衰老和退行性疾病的密切關(guān)系。

目前，對于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，已經(jīng)提出一些可能的治療線粒體疾病的方法，如補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)的長度變短，端粒長度受染色體端粒酶（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。

有人曾經(jīng)對人淋巴細(xì)胞的衰老性變化與其端粒長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，發(fā)現(xiàn)端粒酶活力和端粒長度的調(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證。曾發(fā)現(xiàn)外周血CD⁺₄T細(xì)胞的端粒長度在體內(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)實驗中扁桃體B細(xì)胞分化及生發(fā)中心形成過程中凋粒長度卻是增加的。同時，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。雖然端粒酶對淋巴細(xì)胞的確切作用有待于進一步闡明，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、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。

大量試驗資料表明，端粒酶活性的高低直接影響端粒長度的增減，而端粒的長短直接影響細(xì)胞內(nèi)基因的表達，進而影響到細(xì)胞的增殖和壽命。所以，未來進一步探索衰老因素、長壽因素對端粒長度的影響，或者克隆人端�；�因等研究課題將對人體衰老與抗衰老具有十分重要的理論及實際意義。

五、免疫功能退化和衰老

在對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。

動物實驗發(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)是決定機體免疫功能狀態(tài)的3個關(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，對于T、B細(xì)胞的輔助協(xié)同作用也無明顯變化，但是其識別和提呈抗原的能力卻隨年齡的增長而有所下降。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IgG和IgA水平一般是增高的，但這并不代表機體免疫功能的增強，恰恰相反，它們的升高在老年人常常是機體內(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)胞功能亢進所致，IgM、IgD水平基本無變化。IgE水平在機體衰老時則明顯下降，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，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)象對機體組織破壞的結(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其發(fā)病率呈增長趨勢。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。抗核抗體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個位點組成，每個位點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)gydjdsj.org.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)較長時間保持“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)維持較長時間以及其它有關(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)。動物實驗已經(jīng)證明動物免疫活性細(xì)胞可以在超低溫條件下保存比動物壽命長得多的時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，因為它對于延緩衰老，實驗老年醫(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，衰老的機理也是極為復(fù)雜的。到目前為止，有關(guān)衰老的機理的理論提出了很多，都有其一定的實驗基礎(chǔ)，但都是從一個側(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，其作用機理也是多重性的。所以，衰老可能是多因素、多機理綜合作用的結(jié)果。這就要求我們整體看待、分析衰老機理這一復(fù)雜問題時應(yīng)采取全面的、多視角的做法，切忌企圖以某一個角度、某一實驗結(jié)果來解釋大范圍的衰老現(xiàn)象；而在衰老機理的科學(xué)研究過程中，則應(yīng)從某些具體的現(xiàn)象環(huán)節(jié)作起，對其結(jié)果的解釋也應(yīng)持慎重的態(tài)度。