从药食同源探讨抗衰老中药激活AMPK通路改善能量代谢的潜在机制

1、从“药食同源”探讨抗衰老中药激活AMPK 通路改善能量代谢的潜在机制摘要 关于中药的抗衰老功效， 已经有许多相关报道， 但是对于其物质基础及作用机制尚未明确阐明。腺苷酸活化 蛋白激酶(AMPactivated protein kinase , AMPK)是能量代 谢的感受器，能够延长寿命这一效应，在不同实验中都得到 相应的证实。过表达或用二甲双胍激活AAK2/AMPK 均有延长线虫、果蝇寿命的功效。AMPK抗衰老的可能下游通路包括TOR/S6k途径、FOXOs途径、CRTC途径等。中医药核心理 念之一为治未病，其表现之一即是以药食同源方式改善机体， 由此达到长寿的目的。部分药食同源药物有可能通

2、过激活 AMPK以达到养生，延长寿命的目的。经过总结发现，相关 中药复方中丹参、黄芪、黄连、茯苓、白术、大黄、人参使 用频率较高，并且补虚活血类药物占主导。采用 ingenuity pathway analysis ( IPA)网络药理学软件分析，间接作用于 AMPK靶蛋白而非其上下游通路的单体药物有黄连素、大黄 素、姜黄素、白藜芦醇、虫草素、牛蒡子苷元等 6 个，在一 定程度上说明药食同源药物通过AMPK通路延长寿命的可行性。该文综合数据库查询和 IPA网络药理学软件分析对具有 激活AMPK通路来延缓衰老功能的中药单体及组分进行了归 纳和总结，并基于中医药“药食同源”的理念将这些药物可能通过

3、改善能量代谢对于延缓衰老的影响进行了展望。关键词AMPK;衰老；中药；能量摄入限制衰老的机制、抗衰老的方式一直是人们的研究热点 1 目前，公认唯一延缓衰老的方式就是减少能量的摄入。衰老 学说包括端粒学说、自由基学说、DNA损伤学说等。其中，端粒主要功能可能是维护染色体完整和稳定，控制细胞分裂 周期。DNA每次复制时，DNA会减短，而当端粒完全耗尽时， 细胞启动凋亡机制。端粒长短可能预示细胞的分裂潜力和衰 老2。自由基学说指随着机体衰老 SOD能力下降，机体脂质， DNA，RNA等氧化损伤，导致机体功能不足，随着机体损伤 积累，最终造成脏器功能损失等 3。DNA损伤学说指DNA （如mtDNA）

4、修复损伤能力下降，损伤 DNA积累，最终造 成机体功能异常引发衰老 4 。中药抗自由基药物报道较多， 但其明确抗衰老效果研究较少， 以端粒及DNA损伤角度进行 的抗衰老中药研究并未发现。近期研究还表明， 端区与衰老密切相关。减少能量摄 入所带来的抗衰老功效的机制涉及激活线粒体未折叠蛋白 效应（UPRmt）、激活腺苷酸活化蛋白激酶（ AMPK）通路和 激活sirtl通路等。其中，活化 AMPK延缓衰老可能得益于 AMPK通路对能量代谢起到的重要作用。延缓衰老是传统中 医养生的目标之一。其中药食同源是中医传统思想之一。本 文对能够活化 AMPK 中药加以总结，并对其以“药食同源” 方式延缓衰老进行

5、展望。1 腺苷酸活化蛋白激酶与中药抗衰老11AMPK 在衰老中的机制 5AMPK 是一种保守的蛋白激酶，存在于大多数的真核细 胞，在各种代谢相关的组织器官中呈现多效性，参与多种物 质代谢的调节，能通过影响细胞物质代谢的多个环节维持细 胞能量供求平衡，有“能量的感受器”之称6 。AMPK 蛋白均以一种异源三聚体复合物的形式存在，包 括一个a催化亚基、一个B调节亚基和一个 丫调节亚基。人 类和啮齿动物分别由不同的基因表达2种亚型的a亚基和B亚基(a 1，a 2 ； B 1, B 2) , 3种亚型的丫亚基(Y 1 , Y 2, Y 3)o a亚基N末端包含一个保守的 Ser/Thr激酶区，其中 一

6、个保守的苏氨酸(Thr172)位点，该位点的磷酸化是其激 酶活性所必需的 78 o在不同模型中，激活 AMPK 能够延长寿命都得到相应的 证实。对于模式生物研究显示，哺乳动物AMPK及其在线虫的直系同源AMPactivated kinase2 (AAK2)对长寿起着关键 性的调节作用。过表达或用二甲双胍激活AAK2/AMPK都有延长线虫、果蝇寿命的功效。在线虫体内高表达AMPK的同源蛋白AAK2可以促使线虫寿命延长，它可以在高热量饮食 条件下起到模拟能量摄入限制的效果 914o敲除AMPKa 2导致小鼠代谢紊乱，并且危害其健康和寿命 15 。与之相对，给予二甲双胍的啮齿类动物可能通过 预防癌症

7、以及心血管疾病延长寿命 1617 。给予二甲双胍的 雌性高血压模型 SHR大鼠与空白组相比， 肿瘤发生概率大约 减少10%。在正常与发生肿瘤的雌性SHR大鼠中，二甲双胍可分别延长寿命128%，54%。因此，激活AMPK对延长寿命 具有一定作用。值得注意的是，上调AMPK所产生的延寿效果并不具有组织特异性。体内脂肪或肌肉特异性上调 AMPK 表达有助于提高果蝇的寿命 13。而在肠道内高表达 AMPK 的结果与在脂肪和肌肉上高表达AMPK的结果一致14。AMPK活化上游通路主要是被 liver kinase B1（ LKB1）18 和 calcium/calmodulindependent kin

8、asekinase b （ CaMKKb） 19激活，但在能量胁迫下，LKB1是AMPK主要的激酶20。 AMPK抗衰老主要通过 T0R/S6k途径、FOXOs途径、CRTC途 径等实现 21 。111TOR/S6k途径研究显示，抑制TOR通路可以延长线虫、 果蝇等寿命22。TOR是苏氨酸/丝氨酸蛋白激酶，属于磷脂 酰肌醇 3 激酶相关激酶蛋白家族。 在营养丰富等情况下， TOR 活化能够协调促进细胞生长进程。一定程度上，TOR通路和AMPK通路对营养调节功能起相反作用。在低能量状态下，激活AMPK也能起到抑制TOR通路的 功效，主要有2种方式：AMPK磷酸化激活TSC2（ tuberous

9、sclerosis protein 2),进而起到抑制 TORC1的作用； AMPK 磷酸化直接抑制 TORC1。此外，TORC1的下游蛋白S6K能够促使 AMPKa 2(Ser491)磷酸化，这将抑制 Thr172的磷酸化。因此，抑制TORC1能够从另一个角度活化 AMPK21。112FOXOS途径FOXOs是Fork head box转录因子，其促进长寿主要通过 调节下游靶基因实现。采用RNAi技术敲除这些下游基因之后，模式生物的生命缩短 10%20%。在线虫及果蝇中，FOXOs 家族调控被抑制 Ins/IGF1(reduced insulin/IGF1 signaling ， rIIS)

10、 通路活化，并且它在 rllS所介导的长寿中是必需的。在线虫 与哺乳动物体内，AMPK可以直接磷酸化或通过 sirt1对FOXOs 去乙酰化间接激活 FOXO 家族23，从而产生相关基因转录 水平的改变。113CRTC途径环腺苷酸应答元件结合蛋白转录共激活因 子( cAMPresponsive elementbinding protein ， CREB) regulated transcriptional coactivators( CRTC)s 是首个被确认的 CREB共激活因子，它能够促进转录元件聚集到CREB靶标位置，从而促进CREB靶基因的转录24。CRTCs调节众多的生理学 功能，诸

11、如能量平衡、线粒体生物合成、内质网应激等。最 新研究表明CRTCs与 AMPK活化介导长寿相关25。在低营养与 AMPK活化条件下，CRTC(线虫CRTC家族 成员)呈现钝化状态。而敲除CRTC1上 AMPK靶点丝氨酸S76与S179后，会使CRTC1保持活化状态，减少 AMPK介导的长寿效应。12 中药抗衰老 传统中医药长寿理念之一是保持生命健康状态，即养生， 治未病。素问 ?四气调神大论 ：“是故圣人不治已病治未病， 不治已乱治未乱，此之谓也”则很明确的体现了这种思维。 中医长寿依靠养生，药食同源则是养生的方式之一。唐朝时期的黄帝内经太素一书中写道： “空腹食之 为食物，患者食之为药物”

12、，反映出“药食同源”的思想。 传统中医认为，中药与食物皆有四性五味的特性，食物与药 物并未有非常明确的界限。药疗与食疗在传统中医中也并未 有明确界限。现代营养学和药理学研究为“药食同源”这一 概念提供物质基础与分子机制。中药(traditional Chinese medicine , TCM)药食同源延缓衰老这一做法较为熟知，但其物质基础及分子机制尚不明 确。对于中药抗衰老的功效，部分研究认为它可能是通过改 变能量代谢来进行的26。而AMPK正是细胞内能量代谢的“感受器”，激活AMPK能够促使机体产生模拟能量摄入限 制的状态，而部分中药又能够激活 AMPK。因此，本文从AMPK 激活角度，对

13、抗衰老中药进行解读，并对其药食同源可行性 进行分析，见图 1。迄今为止的研究中，部分中药已经明确 证实能够激活 AMPK，但活化AMPK延长寿命的中药综述尚 未见报道。为能够对“中药抗衰老”提供相对明确的研究方 向，本文以激活 AMPK 通路中药为核心，以“ AMPK 中药” 为关键词，在 PubMed 上检索到文献 69 篇，可用 24 篇。在 CNKI数据库检索到文献 484篇，归纳整理后可用文献 25篇。2 激活 AMPK 的复方中药、单味中药或有效组分21 复方中药激活AMPK通路不只对于延缓衰老具有一定功效，也可 以作为糖尿病的靶点，改善糖尿病人高血糖症状。因此包括 糖肝康等糖尿病药

14、物的复方中药具有激活AMPK信号途径的功效。从整体来看，明确激活 AMPK 的复方中药、单味中药 及单体中药虽不全面，但已具阶段性结果，见表1。经过分析发现，该类复方中丹参、黄芪、黄连、茯苓、白术、大黄、人参使用频率较高，故可能是活化AMPK活性物质的重要来源。但因为复方中药是由多味药物组成，能够 活化AMPK通路的具体单味中药/组分或其单体结构有待进 一步阐明。22 有效组分或单体复方中药含有多味药物，且每味药物中含有多种物质。 其物质基础与分子机制同二甲双胍或白藜芦醇等激活 AMPK 通路的药物对比，并未十分明确。这制约了对激活AMPK通路中药药物研究的进展。近年来，有学者从中药有效组分或

15、 单体着手，发现部分中药组分或单体能够起到激活AMPK通路的作用，总结见表 2表 2 提示，黄芪中黄芪多糖，黄连中黄连素，姜黄中姜 黄素，芒果中芒果苷，川芎中川芎嗪，冬虫夏草中虫草素， 桔梗中桔梗皂苷 D,胡椒中胡椒碱，大黄中大黄素，人参中 人参皂苷CK凤尾草中柚皮素70 B D葡萄糖苷可能是上述 单味药中促使 AMPK磷酸化激活状态的起效成分。表 2 中补虚活血类中药占主导地位，提示今后可从该类 中药复方或单味药着手进行更深入的研究，并根据药效不断 对其物质基础及分子机制进行探讨。根据文献报道，白藜芦醇等多酚类物质是AMPK的重要激活剂 71，因此，多酚类物质含量较高的“药食同源”中 药食品

16、也可能是另一着手点。3活化AMPK途径中药在药食同源抗衰老食品 /药品开发 中的潜力激活AMPK通路有可能促进机体产生模拟能量限制状态 进而调控能量代谢延缓衰老。以上对能够激活AMPK通路的中药复方、组分和单体进行的总结表明，部分中药被认为具有抗衰老功效。以此推测，中药有可能通过激活 AMPK通路促进机体模拟能量限制延缓衰老。中医延年益寿思想是养生、治未病，而药食同源是其方 法之一。因此，以药食同源方式激活AMPK通路延长寿命则具有一定的研究可行性 （图 1）。中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会公布了 87 种既可以是药物，也可以是食物 或保健品的物品。表 2 中既是食品又是药品的物品：甘

17、草、玉竹、山药、 大枣、黄精、栀子、 花椒、 干姜、 葛根、 桔梗、 砂仁、 山楂、 木瓜、荷叶、乌梅、肉桂。可用于保健食品的物品：黄芪、白术、白芍、熟地、鳖 甲、菟丝子、杜仲、党参、绞股蓝、 人参、女贞子、淫羊藿、 当归、地骨皮、知母、三七、姜黄、川芎、丹参、红花、大 黄、吴茱萸、牛蒡子、远志、积雪草、茯苓、泽泻、佩兰、 木香、山茱萸。 24Conkright M D ， Canettieri G ， Screaton R， et al. TORCs： transducers of regulated CREB activityJ. Mol Cell ，2003，12（2）： 413.25

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