图2-2 “宝藏”水果——葡萄
2022年,中国研究团队从特定葡萄籽中提取出原花青素C 1(PCC1),发现它能够选择性地清除衰老细胞,对小鼠使用PCC1具有清除其体内衰老细胞、改善衰老相关疾病的疗效,对延长老年小鼠的寿命效果显著。衰老小鼠健康中位寿命延长64.2%,过程中暂未发现副作用,相关研究成果发表在《自然—代谢》( Nature Metabolism )杂志。
本质上,衰老是不可避免的过程,不仅表现为容颜易逝,还会逐渐导致几乎所有生物体的功能衰退。随着时间的推移,衰老细胞会在衰老的组织中积累,导致越来越多的慢性疾病,包括心血管疾病、代谢紊乱、神经退行性疾病、各种恶性肿瘤等。近年来,治疗年龄相关疾病(如Ⅱ型糖尿病、骨质疏松症、骨骼脆性和血管功能障碍)的特定药物的研发成为热点。这些疾病往往多病同时发生,70岁后患病率呈指数增长,目前发现的药物在控制慢性病发病率和死亡率方面的综合作用不大。
通过对系列物种的研究,科学家归纳出导致机体衰老的九大机制:基因的不稳定性、端粒减少、表观遗传改变、蛋白质稳态的丧失、营养感测失调、线粒体功能障碍、细胞衰老、干细胞衰竭、细胞间通信改变。在这些基本衰老机制中,细胞衰老是细胞周期阻滞的一种生理稳定状态,严格调控细胞增殖和寿命。目前的观点认为,细胞衰老是细胞在DNA损伤、端粒短缩、肿瘤基因激活、表观遗传改变、氧化应激等情况下出现的自我保护机制,表现为永久性的生长停滞,细胞分裂周期停滞于G1期或S期,以避免将异常基因传至下一代细胞。但它们会分泌多种与衰老相关的生长因子(SAPA),从而改变组织微环境,造成炎症、组织损伤等,被认为是驱动衰老表型和各种与年龄相关的疾病的原因。
图2-3 衰老不可抗拒
2015年发表在杂志《衰老细胞》( Aging Cell )的文章中,科学家利用基因工程在早衰小鼠模型中证实,清除小鼠体内衰老细胞能够缓解早衰症状并延长其平均寿命,这激发了研发选择性清除衰老细胞药物(Senolytics)的热情,这些药物又被称为“长寿药”。
目前已经报道了一些抗衰老药物,包括达沙替尼和槲皮素、非瑟酮、哌柏隆胺、热休克蛋白(HSP)90抑制剂和BCL-2家族抑制剂等。然而,它们的副作用也不容小觑,如引发贫血、血小板和中性粒细胞减少等。即使间歇性给药能在很大程度上避免上述副作用,但大多数抗衰老药物是否有效还取决于细胞谱系、细胞类型,或者在体内表现出显著的细胞毒性,从而限制了它们的临床潜在用途。寻找副作用更小、靶向清除能力更强的抗衰老药物,是全球衰老研究领域共同追寻的目标。
为了研发特异性更高、更安全且无毒的抗衰药物,科研人员筛选出由抗衰老剂组成的天然产品药库,并确定了包括葡萄籽提取物(GSE)在内的几种候选药物。鉴于GSE未被充分开发且可以有效抑制衰老因子,GSE从候选药物中脱颖而出,吸引了研究人员的注意力。GSE是一种复杂的植物化学混合物,其许多成分都具有抗氧化和抗炎活性,研究通过HPLC-QTOF-MS分析GSE,发现植物成分原花青素C1是介导GSE发挥抗衰药物作用的主要物质。
图2-4 PCC1的化学结构示意图
原花青素(Proanthocyanidins,PC)是植物中广泛存在的一大类多酚类化合物的总称,具有强抗氧化、消除自由基的作用。原花青素分布广泛,存在于许多植物的皮、壳、籽、核、花、叶中,葡萄籽中的原花青素含量最高,种类丰富。原花青素C1属于类黄酮超家族,可清除自由基、螯合金属并减少氢过氧化物的形成,其抗氧化特性归因于结构中的功能性羟基(-OH)基团及其在类黄酮分子环上的位置。原花青素的抗氧化能力部分取决于它们的聚合程度,PCC1本质上是原花青素表儿茶素三聚体,其他原花青素大部分是单体或二聚体。PCC1的功能是否会不同呢?
分析PCC1对衰老细胞全转录组表达影响时,研究人员观察发现,大量SASP因子的表达在细胞衰老期间显著上调,但在衰老细胞暴露于PCC1时显著下调。PCC1可以使衰老细胞凋亡,但对增殖细胞毫无损伤。对PCC1抗衰机制的研究发现,PCC1会损害线粒体的功能完整性,损害线粒体膜电位,导致自由基(如ROS)的产生增加,最终导致衰老细胞而非增殖细胞中的细胞色素C释放。衰老细胞倾向于形成去极化的质膜且H + 浓度增加,这可能使它们更容易受到PCC1的作用。这些改变伴随着促凋亡因子的表达上调,促进衰老细胞凋亡。
细胞组成具有高度异质性,不同类型的细胞在不同环境刺激下呈现不同的变化规律和分子机制。PCC1能够有效清除各种类型细胞和应激源中的衰老细胞,研究人员比较了PCC1与其他报道的抗衰老药物对人体基质细胞、成纤维细胞、人脐静脉内皮细胞和间充质干细胞的影响。结果发现,与许多报道的抗衰老药物(如ABT-263、达沙替尼、槲皮素和非瑟酮)相比,PCC1具有卓越的抗衰老活性,对更广泛的细胞类型具有高特异性和高效率,更为重要的是,高浓度(20 mg/kg)和高频PCC1(每两周一次)治疗没有明显的全身毒性。除发现了PCC1靶向清除衰老细胞的抗老能力外,研究团队还找到了另一项能力——或可抑制肿瘤发展。研究人员发现,当PCC1与化疗物“通力合作”时,化疗物对肿瘤的杀伤力成倍增加。借助PCC1化疗物的能力得到提升,且干预期间模型鼠的生存期也被拉长了48.1%,颇为惊人。