D半乳糖与衰老研究的进展及临床意义.doc

1D半乳糖与衰老研究的进展及临床意义【关键词】 D 半乳糖;自由基;衰老模型;临床研究正常机体代谢中 D 半乳糖可转变为葡萄糖，参与葡萄糖代谢但过量供给会导致代谢紊乱，使各器官氧化酶的活性改变，形成更多超氧阴离子及各种氧化产物等，引起细胞的损害，以致机体多器官、多系统的功能减退，最终导致衰老的发生D 半乳糖诱导的动物老化模型在国内外广泛应用，其衰老模型动物出现免疫功能低下、基因表达与调控功能异常，细胞生长繁殖能力下降、细胞退行病变、记忆巩固与再现障碍、寿命缩短等临床实践发现 D 半乳糖与一些疾病，如肿瘤的诊断和治疗方面存在着密切的联系〔1〕虽然 D 半乳糖在衰老研究方面应用广泛，但具体机制并不明了本文将对 D 半乳糖在动物体内导致的各种分子生物学变化，结合衰老动物模型和临床应用，对其在衰老方面的研究进展及临床意义作简要综述1 D 半乳糖致衰老的分子机制1.1 诱导自由基 刘晓秋等实验研究发现：D 半乳糖模型大鼠脑、胃、肝、大肠、小肠的线粒体和细胞浆中超氧化物歧化酶(SOD)、脂质过氧化物丙二醛(MDA)、过氧化氢酶(CAT)、黄嘌呤氧化酶(XOD)、过氧亚硝基(ONOO )有显著变化〔2〕。

给大鼠注射 D 半乳糖后，模型组大鼠各脏器自由基的含量在细胞浆变化特点如下，SOD 在脑、大肠中显著降低，胃和肝显著增加，小肠变化不大;MDA 肝脏中含量降低，脑中升高，胃、大肠、小肠变化不大;CAT 在大肠中降低，脑、肝脏、小肠内明显升高，胃中的含量无太大变化;XOD 在胃、肝中降低，大肠和小肠中升高，其中小肠中升高更明显，脑内含量变化不大;过氧亚硝基：脑和大肠降低，肝脏含量2升高，胃、小肠变化不大粒体中，各自由基的变化归纳如下,SOD：脑、大肠的含量大大降低;肝升高，胃和小肠变化不大;MDA:脑、胃、肝都升高;CAT：胃、大肠升高，其他脏器变化不明显;XOD：胃降低，脑、肝、大肠和小肠均升高;过氧亚硝基：在脑、胃和肝脏的含量都降低，大肠和小肠无显著变化，线粒体中的变化程度大于细胞浆同时,D 半乳糖处理组大鼠体内多种抗氧化酶活性下降，Na+/K+ ATP 酶(钠 钾泵)、Ca2+ ATP 酶(钙泵) 、Na+ ATP 酶(钠泵) 、Ca2+含量、一氧化氯(NO)、血管紧张素Ⅱ和胰岛素活性与正常小鼠之间存在显著性差异，Zn2+/Cu2+比值也下降，主要脏器的脂褐素、脂质过氧化物增多，皮肤羟脯氨酸含量降低。

1.2 信号转导机制 在中枢神经系统中，神经生长因子(NGF)通过与转羟乙醛酶 (Trk)受体结合，激活神经元存活信号转导通路，启动磷脂酰肌醇 3 激酶(PI3′K)信号转导途径,通过 PI3′K Akt CREB pCREB 通路,使神经元存活并维持正常功能当各种原因引起神经存活因子减少或损伤性因素如 β 淀粉样蛋白增加时,对信号传导通路的刺激减弱,使多种维持神经元存活的重要蛋白不能随之激活,由此引起神经元功能减退和神经元退行性变研究发现，D 半乳糖模型小鼠海马神经元 PI3′K 信号转导途径中的多种重要蛋白均处于低水平表达〔3〕D 半乳糖还可通过加强半胱天冬酶的介导促进神经 PCD 及抑制神经干细胞迁移核心的神经细胞生成，增加神经细胞的氧化损伤用梯度离心法分离 D 半乳糖模型小鼠海马突触膜上的由放射性物质标记的异喹啉氨甲酰衍生物 PK11195(〔3H〕PK11195)进行单点结合实验和饱和实验，与正常生理盐水对照组比较，海马突触〔3H〕PK11195 结合点明显减少〔4〕 PK111953能够抵抗 Ro5 4864，Ro5 4864 是苯二氮受体的一种，分布粒体膜，高尔基体，溶酶体，过氧化物酶体和突触体片断中并且独立发挥功能。

1.3 羰基毒化衰老学说〔5〕 自由基学说〔6〕认为，D 半乳糖进入体内引起的氧自由基代谢失衡是诱发衰老的主要原因长期人为给与过量 D 半乳糖，使机体和细胞内自由基产生过量，抗氧化酶活力下降和氧化产物积累，导致细胞肿胀、功能障碍、代谢紊乱，体内活性氧水平升高，细胞脂质受损，以致机体多器官、多系统的功能减退，最终导致衰老的发生但很多学者认为自由基学说并不能完全解释 D 半乳糖衰老模型的许多变化，如免疫功能低下等Stadtman〔7〕在进行动物和人的体内蛋白质的老化研究时发现,老龄动物和人体内蛋白质被氧化生成各种产物(其中半胱氨酸和甲硫氨酸对氧化敏感)，出现蛋白羰基积聚，导致各种疾病;羰 氨反应是诸多生物副反应中的一个核心过程，有学者认为提出羰基毒化衰老学说〔5〕该学说认为 D 半乳糖作为葡萄糖的异构体，异常情况下可通过酮 烯醇互变转变为含羰基的醛酮形式,然后通过羰-氨反应与蛋白质交联,其产物进一步脱氨、水解生成不饱和醛酮(如 MDA 等)〔2〕认为蛋白质的羰基化可能主要由于自由基或其他氧化剂直接氧化多肽链上的脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸等残基，使羰基介入蛋白质中;此外，D 半乳糖(还原糖)本身亦可能与蛋白质的赖氨酸残基等反应,经薛夫碱、分子重排形成具备羰基的作用的衍生物。

这种变化可能导致了蛋白质性质和功能的改变1.4 相关基因表达 研究〔8〕证明 D 半乳糖使转录能力降低，原癌基因 H ras和 C fos 表达能力下降，RNA 含量减少利用 cDNA 文库研究 D 半乳糖老化小鼠的基因表达变化，发现谷胱甘肽 S4转运酶和某些蛋白质合成(如:核糖体蛋白 L8，天冬氨酸盐氨基转移酶，苯丙氨酸合成酶等)的基因和能量代谢(包括：丙酮酸脱氢酶 E1 的 α 亚基和中链脂肪酸去氢酵素)基因的表达下调而另外一些蛋白质合成基因(翻译过程的起始因子，RNA解螺旋酶，RNA 基础上的 ATP 酶等翻译启动子)的表达程度却在上升〔9〕此外，在研究 D 半乳糖诱导大鼠白内障形成过程中发现晶状体上皮细胞的C myc 原癌基因高表达〔10〕2 D 半乳糖与实验研究1985 年，我国学者徐黻本〔11〕等首次在延缓衰老药物疗效实验中使用 D 半乳糖模型作为衰老模型目前，D 半乳糖已广泛用于复制脑老化、白内障等实验动物模型2.1 脑和神经系统疾病的动物模型 小鼠皮下注射 D 半乳糖后，出现整体衰老、学习记忆能力减退、脑内乙酰胆碱酯酶活性增加、SOD 活性下降、皮层和海马神经元变性坏死、类老年斑形成等特性，符合阿尔茨海默病(AD)发病特点。

2.2 心脏以及血液系统疾病模型 D 半乳糖诱导乳鼠心肌细胞衰老模型中观察到衰老细胞出现心肌细胞体积增大，跳动频率减缓，细胞代谢也减缓，β 半乳糖苷酶染色呈阳性〔12〕也有研究发现 D 半乳糖预处理的大鼠患肺炎时心脏功能损伤比对照组严重〔13〕用 D 半乳糖制作衰老高黏滞血症(HVS) 实验动物模型，发现衰老模型血液黏、浓、凝、聚的病理改变，并发现衰老模型组在组织病理学方面的改变与衰老反应及 HVS 对血管壁的影响及破坏相关，血液流变学的多个指标改变也与衰老的5程度相关〔14〕 2.3 肝脏疾病模型 D 半乳糖过氧化肝损伤动物模型，主要发现小鼠肝细胞 MDA 含量 SOD、及谷胱甘肽过氧物酶活力的改变，从而导致肝脏的损伤〔15〕2.4 白内障等眼部疾病的动物模型 1978 年，D.C.Kosegarten 用半乳糖饮料诱发白内障形成，此后王淑英等用半乳糖做球后注射也诱发了豚鼠白内障的形成半乳糖诱导白内障狗也成为重要的白内障动物模型〔16〕2.5 耳部疾病模型 利用 D 半乳糖诱导豚鼠发生衰老，导致豚鼠内耳产生老年性聋的病理改变对造模方法进行改进后，发现听觉中枢神经系统也发生了退行性改变，听觉传导通路和皮层中神经核团内的神经细胞萎缩、数量减少、甚至发生核固缩〔17〕。

2.6 其他 D 半乳糖还可以导致衰老大鼠模型肺、肾脏等重要脏器氧化水平和抗氧化能力改变并诱发各种疾病;造成大鼠皮肤老化;发生骨质疏松;导致实验动物高红细胞氧化损伤、高脂血症，在体外延长血小板的保存时间;致使实验动物牙髓组织细胞出现衰老时的退行性变化以及功能的改变;加速动物脾脏、胸腺、淋巴功能老化;造成甲状腺的损伤等3 D 半乳糖与临床疾病3.1 白内障 半乳糖血症患者常常会伴随白内障的早发，并发现半乳糖血症患者体内与眼部疾病相关的十种基因型的突变(P28T,V32M,G36R,T288M,A384P,H44Y,R68C,G346S,G349S,A198V)〔18〕3.2 AD 糖化血红蛋白升高的患者，发展成痴呆症的危险随之升高血糖控制6差的患者，更容易发展成痴呆症对糖尿病的治疗可以有效地延 AD 的发展D 半乳糖制备的 AD 模型〔19〕呈现了衰老、学习记忆能力减退、皮层和海马神经元变性坏死、类老年斑形成、脑内乙酰胆碱酯酶不足、SOD 活性下降等特性具体表现如下：3.2.1 临床症状 脑老化和 AD 患者都出现记忆和学习能力的衰退3.2.2 病理学检查 脑老化时表现为脑回变窄，脑沟加宽，脑室体积扩大。

同时，脑老化时神经元数量减少，神经胶质细胞数量增加，这些变化符合 AD 的特征3.2.3 中枢神经递质相关改变 D 半乳糖小鼠老化后大脑中各种酶活性显著变化，如：乙酰胆碱酯酶活力显著下降AD 患者脑内乙酰胆碱酯酶含量不足，乙酰胆碱酯酶和胆碱乙酰转移酶活性降低，导致中枢神经系统功能障碍，学习记忆能力下降在衰老过程中 γ 氨基丁酸合成酶 谷氨酸脱羧酶的活性在丘脑和基底节、颞叶处也有下降随着年龄增长，递质间调节发生障碍，使神经递质系统内酶的活性出现不平衡，导致不同递质系统间的协调活动出现不平衡3.2.4 基因 已经明确与 AD 疾病相关的基因不仅有载脂蛋白 E 和一淀粉样前体蛋白基因，而且还包括早老基因 1 和早老基因 2 等〔20〕3.3 骨质疏松 先天性半乳糖血症的患者易发生骨质疏松〔21〕D 半乳糖处理过的小鼠,骨钙、磷、镁、锌，骨干重，骨镁/骨干重减少，股骨结构力学和生物力学的指标改变，羟脯氨酸含量明显减少D 半乳糖模型组血清碱性磷酸酶和骨碱性磷酸酶活性与青年对照组比较显著升高(和老龄对照组血清碱性磷酸酶活性比较也有所升高)〔22,23〕7测定 D 半乳糖对雄性大鼠腰椎骨密度和血清睾酮含量影响时，D 半乳糖组的血清睾酮含量降低，但促黄体激素含量却有所下降。

按照正常的反馈机制，当机体的性激素下降时，下丘脑在反馈调节下，分泌促性腺释放激素，促进垂体释放促黄体激素和促卵泡生成素，因此罗红梅等〔24〕认为在性激素下降时，如果促黄体激素不上升，反而有所下降，可以推断下丘脑或垂体功能受损单纯睾丸去除引起的骨丢失是高转换型，因此推测出 D 半乳糖引起骨丢失不仅是因为睾丸受损，睾酮含量降低，而且因为中枢神经系统也受到损伤，整个机体出现了衰老样变化3.4 癌症 临床研究〔25～27〕发现，在胃腺癌、结肠腺癌、结肠直肠癌患者围手术期间以每天 1.9 g/kg BW 的量输注 D 半乳糖，可以大大降低癌症的肝转移和病人的死亡率此外，根据半乳糖的代谢特点，使用注射 18F 标记的 18F 2 脱氧 D 半乳糖的正电子发射型计算机断层扫描显像(FDG PET)发现肿瘤已经成为临床研究的热点〔1〕日本东北大学也正在研究利用 14C 标记的 D 半乳糖进行肝分流的测定4 展 望D 半乳糖在各种衰老动物模型中应用广泛，能够诱导各组织器官的疾病衰老，并且与临床一些疾病也密切相关，但是具体机制还不明了目前对于 D 半乳糖致衰老方面存在着几种学说，其中包括：糖代谢紊乱学说、D 半乳糖中毒学说、自由基学说和羰基毒化衰老学说。

研究 D 半乳糖体内代谢过程，了解其异常代谢途径以及基本致病过程和机体发病的分子机制，不仅可以解决实验动物模型中出现的各种衰老并发症，为实验研究提供优质的动物模型，也将为各种老年病以及各种其他疾病的预防和治疗提供新的方法8【参考文献】1 Tan MC,Castaldo ET,Gao F,et al.A prognostic system applicable to patients with resectable liver me。