摘要：
衰老是机能的进行性减退，逐渐趋向死亡的现象，伴随着一系列物质代谢、信息传递及能量转换等变化，是人类发育的后阶段。衰老与与神经退行性疾病如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病等呈现许多共同的生理或病理表现，彼此相互影响，又互为因果。基因与代谢调控的病理性改变，严重削弱组织器官的功能水平，加速机体衰老进程；人体衰老的进程，加快老年性疾病及其并发症的形成与发生。自由基的累积，营养不足，端粒酶的活性降低等引起个体衰老，而大量突变或错误折叠蛋白质的异常聚集是神经退行性疾病产生的基础，内源性自噬的清除活动参与了细胞稳定状态的维持和疾病的发生，适度诱导自噬水平，可能是治疗神经变性疾病的重要突破口，也是延缓衰老的有效举措。
关键词细胞自噬；衰老；神经退行性疾病；信号通路
国家统计局第6次全国人口普查资料表明，大陆60岁及以上老年人有1．78亿，占总人口的13．26％，同比第5次人口普查结果增加了2．93％，基本接近2010年联合国人口年鉴的预计，显示我国人口正迅速老龄化(中华人民共和国国家统计局第6次全国人口普查资料)。由于老龄化的加剧，老年病发病率居高不下，占用了近50％的社会医疗资源，对同家、社会乃至家庭提出了严峻的挑战，如何延缓衰老，健康安度晚年，整体提高老年人生活质量，成为科学界刻不容缓的任务。目前对衰老的生物学机制的研究呈现出百家争鸣的态势，但其确切的机理以及延缓衰老的方法有待进一步发现。本文将论述自噬在生理性衰老及相关老年性疾病中的调控作用，揭示自噬将有可能成为未来研究和临床治疗的重要靶点，达到良好的预后效果。
衰老是机能的进行性减退，逐渐趋向死亡的现象，伴随着一系列物质代谢、信息传递及能量转换等变化，是人类发育的后阶段。基因与代谢调控的增龄性改变，严重削弱组织器官的功能水平，加速机体衰老进程；衰老与神经退行性疾病如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病等呈现许多共同的生理或病理表现，彼此相互影响，又互为因果。人体衰老的进程加快老年性疾病及其并发症的形成与发生。自由基产生增加、基因突变累积、端粒酶的活性降低等引起细胞衰老，细胞维持内环境恒定的能力减弱。而大量突变或错误折叠蛋白质的异常聚集是神经退行性疾病产生的基础。自噬和某些长寿基因存在共同信号机制，自噬参与清除细胞内异常积聚的蛋白和细胞器更新，调节细胞的生存与死亡。适度诱导自噬水平可能是延缓衰老、治疗神经变性疾病的有效举措。
1衰老机制的学说
衰老是生物体发育成熟后，随着年龄的增加，机能减退，内环境稳定性下降，全身复杂的形态结构与生理功能发生不可逆的退行性变化，直至趋向死亡的过程。人们对衰老机制的认识从分子、生理、生化等不同层面展开了不同程度的研究，自19世纪末应用实验方法研究衰老以来，先后提出的学说不下20余种，很多学说并没有得到实验研究的支持，更为确切与统一的机制有待进一步的研究，目前学术界有几种公认的衰老机制。
1．1代谢废物累积学说
随着年龄的增加，细胞内产生的有害代谢物质，包括自由基、脂褐质等，不能及时降解或排出，以至不断堆积，占据细胞内的空间，使细胞功能下降、内环境稳态失调，导致细胞衰老或死亡。
自由基是一类瞬时形成的含有未配对电子的原子或功能基团，具有高度反应活性，链式的自由基反应使得DNA、蛋白质、尤其是多不饱和脂肪酸等大分子物质发生变性和交联，损伤细胞器、细胞膜等结构，引发各种病理现象。1956年，Harman D提出自由基致衰学说，可以概括为线粒体产生的活性氧(ROS)/防御活性氧的能力弱，导致衰老，1994年，Bada等指出单位耗氧量产生的ROS越少，寿命越长。药物或营养素的保健、限食、运动是延缓衰老的有效措施，都能增加抗氧化能力和减少ROS的产生，成为自由基学说的良好支柱。自由基致衰理论基本反应了生物衰老的普遍规律，但目前新的研究证据对该学说提出了挑战。Harman D认为细胞代谢率越低，产生的ROS越多，引起衰老，但Ristow等，在研究老化的模式生物线虫发现，限食延缓衰老是通过诱导线粒体代谢率和增加ROS的产生来实现的；Sesso等经长达8年的随机调查得出这样的结论：抗氧化剂维生素C和维生素E不能有效地预防心血管疾病，VE甚至增加了缺血性中风的患病几率，自由基理论似乎被动摇了。然而2011年杂志Cell这样报道，低浓度ROS能诱导性启动许多保护机制，例如，激活细胞氧化还原敏感元件以及相关信号通路，从而稳定、全面、长效地提高机体抗氧化能力，祛病延寿。所以一般而言，低浓度抗氧化剂起抗氧化作用，高浓度时起促氧化作用。
1．2基因衰老学说
1961年Hayflick等报道，人的成纤维细胞在体外培养时增殖次数是有限的，只能增殖60～70代。后来经许多实验证明，正常的动物细胞无论是在体内生长还是在体外培养，其分裂次数总存在一个“极极值”，也被称为“Hayflick”极限，这种复制性的衰老可能与端粒酶的活性、DNA的损伤修复反应等有关。
端粒DNA是位于染色体末端的重复序列，基本单位为TTAGGG，具有稳定染色体，保护遗传性状的作用，但由于染色体复制的不完整性导致端粒的丢失，使细胞分裂停止，引发复制性衰老。早年认为，端粒DNA的缩短主要和端粒酶的活性较低有关，研究表明，可能与端粒DNA形成G-四链体结构有关，端粒G链3’末端的部分序列无法与RNA引物互补配对参与复制而丢失，并且能有效抵抗解旋酶的解旋、端粒酶、ALT机制对端粒的延伸作用。另一方面，DNA损伤修复反应和细胞稳态在衰老进程中起重要作用，BRCA1(DNA损伤修复因子)功能缺陷将激活ATM/CHK2/p53信号通路，导致DNA损伤以及基因组的不稳定，阻止细胞有丝分裂，引发细胞凋亡和死亡；当DNA损伤修复反应途径失活时，DNA损伤减少，但患癌症的风险增加，所以维持细胞内稳态也是延缓衰老的关键。
1．3免疫衰老学说
衰老的免疫学说主要有两种观点：衰老并非是细胞死亡和脱落的被动过程，而是更为积极地自身破坏的免疫过程；免疫功能的下降导致机体对疾病感染的抵抗力减弱而致衰。例如，随年龄的增长，动物和人的T细胞数量以及功能都下降，机体对有丝分裂原刀豆蛋白A(con A)、植物血凝素(PHA)及抗CD3抗体的增殖反应能力下降。但免疫系统功能的强弱与寿命的长短并不成正相关，裸鼠是一种先天性无胸腺无毛综合症的小鼠，其T细胞免疫功能非常缺乏，以至于可以接受同种异体甚至异种移植物，在无菌条件下饲养其寿命不低于正常小鼠，但在普通条件下，这种小鼠可致早期死亡。正常新生小鼠的胸腺被切除后，死于3月龄左右，若将其置于无菌的环境中，可以活得更长，可见免疫系统虽然对生存期可以产生影响，但并非决定因素。
2自噬和衰老
在真核细胞中，自噬在应激反应和清除细胞内有害物质，维持细胞稳态和正常代谢起着重要的作用。自噬的清除活动将细胞内物质运送至溶酶体里降解，一般可以分为三种类型：大自噬(macroautophagy)、小自噬(microautophagy)和伴侣介导的自噬(CMA)。通常的“自噬”就是指大自噬，其过程可以分解为以下几个步骤：诱导，囊泡形成双层膜，包裹待降解物，自噬体的扩张和完成，与溶酶体融合，降解物被降解，营养物质循环利用，是通过泛素-蛋白酶体和自噬-溶酶体途径进行生物大分子的降解而再循环的过程，一般被认为属于非选择性降解系统。近年来研究发现，自噬在多种生理或病理过程中发挥作用，例如，在抗衰老、清除细胞内异常蛋白和细胞器、饥饿适应、抗肿瘤等方面都扮演重要角色。越来越多的证据表明，自噬在延长寿命方面作用很重要。例如，敲除果蝇的自噬基因Atg7后，细胞内有毒蛋白和细胞器聚集，引起细胞的衰老和凋亡；细胞巨线粒体随着年龄增加而逐渐衰老、体积膨胀、内部嵴减少、产生ROS增多、氧化磷酸化能力减弱，线粒体自噬的调控作用使线粒体的更新保持动态平衡；在衰老的心肌细胞中，溶酶体内脂褐素明显增多，脂褐素的堆积影响了溶酶体内水解酶的降解能力，从而降低了自噬的清除能力，而脂褐素也可能导致溶酶体膜的破裂和大量释放，导致细胞色素C的释放，使细胞发生程序性死亡或坏死。
3长寿的信号通路与自噬的调节
在衰老的进程中，细胞的自身结构和内外环境都在发生变化，自噬活动也不断下调。经多方实验证明，对营养敏感的信号通路，包括胰岛素/IGF-1、TOR、蛋白激酶A等，是调节长寿和自噬的共同途径。
3．1 insulin/IGF-1通路
Insulin/IGF-1信号通路的适度抑制是生命体抑制衰老的一种进化保守机制。线虫是通体透明，个体小，易于培养、繁殖和观察的多细胞生物，常用于研究生物体老化机制。DAF-2是胰岛素生长因子受体，线虫的DAF-2基因发生突变后，生命期增加3倍。近年来研究已证实当细胞受到营养物质刺激时，Insulin/IGF-1通路的激活会引起PI3K-AKT信号通路的激活，继而使得下游的转录调节因子FOXO被磷酸化修饰，从核转移至细胞质而失活，对DNA的修复，抗氧化应激和细胞繁殖都产生不利的影响，如果阻断PI3K的受体AGE-1时，果蝇的寿命延长，同时，核内FOXO将会直接与抗氧化酶类(包括过氧化氢酶和线粒体超氧化物歧化酶等)的启动子区域结合，使抗氧化酶的表达增加，促进活性氧的去除，从而增强抵抗氧化应激的能力。Klotho参与维生素K和钙、磷的代谢，保护心血管系统，影响机体的免疫功能，近年来大量研究表明Klotho基因是一个与衰老密切相关的基因，发挥其生物学功能与抑制Insulin/IGF-1信号通路的激活密切相关。另外，有丝分裂原活化蛋白激酶超家族(JNK)途径通过FOXO的相关转录因子DAF-16发挥拟Insulin/IGF-1信号通路的作用，诱导JNK-1，可以使DAF-16入核，所以Insulin/IGF-1途径或相关通路在衰老方面起着核心作用。
多年前的研究已经证实，在禁食期间，低胰岛素水平可以诱导自噬，而高胰岛素水平将抑制自噬。自噬-溶酶体系统主要降解长寿命蛋白，故为延长寿命所必须的，而FOXO是下游insulin/IGF-1组件，也是调节细胞自噬的重要因子，同样地，FoxO3能够独立调控泛素蛋白酶体途径和自噬溶酶体途径，介导LC3和Bnip3的表达，已经在骨骼肌中得以证实，可作为潜在的靶点来治疗肌肉消耗性疾病和神经退行性疾病等。另一方面，自噬基因Atg7沉默的野生型线虫和DAF-2突变体的寿命会缩短，而bec-1和bec-2是延长线虫寿命有关的基因，与哺乳类自噬基因Beclin-1同源，是线虫DAF-2功能缺失突变体耐受态形成和寿命延长所必需的。在研究线虫突变体过程中发现，诱导自噬活动，增强转录因子FoxO的表达，不但能延长寿命，还能增强对β-淀粉样蛋白的降解，说明自噬是通过insulird/IGF-1信号调节寿命的，然而长寿、自噬与insulin/IGF-1信号通路之间的联系还需要更深入的探索。
3．2 TOR通路
TOR是一个高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在调节细胞生长和增殖过程中起重要作用。按功能不同，分为TORC1和TORC2，前者对雷帕霉素敏感，主要参与细胞内转录、翻译等生物过程；后者对雷帕霉素不敏感，主要调节细胞骨架的重塑。实验证明，TOR是调节长寿的另外一个较为公认的信号通路，当线虫和果蝇的TOR信号的下调或失活时，寿命增加；同样地，注射较低剂量雷帕霉素时，可以延长酵母的寿命。目前认为，主要是TORC1参与抗衰老的调控。S6Ks是TORC1下游的正调控靶点，当敲除小鼠的S6K基因时，生命期延长；而4E-BP是其负调控位点，是正常生命周期所必须的，当过表达4E-BP时，延长寿命。同时，TOR信号通路又是直接调控自噬活动的重要途径。在酵母中，TORC1参与自噬基因Atg1，Atg13，Atg17的调控，TORC1信号被阻断，延长寿命，与细胞自噬被诱导有密切联系，相似的结果在线虫的研究中也有报道。
以上叙述了insulin/IGF-1通路和TOR通路在调节长寿和自噬的过程中发挥重要的作用，其实，PKA、PKB途径也参与其中，不再详述。
4自噬维持细胞稳态
机体的衰老同细胞的衰老紧密相关，生物体内的绝大多数细胞，都要经过增殖、分化、衰老、死亡等几个阶段。总体来说，老化细胞会出现酶活性降低、代谢速率变慢、色素累积、形态结构呈退行性变化等。所以维持细胞内稳态对延缓衰老有重要意义。自噬维持细胞稳态、延缓衰老，主要表现在以下几个方面：
(1)降解生物大分子和细胞器，在衰老细胞中，随着线粒体功能的降低，突变的线粒体DNA不断积聚，ROS的产生增多，电子的传递受阻，终将引起细胞衰老或死亡，而当适度诱导自噬时，转录因子FOXO被激活，过氧化酶的产生增加，保护细胞的活力。
(2)降解产物的重新利用，在细胞饥饿或者缺乏营养时，自噬的降解产物的重新利用显得尤为重要。在酵母和小鼠中，下调自噬水平，细胞内外的氨基酸的含量和利用都下降，如果诱导自噬，则产生的氨基酸可以通过三羧酸循环为细胞和机体提供能量，另外，也可以重新合成蛋白质，维持细胞功能。
(3)抵御外界不良环境，当细胞处于缺氧，缺糖或者某些应激状态时，将启动内源性的自噬进程，帮助细胞得以生存。
5自噬抵御退行性疾病
老年性疾病包括帕金森病(Parkinson’s disease，PD)，老年痴呆(Alzheimer’s disease，AD)和亨廷顿氏舞蹈病(Huntington’s disease，HD)等神经变性疾病，主要是由于某些特殊蛋白质的突变出大量错误折叠蛋白，在神经元细胞内聚集，导致神经系统等受损，表现为认知功能和运动障碍。现阶段对脑内自噬活动的研究已成为治疗神经变性疾病的一个新的热点。经研究发现，神经退行性疾病的形成与泛素蛋白体的功能紊乱(UPS)密切相关，自噬基因Atg5或Atg7敲除的小鼠，可诱导神经退行性病变和泛素化蛋白质的积聚使细胞的易感性增加，引起凋亡或死亡。目前新的证据表明，自噬溶酶体途径也是重要的，溶酶体缺陷，导致细胞内多种有毒物质的产生，引起代谢疾病。以PD为例，α-synuclein是PD的致病基因之一，其不仅具有神经毒性作用，且对突触功能和信号的传递也有影响。野生型α-synuclein蛋白的降解是通过CMA进行的，被以热休克蛋白hsc70为主的分子伴侣复合物识别，与溶酶体上的受体lamp2a结合并转运至溶酶体内降解；而突变型α-synuclein虽然也可与lamp2a结合，且比野生型α-synuclein蛋白的结合更为牢固，亲和力更强，但它并不能被转运进溶酶体腔中降解，可能与溶酶体内ATP酶的活力下降有关。另外，突变型α-synuclein蛋白与lamp2a的结合，影响了其他通过CMA降解的蛋白质如野生型α-synuclein和甘油醛-3-磷酸脱氢酶等。另一方面，异常蛋白积聚和神经毒性作用发生于机体生命的后阶段，这可能与自噬效率逐渐衰退有关，大自噬和分子伴侣介导的自噬(CMA)都可延缓自然老化。
6总结与展望
机体衰老是生物界客观存在的现象，是生命体的客观规律。细胞衰老与自噬活动，两者互为因果，在衰老的进程中，细胞的自身结构和内外环境都在发生变化，自噬活动也不断下调；而自噬活动的下调，导致胞内衰老的或者被损伤的细胞器以及变性蛋白质的积聚，是导致机体衰老的重要原因。但衰老和自噬的关系还有待于进一步阐明，尤其是在神经变性疾病中，自噬对神经元的死亡的作用和临床运用也需要证实。相信随着对自噬更深入的研究，揭示自噬的具体机制及其相应的调控因子能够为延缓衰老和治疗神经变性疾病提供新的希望。