二甲雙胍（metformin）是著名的降糖藥，主要用來治療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生物的壽命，這已在線蟲、大鼠和小鼠中得到證實。如此說來，二甲雙胍堪稱“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）剛剛在線發(fā)表的一篇最新論文，揭示二甲雙胍通過“線粒體低毒興奮效應(yīng)”促進線蟲延壽，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)是對細(xì)胞抗氧化成分的誘導(dǎo)。事實上，有關(guān)二甲雙胍在動物中表現(xiàn)長壽效果的報道時有耳聞，只不過每篇論文各自所闡述的機理都不同，或者說大家所站的角度各異，實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)于二甲雙胍的長壽機理，今年這一篇說是二甲雙胍促進線粒體產(chǎn)生活性氧，而活性氧又誘導(dǎo)抗氧化酶（PNAS）；去年的一篇文章說是二甲雙胍可抑制衰老細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子（AgingCell），另一篇文章說二甲雙胍抑制了細(xì)菌（線蟲食物）的葉酸及甲硫氨酸代謝（Cell）。

　　二甲雙胍促進長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(jié)論？以下就結(jié)合我們在酵母及小鼠中開展的抗衰老研究作一番深度解讀，先從幾個專業(yè)術(shù)語說起。

　　線粒體低毒興奮效應(yīng)（mitohormesis）

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

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

　　人們早已發(fā)現(xiàn)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(dāng)然了。也就是說，二甲雙胍也應(yīng)該能促進活性氧產(chǎn)生，以及誘導(dǎo)抗氧化酶表達，從而發(fā)揮“線粒體低毒興奮效應(yīng)”。

　　作者曾用低劑量過氧化氫處理酵母，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它能使酵母壽命輕微延長，其間抗氧化酶基因表達上調(diào)，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(xì)胞自身的抗氧化能力。

　　線粒體解偶聯(lián)（mitochondrial uncoupling）

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

　　原來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，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，它實際上是通過部分抑制呼吸鏈上的復(fù)合物I（Complex1,C1）間接激活A(yù)MPK，因為此時電子傳遞受阻，氧化磷酸化無法進行，ATP合成減少，導(dǎo)致AMP/ATP升高。前述DNP導(dǎo)致ATP無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(qū)動力。

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

　　線粒體增殖（mitochondrial biogenesis）

　　對于線粒體低毒興奮效應(yīng)產(chǎn)生的原因，目前要么不解釋，要么解釋不清。早在10年前，意大利人Nisoli就提出“一氧化氮促進線粒體增殖”的假說，并得到后續(xù)實驗的證實，但最近有好幾篇論文質(zhì)疑是否存在線粒體增殖，其中有一篇Cell文章聲稱，長期熱量限制可以維持線粒體功能，但未見線粒體數(shù)目增加。

　　其實，他們的結(jié)論都不算錯，但各自只強調(diào)現(xiàn)象的存在，而未深究這種現(xiàn)象的動態(tài)變化。作者在酵母中發(fā)現(xiàn)，短期（12小時）熱量限制確實可見線粒體功能亢進，而長期熱量限制（72小時）卻使線粒體功能衰退，由此提出線粒體針對熱量限制的“雙期響應(yīng)”（dual-phaseresponse）模式。在對數(shù)生長期，熱量限制主要是誘導(dǎo)抗氧化酶活性升高，呼吸鏈組分表達增加，而對數(shù)生長后期則出現(xiàn)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(jié)果是，前期有線粒體數(shù)量增殖，而后期僅有線粒體功能維持，從而合理地解釋了過去有關(guān)“營養(yǎng)供應(yīng)減少導(dǎo)致物質(zhì)代謝增加”結(jié)論的矛盾。我們認(rèn)為，正是由于早期線粒體增殖才放大了線粒體氧化損傷的“危險信號”，只有大量活性氧釋放才會誘導(dǎo)更多抗氧化酶合成。作者還發(fā)現(xiàn)，熱量限制確實能高效誘導(dǎo)線粒體中的含錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）。同樣，PNAS文章介紹的在線蟲中所做的工作顯示，二甲雙胍也可以誘導(dǎo)具有抗氧化作用的過氧化氧還蛋白PRDX-2表達。

　　至于線粒體增殖的機理，一般認(rèn)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(dǎo)致mTOR阻遏。在熱量限制過程中，AMP和NAD雙雙增加，可同時活化轉(zhuǎn)錄因子PGC-1α，啟動線粒體轉(zhuǎn)錄與翻譯，最終導(dǎo)致線粒體增殖。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(dāng)于激活A(yù)MPK。

　　一氧化氮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（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(xiàn)，它是通過激發(fā)一氧化氮與呼吸鏈上復(fù)合物V中細(xì)胞色素c氧化酶的血紅素輔基結(jié)合而發(fā)揮作用的。在此過程中，首先是熱量限制導(dǎo)致線粒體AMP/ATP比值升高，使AMPK激活，再沿著AMPK→Rac1→Akt→eNOS信號通路促進一氧化氮合成。也就是說，熱量限制的作用是以一氧化氮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為媒介而實現(xiàn)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，竟然獲得類似熱量限制的效果。

　　有趣的是，我們還首次發(fā)現(xiàn)，抗瘧藥青蒿素可以直接結(jié)合細(xì)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(zhuǎn)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，熱量限制是通過一氧化氮與細(xì)胞色素c氧化酶的可逆結(jié)合導(dǎo)致線粒體解偶聯(lián)，而青蒿素則是與細(xì)胞色素c氧化酶共價結(jié)合導(dǎo)致線粒體解偶聯(lián)。