16．1．5　自由基與衰老

人類機(jī)體的衰老是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，因而研究衰老的原因就有各種不同的學(xué)說(shuō)，如免疫學(xué)說(shuō)、中毒學(xué)說(shuō)、自由基學(xué)說(shuō)。它們各有各的理論及證據(jù)，成為衰老與抗衰老研究的幾個(gè)主要方面。尤其是自由基學(xué)說(shuō)，近年來(lái)更引起人們的注意。

衰老的自由基學(xué)說(shuō)是經(jīng)得起實(shí)踐考驗(yàn)的第一個(gè)衰老理論。這一理論是Denham Harman于1956提出的。這個(gè)理論主要認(rèn)為隨著年齡增大的退行性變化是由于自由基的副作用所引起的。在正常情況下，機(jī)體內(nèi)自由基的產(chǎn)生與消失是處于動(dòng)態(tài)平衡的。一方面，自由基包括氧自由基在內(nèi)在正常細(xì)胞新陳代謝中不斷地產(chǎn)生，并且參與了正常機(jī)體內(nèi)各種有益的作用，如機(jī)體防衛(wèi)作用、某些生理活物質(zhì)的合成等。在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育階段或正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段，即使某種自由基的產(chǎn)生多了一些，也會(huì)被機(jī)體內(nèi)的各種自由基清除劑所清除而不至于損害人體健康。這類自由基清除劑包括一系列酶如SOD、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等，以及一些小分子有機(jī)抗氧劑如維生素A、維生素E、維生素C、谷胱甘肽、半胱氨酸等。當(dāng)機(jī)體衰老時(shí)，或者是自由基產(chǎn)生稍高于平常，或者是由于某一環(huán)節(jié)變得薄弱，機(jī)體內(nèi)清除自由基的能力出現(xiàn)急性或慢性減弱，從而清除不了多余的自由基，這樣就使自由基的產(chǎn)生與消除失去了平衡。過(guò)剩的自由基可對(duì)構(gòu)成組織細(xì)胞的生物大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞性作用。隨著破壞層次的逐步擴(kuò)展，會(huì)損傷正常組織形態(tài)和功能的完整性。當(dāng)損傷程度超過(guò)修復(fù)能力或機(jī)體喪失其代償能力時(shí)，組織器官的機(jī)能就逐步發(fā)生紊亂及障礙，表現(xiàn)出機(jī)體逐漸趨于衰老。

衰老是一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程，自由基學(xué)說(shuō)只能解釋其部分現(xiàn)象，還不能解釋衰老過(guò)程的全部表現(xiàn)。但自由基促使衰老過(guò)程加快的作用是確切的，而且有實(shí)驗(yàn)依據(jù)。自由基可通過(guò)各種機(jī)理對(duì)機(jī)體施以破壞作用。由自由基所引起的結(jié)締組織大分子的交聯(lián)會(huì)阻礙營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散并損傷組織的活性。自由基對(duì)DNA的破壞、交聯(lián)所引起的突變可導(dǎo)致體細(xì)胞突變并使主要酶的表達(dá)缺失，引起機(jī)體死亡。氧自由基引起的膜脂類的過(guò)氧化作用會(huì)引起亞細(xì)胞器完整性的喪失和細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化脂蛋白碎屑（脂褐素）的積聚，而后者則會(huì)損傷細(xì)胞的功能。對(duì)細(xì)胞施加連續(xù)性的氧化應(yīng)力會(huì)使能量的轉(zhuǎn)移成為必需，從而減少了正常的生物合成過(guò)程、修復(fù)過(guò)程所需能量的供應(yīng)。對(duì)氧敏感的—SH基的氧化會(huì)引起細(xì)胞臨界專一功能（如有絲分裂時(shí)細(xì)胞質(zhì)的微管的集合和分散）的喪失而使細(xì)胞受損，等等。

16．1．5．1　SOD與抗衰老

人類的壽命受多種因素影響。在自由基生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中，SOD被認(rèn)為是人體中不可缺少的具有特殊生物活性的酶，它能分解自由基，是清除衰老啟動(dòng)因子————最有效、最重要的酶之一。

早在1955年，Harman就提出衰老與自由基有關(guān)。在機(jī)體中，不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸豐富得多，它們主要分布于生物膜上，如線粒體膜、溶酶體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。機(jī)體衰老時(shí)，由于自由基的不平衡，會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)多種不飽和脂肪酸的過(guò)氧化，尤其是生物膜上的多種不飽和脂肪酸發(fā)生過(guò)氧化作用，使膜結(jié)構(gòu)起變化，導(dǎo)致膜功能嚴(yán)重受損而使機(jī)體處于不正常狀態(tài)。Cutler等研究了12種靈長(zhǎng)類和2種嚙齒類動(dòng)物后，認(rèn)為SOD的活性與其壽命成正比，這意味著防御的能力越強(qiáng)，氧耗越少，則物種壽命越長(zhǎng)。幾十年前，由美國(guó)國(guó)立老年醫(yī)學(xué)研究所克特拉博士、東京大學(xué)小野博士等人研究證明，體內(nèi)SOD總量水平越低則壽命越短。在生理需要量?jī)?nèi)，適當(dāng)增加SOD活性和含量對(duì)于延長(zhǎng)壽命有積極意義。

人和幾種動(dòng)物器官內(nèi)SOD的總量和平均壽命見(jiàn)表16－1。

表16－1　人和動(dòng)物的平均壽命與SOD含量的關(guān)系

1956年，Harman從輻射生物學(xué)的研究出發(fā)，首次提出老化的自由基學(xué)說(shuō)。他認(rèn)為機(jī)體在受到電離輻射等作用時(shí)可產(chǎn)生自由基，在體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)中也有2%～5%的氧會(huì)產(chǎn)生，衰老的過(guò)程也可能就是細(xì)胞和組織中不斷進(jìn)行著的自由基所致?lián)p傷的總和。用加有自由基清除劑的飼料飼養(yǎng)小鼠，可延長(zhǎng)壽命。美國(guó)著名生物學(xué)家、“SOD之父”Fridovich經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：SOD是人類戰(zhàn)勝疾病與衰老的鑰匙。這一結(jié)論在國(guó)際生物學(xué)界引起了巨大的震動(dòng)，開創(chuàng)了自由基與抗自由基研究的新紀(jì)元。

16．1．5．2　年齡變化與SOD的關(guān)系

研究表明，年齡與SOD含量之間的變化確有一定規(guī)律：隨著年齡的增長(zhǎng)，人體中SOD含量呈逐漸降低的趨勢(shì)，特別是在疾病患者和老年人中更是如此。腫瘤患者的體內(nèi)SOD含量?jī)H為正常人的三分之一；老年人體內(nèi)SOD總體水平也只是中年人的二分之一。

A．衰老期間的SOD變化

縱觀1969年以來(lái)的文獻(xiàn)資料，可以發(fā)現(xiàn)資料中普遍認(rèn)為，衰老期間的確存在著SOD的變化，不僅表現(xiàn)為SOD活性和含量在一定程度上的減少，而且表現(xiàn)為SOD的生物學(xué)特性發(fā)生變化。衰老期間人體紅細(xì)胞中SOD含量及活性較青壯年時(shí)顯著降低（見(jiàn)表16－2，表16－3）。

表16－2　不同年齡段人紅細(xì)胞中的SOD含量

表16－3　不同年齡段人紅細(xì)胞中的SOD的活性

SOD活性隨年齡增加而下降，與許多因素有關(guān)，包括：①隨著年齡遞增至衰老期后，機(jī)體中各個(gè)臟器的SOD活性下降；②老年人體內(nèi)自由基生成增加，SOD破壞或消耗增加；③老年人體內(nèi)SOD生物學(xué)特性發(fā)生變化，無(wú)活性SOD增加，導(dǎo)致SOD功能減弱；④衰老紅細(xì)胞非酶性糖基化作用增強(qiáng)，導(dǎo)致SOD活性下降。除此之外，衰老期間SOD活性下降，也集中反映了老年人體內(nèi)的生理特點(diǎn)，這對(duì)于探索自由基導(dǎo)致衰老的機(jī)理可能具有重要作用。

B．SOD抗衰老的機(jī)制

有關(guān)衰老的學(xué)說(shuō)不下八九種，它們?nèi)寂c自由基有關(guān)聯(lián)。Harman最早提出了衰老與自由基有關(guān)，后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)自由基與衰老確有明顯的關(guān)系，一些科學(xué)家甚至認(rèn)為自由基是引起衰老的主要原因。過(guò)量的氧自由基對(duì)生物體所產(chǎn)生的危害主要包括三方面：首先，氧自由基攻擊蛋白質(zhì)會(huì)導(dǎo)致特定氨基酸殘基氧化、肽鏈斷裂、反應(yīng)產(chǎn)物交聯(lián)和蛋白質(zhì)電荷數(shù)改變，由此引發(fā)蛋白質(zhì)的損傷；其次，氧自由基能夠誘導(dǎo)DNA裂解、缺失突變或其他致死突變；第三，氧自由基會(huì)對(duì)生物膜進(jìn)行攻擊。自由基能促使體內(nèi)脂褐素生成，脂褐素在皮膚細(xì)胞中堆積即形成老年斑，在腦細(xì)胞中堆積會(huì)引起記憶力減退或智力障礙，甚至出現(xiàn)老年癡呆癥。自由基還可導(dǎo)致老年人皮膚松弛、皺紋增多、骨質(zhì)再生能力減弱、視網(wǎng)膜病變、老年性視力障礙（如眼花、白內(nèi)障）。而且，自由基還可引起器官組織細(xì)胞老化和死亡。老年人感覺(jué)與記憶力下降、動(dòng)作遲鈍及智力障礙的一個(gè)重要原因就是由于過(guò)多的自由基導(dǎo)致了神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量大量減少。

在生理情況下，機(jī)體內(nèi)可產(chǎn)生少量的氧自由基，能被體內(nèi)的抗氧化酶或抗氧劑迅速清除，一般不會(huì)產(chǎn)生細(xì)胞損傷作用。但是，隨著年齡的增長(zhǎng)，由于抗氧化酶活性不斷下降，體內(nèi)產(chǎn)生的過(guò)量氧自由基無(wú)法得到及時(shí)清除，以致大量的迅速與機(jī)體內(nèi)的核酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、脂質(zhì)等產(chǎn)生反應(yīng)，生成氧化物或過(guò)氧化物。生物膜中不飽和脂肪酸被氧化生成過(guò)氧化物時(shí)，可使細(xì)胞膜的通透性改變和線粒體、微粒體膜膨脹破裂，造成細(xì)胞代謝和功能形態(tài)的改變，從而引起細(xì)胞的衰老和死亡。脂質(zhì)過(guò)氧化作用能使結(jié)締組織中的膠原蛋白產(chǎn)生交聯(lián)而收縮，使皮膚發(fā)皺、酶活性降低、蛋白質(zhì)變性。過(guò)氧化脂質(zhì)還可與蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)形成脂褐素，沉積于腦、心肌、骨骼肌、腎上腺、睪丸、卵巢、肝、腎等細(xì)胞內(nèi)，最終會(huì)破壞細(xì)胞的正常代謝，加速細(xì)胞乃至整個(gè)機(jī)體的衰老進(jìn)程。此外，許多衰老學(xué)說(shuō)都提到細(xì)胞DNA或基因的損傷是導(dǎo)致衰老的原因，這種損傷的起因也在于活性氧，DNA受到活性氧的攻擊后產(chǎn)生8－羥基去氧鳥嘌呤核苷，該物質(zhì)的含量越低，人的壽命越長(zhǎng)。

SOD是人體清除的酶，是一種金屬酶類，按所結(jié)合金屬的不同，主要有Cu，Zn－SOD、Mn－SOD和Fe－SOD三種，在低等生物中尚存在Ni－SOD。這些SOD都能催化自由基發(fā)生歧化作用而生成O₂與H₂O₂，而后者又被體內(nèi)的另幾種抗氧化酶如CAT、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPx）及谷胱甘肽還原酶（GSH－R）等清除，因而SOD是體內(nèi)防止自由基損傷的第一道防線，是生物體內(nèi)最重要的抗氧化酶。SOD作為抵御最有效、最重要的抗氧化酶之一，能有效清除老年機(jī)體代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的過(guò)量，延緩由于自由基侵害而出現(xiàn)的衰老現(xiàn)象。