二甲双胍抗衰老作用的研究进展

林意，林金德

(1. 杭州外国语学校，浙江 杭州 310000；2.南京医科大学友谊整形外科医院整形外科，江苏 南京 210009)

过去的几十年，人们在抗老化研究上取得了明显的进步。研究表明寿命确实可以通过基因、药物或饮食的方法得以延长。二甲双胍是治疗2型糖尿病(T2DM)的首选药物，并在临床中广泛使用。近年来研究发现二甲双胍除了治疗糖尿病外，还可以抗炎、抗肿瘤、治疗非酒精性脂肪性肝病、多囊卵巢综合征以及抗衰老、延长寿命等方面作用。本文就二甲双胍的抗衰老作用及其机制的相关进展进行综述。

1 二甲双胍抗衰老作用

1.1二甲双胍抗衰老作用的实验研究二甲双胍除了对细胞的作用外，越来越多的证据表明二甲双胍能够推迟机体老化并增加寿命，二甲双胍能延长线虫类和啮齿类动物寿命。在自发性高血压鼠(SHR)雌性小鼠中，长期食物中加入二甲双胍能延长雌性杂交小鼠近40%寿命[1]。随后他们发现二甲双胍处理的时间越早，发挥的作用越大。在雌性SHR小鼠中分别于3、9、15月龄开始用二甲双胍进行处理，从3月龄开始处理的小鼠平均寿命延长了14%，最大寿命延长了1个月；从9月龄开始处理的小鼠平均寿命仅延长了6%，而从15月龄开始处理的小鼠的平均寿命没有发生改变。而且使用二甲双胍处理3月龄小鼠，其平均无瘤期限增加21%，9月龄小鼠无瘤期限增加7%，而15月龄则减小13%。说明在生命的早期使用二甲双胍进行处理会有更多的益处[2]。二甲双胍在不同性别个体中的作用存在差异。在同系129/Sv小鼠中，用二甲双胍(100 mg·kg-1)的长期处理对不同性别个体中产生了相反的结果，雄性小鼠平均寿命减少了13.4%，而雌性小鼠平均寿命延长了4.4%。对此有学者认为是在正常条件下幼年雄性小鼠与雌性小鼠相比容易受到外部环境的影响，有着更高的死亡率[3]。

其他研究也证实二甲双胍能延长鼠类寿命，长期在食物中加入二甲双胍(0.1% w/w)能够延长中龄雄性小鼠寿命，能够改善身体活动能力[4]。然而，不是所有的研究都能证实二甲双胍能延长寿命。给成年果蝇喂食二甲双胍，并没有增加雄性果蝇或雌性果蝇寿命。推测实验中使用较高浓度的二甲双胍，二甲双胍对果蝇可能有毒性。肠道生理学分析提示较高浓度的二甲双胍导致肠液内稳态失衡有关，所以没有能提高寿命效果[5]。Smith等[6]对比二甲双胍组(300 mg·kg-1·d-1)、热量限制组(30%)和随意饮食组，热量限制组和二甲双胍组大鼠体质量明显降低，但二甲双胍治疗组没有能提高大鼠寿命，这可能与所用二甲双胍剂量过高有关。

1.2二甲双胍抗衰老作用的临床研究美国糖尿病防治方案是一个随机临床试验，研究对象为肥胖和葡萄糖耐量降低有可能成为T2DM的美国成人，研究对象超过3 000例。结果显示，对比对照组，二甲双胍能够减少31% T2DM 的发病率，而且二甲双胍也能改善心血管疾病的风险和改善男性受试者的亚临床型动脉粥样硬化[7]。英国糖尿病临床实践回顾性研究发现，T2DM患者分别给予二甲双胍和磺脲治疗，发现二甲双胍能降低20%心血管疾病风险和降低42%糖尿病相关死亡。用磺脲治疗糖尿病存活率低，而二甲双胍治疗的糖尿病患者的存活率类似非糖尿病患者组。在门诊临床试验中，胰岛素治疗的T2DM患者中，加入二甲双胍治疗组对比加入安慰剂治疗组在随访4年发现添加二甲双胍治疗组能够降低患者体质量，有助于改善血糖、降低胰岛素的用量和降低大血管疾病的发病率[7]。

另外，二甲双胍可以保持患者认知功能。新加坡研究发现长期使用二甲双胍可以降低糖尿病患者认知能力的下降，而且最低风险发生在长期使用二甲双胍(大于6年)[8]。Cheng等[9]对T2DM患者观察研究发现，糖尿病可以提高患者痴呆的发病率，二甲双胍治疗的患者比其它药物治疗的糖尿病患者有较低的痴呆发病率。在一个小样本临床试验中，用二甲双胍治疗和用安慰剂治疗(24周)的T2DM伴有抑郁症患者，二甲双胍能够提高患者认知水平和改善抑郁症患者症状[10]。

糖尿病是结肠癌的高风险因素，二甲双胍可以降低糖尿病患者患结肠癌的风险，流行病学显示二甲双胍可降低癌症发病率和致死率。一份较大Meta数据分析显示二甲双胍能降低糖尿病患者31%的癌症发生率和34%的癌症致死率[7]。

Kordes等[11]使用二甲双胍作为肿瘤辅助治疗措施，通过双盲研究发现二甲双胍对晚期胰腺癌患者没有作用。Decensi等[12]研究发现长期使用二甲双胍没有能防止肿瘤发生，但是二甲双胍对早期肿瘤和癌前病变是有预防效果的。

2 二甲双胍延长寿命的机制

随着全球人口老龄化，许多年龄相关的慢性疾病成为第一致死原因，目前许多食物、药物和基因治疗可延长寿命，这些干预措施都涉及一个核心营养感受器网络，即腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)，二甲双胍延长寿命的机制还不完全清楚，目前的研究显示二甲双胍可能间接激活了与热量限制相同的信号通路，并产生一些独立的作用。

2.1激活AMPKAMPK是一种与能量代谢有关的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是所有真核生物中保持细胞能量水平的必需功能，编码AMPK的α、β、γ三个亚基的基因在脊椎动物、无脊椎动物、植物和真菌等所有真核生物中是高度保守的。由于代谢应激、干扰ATP的生成或者加速ATP的消耗引起的细胞内AMP ∶ATP比率的升高可以激活AMPK。AMPK的生物化学活性由上游的激酶和磷酸酶来调节其磷酸化和脱磷酸化。当细胞内总能量水平下降时，AMPK通过上游的激酶磷酸化和通过AMP和ADP而激活，激活的AMPK向下调节需要消耗ATP的能量合成过程和上调产生ATP的分解代谢过程，AMPK 可以通过磷酸化直接抑制许多酶的催化活性。另外AMPK可以通过调节过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(PGC1-α)提高更大的效果，增加线粒体的生物合成。AMPK通过结节性硬化症2转录蛋白磷酸化调节mTOR相关蛋白。 AMPK介导的最后结果是恢复细胞总的能量水平[13]。二甲双胍激活AMPK通路，加强糖酵解，脂肪酸氧化和线粒体生物合成，激活自噬作用等。

2.2抑制mTOR雷帕霉素是一种免疫抑制剂，有抗肿瘤的作用，mTOR是磷脂酰肌醇激酶相关激酶蛋白家族成员，哺乳动物mTOR基因是雷帕霉素作用靶点，mTOR作为一丝氨酸和苏氨酸蛋白激酶，与胰岛素，氨基酸和激素合成有关，从而调节细胞功能，包括蛋白质和脂质合成、自噬作用、炎性反应、线粒体功能和葡萄糖代谢[14]。在酵母、蠕虫、果蝇和小鼠中阻断mTOR能够延长寿命。在小鼠和人类中阻断mTOR信号通路能够改善年龄相关疾病，例如认知功能下降、癌症等[15]。二甲双胍可以通过激活AMPK，抑制mTOR，二甲双胍也可以通过一种不依赖于AMPK的方式抑制转录共激活因子(TORC1)的激活。一份肺癌研究结果显示二甲双胍通过 独立于AMPK途径抑制mTOR。二甲双胍可以通过抑制mTOR，阻止细胞衰老并延长寿命[16]。

2.3调节胰岛素/胰岛素样生长因子1信号通路哺乳类动物实验研究表明高血糖和高胰岛素血症是老化的重要因素，生长因子，胰岛素和胰岛素样生长因子1信号分子与长寿相关，热量限制延长寿命的效应可能与降低胰岛素样生长因子1水平有关。体内外研究均提示二甲双胍可以影响胰岛素/胰岛素样生长因子1水平，降低肿瘤发生。哺乳动物中胰岛素/胰岛素样生长因子1信号通路可以改变寿命，这条信号通路在线虫模型中得到证实，它与葡萄糖的营养状态相关[17]。相关信号的减少延长了线虫、果蝇和小鼠的寿命。在小鼠中降低胰岛素样生长因子1水平也能延长寿命，包括延缓肿瘤的发生和维持免疫功能，维持年轻认知状态[18]。叉形头转录因子(FOXOs)是此信号通路关键因素，营养状况决定FOXOs在细胞中的定位，可以是位于细胞浆或细胞核。尽管此信号通路在人类中仍不清楚，信号通路中相关基因改变与血浆中低的胰岛素样生长因子1水平相关[19]。二甲双胍是临床治疗糖尿病药物，但是它却涉及许多老化相关机制，其中某些机制与葡萄糖代谢相关，二甲双胍可以降低胰岛素水平，降低胰岛素样生长因子1信号水平，延长寿命。

2.4减少活性氧(ROS)的产生二甲双胍延长寿命的另一种机制可能是减少ROS的产生。二甲双胍和呼吸链复合物1如何在分子水平相互作用仍然不知道，二甲双胍通过抑制电子传递链复合物1，减少传递电子数量以及阻止电子转移减少ROS的产生，减轻DNA累积性损伤。二甲双胍能减轻百草枯诱导的内源性ROS升高，但不能降低过氧化氢诱导的外源性ROS升高。二甲双胍活性的基本作用位点是呼吸链复合体1，可以抑制氧化磷酸化。二甲双胍均能够降低百草枯诱导的AMPKα+/+和AMPKα-/-的两种细胞ROS升高，所以二甲双胍可以不依赖AMPK途径降低内源性ROS，这种效应为非依赖AMKP激活模式。癌基因Ras会诱导ROS产生，损伤DNA，二甲双胍可以降低Ras表达细胞的ROS的形成和降低DNA的损伤，而不是减轻ROS的毒性[20]。另外，二甲双胍激活培养的SH-SY5Y细胞AMPK的活性，诱导细胞自噬作用和清除线粒体ROS[21]。

2.5调节SIRTs表达SIRT通路最早在酵母中被发现可调节寿命，多种SIRT可以调节线粒体的功能，影响寿命。SIRT家族是一类依赖NAD(+)酶类，对年龄相关疾病起着保护重要的保护作用。哺乳动物SIRT蛋白(SIRT2)起着调节代谢和老化作用。酵母中SIRT2、SIRT3及SIRT4基因突变，间接导致DNA突变，缩短酵母寿命[22]。SIRT1是一种细胞代谢调节器，在胰岛素耐受时其水平是降低的，SIRT1上调能提高胰岛素的敏感性。SIRT1起着脱乙酰作用，能够影响调节细胞代谢的关键转录因子[23]。SIRT3是一种线粒体脱乙酰酶，是能量限制饮食中保持线粒体谷胱甘肽抗氧化系统的一个关键成分[24]。所以SIRTs控制细胞代谢和细胞稳定起着非常重要作用，SIRTs是一种长寿基因。在ob/ob小鼠中，二甲双胍明显改善小鼠体质量和葡萄糖的稳定，激活SIRT1，促进自噬作用[25]。

总之，目前已有的研究初步显示二甲双胍通过与热量限制相关的方式，激活AMPK、抑制mTOR及其下游的相关分子发挥其抗炎、保护心血管疾病、抗肿瘤以及抗衰老等作用，这使得二甲双胍有希望成为一个抗衰老药物。