二甲雙胍（metformin）是著(zhù)名的降糖藥，主要用來(lái)治療2型糖尿病，但它對非酒精性脂肪肝病及癌癥等多種人類(lèi)疾病也有潛在治療效果。更神奇的是，二甲雙胍像熱量限制一樣能夠延長(cháng)生物的壽命，這已在線(xiàn)蟲(chóng)、大鼠和小鼠中得到證實(shí)。如此說(shuō)來(lái)，二甲雙胍堪稱(chēng)“神藥”、“仙丹”！

　　今年6月2日，Science Daily網(wǎng)站報道了《美國科學(xué)院院報》（PNAS）剛剛在線(xiàn)發(fā)表的一篇最新論文，揭示二甲雙胍通過(guò)“線(xiàn)粒體低毒興奮效應”促進(jìn)線(xiàn)蟲(chóng)延壽，其關(guān)鍵環(huán)節是對細胞抗氧化成分的誘導。事實(shí)上，有關(guān)二甲雙胍在動(dòng)物中表現長(cháng)壽效果的報道時(shí)有耳聞，只不過(guò)每篇論文各自所闡述的機理都不同，或者說(shuō)大家所站的角度各異，實(shí)際上可能都是正確的。

　　以作者手頭掌握的近兩年新發(fā)表的3篇相關(guān)論文為例，關(guān)于二甲雙胍的長(cháng)壽機理，今年這一篇說(shuō)是二甲雙胍促進(jìn)線(xiàn)粒體產(chǎn)生活性氧，而活性氧又誘導抗氧化酶（PNAS）；去年的一篇文章說(shuō)是二甲雙胍可抑制衰老細胞產(chǎn)生促炎細胞因子（AgingCell），另一篇文章說(shuō)二甲雙胍抑制了細菌（線(xiàn)蟲(chóng)食物）的葉酸及甲硫氨酸代謝（Cell）。

　　二甲雙胍促進(jìn)長(cháng)壽的真正機理究竟是什么？從這些研究能否得出二甲雙胍延壽機理的確切結論？以下就結合我們在酵母及小鼠中開(kāi)展的抗衰老研究作一番深度解讀，先從幾個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)說(shuō)起。

　　線(xiàn)粒體低毒興奮效應（mitohormesis）

　　過(guò)量的活性氧對于細胞而言是有毒物質(zhì)，而少量活性氧卻對細胞有益。過(guò)氧化氫就是最常見(jiàn)的一種活性氧，高濃度可以促進(jìn)細胞凋亡，而低濃度將誘導抗氧化酶表達，反而提高細胞的抗氧化能力。這就是活性氧介導“低毒興奮效應”的簡(jiǎn)單內涵。

　　熱量限制（限食）可以通過(guò)減少線(xiàn)粒體內ATP合成導致AMP/ATP比值升高，由此激活AMP依賴(lài)性激酶（AMPK），使線(xiàn)粒體產(chǎn)生大量活性氧，繼而誘導抗氧化酶表達，最終可以清除活性氧，避免細胞的氧化損傷。這就是過(guò)氧化氫作用于線(xiàn)粒體引起的所謂“線(xiàn)粒體低毒興奮效應”。

　　人們早已發(fā)現二甲雙胍是AMPK的激活劑，因此它能作為熱量限制的模擬化合物發(fā)揮延壽效果就理所當然了。也就是說(shuō)，二甲雙胍也應該能促進(jìn)活性氧產(chǎn)生，以及誘導抗氧化酶表達，從而發(fā)揮“線(xiàn)粒體低毒興奮效應”。

　　作者曾用低劑量過(guò)氧化氫處理酵母，結果發(fā)現它能使酵母壽命輕微延長(cháng)，其間抗氧化酶基因表達上調，活性升高。相反，有人用抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸（NAC）和叔丁基羥基茴香醚（BHA）處理，卻抵消了二甲雙胍的延壽效果。順便說(shuō)一句，我對人體補充小分子抗氧化劑的益處一直存疑，因為它們把活性氧徹底清除后，反而削弱了細胞自身的抗氧化能力。

　　線(xiàn)粒體解偶聯(lián)（mitochondrial uncoupling）

　　線(xiàn)粒體通過(guò)呼吸鏈電子傳遞產(chǎn)生氫質(zhì)子驅動(dòng)ATP合成的過(guò)程稱(chēng)為線(xiàn)粒體偶聯(lián)。反之，電子傳遞與ATP合成脫節就叫線(xiàn)粒體解偶聯(lián)。最著(zhù)名的線(xiàn)粒體解偶聯(lián)劑是2,4-二硝基苯酚（DNP），多年前它曾作為減肥藥應用于人體，但后因嚴重的副作用而被棄用。如果把握好劑量，這個(gè)老藥的減肥及延壽效果還真不錯。

　　原來(lái)人們只知道二甲雙胍是AMPK的激活劑，但并不知道是直接激活還是間接激活，近年來(lái)的研究發(fā)現，它實(shí)際上是通過(guò)部分抑制呼吸鏈上的復合物I（Complex1,C1）間接激活AMPK，因為此時(shí)電子傳遞受阻，氧化磷酸化無(wú)法進(jìn)行，ATP合成減少，導致AMP/ATP升高。前述DNP導致ATP無(wú)法合成的原因則是它能引起質(zhì)子泄漏而失去能量產(chǎn)生的驅動(dòng)力。

　　半個(gè)月前，作者在Nature載文揭示長(cháng)壽的奧秘一文中介紹，線(xiàn)粒體中α-酮戊二酸可與ATP合成酶結合而抑制其活性，這樣也導致ATP無(wú)法合成。不過(guò)，目前還難以把這個(gè)機制與二甲雙胍或DNP的作用聯(lián)系起來(lái)，或者說(shuō)效果相同，但方式各異。作者在酵母和小鼠中的研究發(fā)現，熱量限制也能引起線(xiàn)粒體解偶聯(lián)，只不過(guò)其作用機理似乎不完全相同（見(jiàn)下）。

　　線(xiàn)粒體增殖（mitochondrial biogenesis）

　　對于線(xiàn)粒體低毒興奮效應產(chǎn)生的原因，目前要么不解釋?zhuān)唇忉尣磺濉Ｔ缭?0年前，意大利人Nisoli就提出“一氧化氮促進(jìn)線(xiàn)粒體增殖”的假說(shuō)，并得到后續實(shí)驗的證實(shí)，但最近有好幾篇論文質(zhì)疑是否存在線(xiàn)粒體增殖，其中有一篇Cell文章聲稱(chēng)，長(cháng)期熱量限制可以維持線(xiàn)粒體功能，但未見(jiàn)線(xiàn)粒體數目增加。

　　其實(shí)，他們的結論都不算錯，但各自只強調現象的存在，而未深究這種現象的動(dòng)態(tài)變化。作者在酵母中發(fā)現，短期（12小時(shí)）熱量限制確實(shí)可見(jiàn)線(xiàn)粒體功能亢進(jìn)，而長(cháng)期熱量限制（72小時(shí)）卻使線(xiàn)粒體功能衰退，由此提出線(xiàn)粒體針對熱量限制的“雙期響應”（dual-phaseresponse）模式。在對數生長(cháng)期，熱量限制主要是誘導抗氧化酶活性升高，呼吸鏈組分表達增加，而對數生長(cháng)后期則出現糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸等主要物質(zhì)分解代謝增強、合成代謝減弱的趨勢。

　　作者的結果是，前期有線(xiàn)粒體數量增殖，而后期僅有線(xiàn)粒體功能維持，從而合理地解釋了過(guò)去有關(guān)“營(yíng)養供應減少導致物質(zhì)代謝增加”結論的矛盾。我們認為，正是由于早期線(xiàn)粒體增殖才放大了線(xiàn)粒體氧化損傷的“危險信號”，只有大量活性氧釋放才會(huì )誘導更多抗氧化酶合成。作者還發(fā)現，熱量限制確實(shí)能高效誘導線(xiàn)粒體中的含錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）。同樣，PNAS文章介紹的在線(xiàn)蟲(chóng)中所做的工作顯示，二甲雙胍也可以誘導具有抗氧化作用的過(guò)氧化氧還蛋白PRDX-2表達。

　　至于線(xiàn)粒體增殖的機理，一般認為受兩條信號通路控制：一條是AMPK通路，另一條是SIRT1通路，前者受AMP激活，后者受NAD激活。其中，AMPK激活就導致mTOR阻遏。在熱量限制過(guò)程中，AMP和NAD雙雙增加，可同時(shí)活化轉錄因子PGC-1α，啟動(dòng)線(xiàn)粒體轉錄與翻譯，最終導致線(xiàn)粒體增殖。因此，SIRT激活劑白藜蘆醇有延壽作用，就很容易理解了。至于為什么雷帕霉素也能延壽，是因為它能抑制mTOR，這相當于激活AMPK。

　　一氧化氮信號轉導（nitric oxide signaling）目前對于熱量限制的作用機理尚不完全清楚，但我們在小鼠和酵母中的研究發(fā)現，它是通過(guò)激發(fā)一氧化氮與呼吸鏈上復合物V中細胞色素c氧化酶的血紅素輔基結合而發(fā)揮作用的。在此過(guò)程中，首先是熱量限制導致線(xiàn)粒體AMP/ATP比值升高，使AMPK激活，再沿著(zhù)AMPK→Rac1→Akt→eNOS信號通路促進(jìn)一氧化氮合成。也就是說(shuō)，熱量限制的作用是以一氧化氮信號轉導為媒介而實(shí)現的。難怪我們用一氧化氮合成前體精氨酸或一氧化氮供體硝普鈉處理小鼠時(shí)，竟然獲得類(lèi)似熱量限制的效果。

　　有趣的是，我們還首次發(fā)現，抗瘧藥青蒿素可以直接結合細胞色素c氧化酶的血紅素輔基，從而完全模擬熱量限制對酵母的延壽作用。經(jīng)基因表達譜芯片及定量轉錄產(chǎn)物擴增驗證，青蒿素與熱量限制之間有很多重疊及相似的變化模式。不難看出，熱量限制是通過(guò)一氧化氮與細胞色素c氧化酶的可逆結合導致線(xiàn)粒體解偶聯(lián)，而青蒿素則是與細胞色素c氧化酶共價(jià)結合導致線(xiàn)粒體解偶聯(lián)。