重點提要
■2009年,科學家發現雷帕黴素能干擾哺乳動物的TOR(mTOR)的蛋白質活性,大幅延長小鼠的壽命。
■這個發現是藥物能延緩哺乳動物老化的最有力證據,也讓科學界對mTOR在老化機制中扮演的角色深感興趣。
■這個研究結果還凸顯了一個謎題:為什麼抑制細胞生長和分裂(干擾mTOR的效應)可延長壽命?
■探討這些問題將有助於開發延緩阿茲海默症、癌症和心臟衰竭等老化相關疾病的藥物,或許還能增加人類的壽命。
1964年11月一個晴朗的早晨,加拿大皇家海軍史考特角號(Cape Scott)駛離新斯科細亞省的哈利法克斯,展開為期四個月的航行。這趟旅程由充滿冒險精神的加拿大馬吉爾大學教授斯克瑞納(Stanley Skoryna)率領,他與船上38名科學家前往太平洋上距離智利西岸2200公里的火山小島:復活節島。他們計畫在這個以神秘巨石頭像聞名的偏遠小島上興建機場,同時研究島上尚未被現代文明影響的島民和動、植物。
斯克瑞納的團隊受到島民親切款待,他們帶回了數百種動、植物樣本,和全島949名居民的血液及唾液樣本,但他們最大的獎品是一根裝著泥土的試管,土中含有一種會製造防禦性化合物的細菌,這種化合物具有神奇的特性:能延長許多物種的壽命。
許多研究團隊證明,這種名為雷帕黴素(rapamycin)的化合物能延長實驗室小鼠的壽命。有些研究根據動物平均壽命增加的數據即做出抗老化的宣稱,但能降低早夭率的抗生素或其他藥物也能提高平均壽命,卻與老化完全無關;相對的,能增加最大壽數(通常是族群中年紀最高的10%個體的平均壽命),才足以稱為減緩老化。其他的藥物不能明顯延長任何哺乳動物的壽命,這目標就像要突破音速屏障一樣困難卻又令人期盼,因此對研究老化和如何緩和衰老的科學家來說,小鼠實驗的成功是個扭轉局勢的創舉。老人學家並不只是想延長壽命,更想找出簡單的方法來減緩老化,因為只要能踩住老化的煞車,大致上就能延緩老化時的各種疾病,例如白內障或癌症。
多年來,老人學家對發現抗老化合物的期待就像搭雲霄飛車一樣忽高忽低。科學家發現熱量限制和一些突變基因能延長動物壽命時,便信心滿滿,後來的進展卻未能產生讓哺乳動物延年益壽的藥物。雖然讓動物處在近乎飢餓狀態的熱量限制法能增加小鼠壽命,並延遲癌症、神經退化疾病、糖尿病和其他老化相關疾病,但是對大多數人來說,靠嚴格限制飲食來減慢老化並不可行。
2006年,科學家發現紅酒中知名的成份白藜蘆醇(resveratrol)能產生和熱量限制相同的效應。白藜蘆醇似乎可瓦解高脂飲食下的壽命屏障,一般認為白藜蘆醇在細胞內的作用目標是酵素sirtuins。可惜後續研究顯示,白藜蘆醇並不能增加飲食正常小鼠的最大壽數。到了2009年中,雷帕黴素的研究結果讓這個領域一掃陰霾,有三個實驗室共同宣佈,具有抑制細胞生長特性的雷帕黴素可將小鼠的壽命延長12%,他們在美國國家老化研究所的贊助下,分別獲得了相同的實驗結果。最讓老人學家驚奇的是,雷帕黴素對那些看起來嚴重老化的老鼠也有效,可將牠們平均的存活率提高1/3。
雷帕黴素打破哺乳動物壽命屏障的現象,讓科學家注意到一個有10億年歷史的機制,這個機制看起來調控了小鼠和其他動物的老化,在人類可能也有相同的作用。它的核心是稱為「雷帕黴素作用標的」(target of rapamycin, TOR)的蛋白質和其基因。TOR現在是老人學和應用醫學密切關注的目標,越來越多動物和人類研究顯示,抑制哺乳動物的TOR(mTOR)的活性可降低癌症、阿茲海默症、帕金森氏症、心臟肌肉退化、第二型糖尿病、骨質疏鬆症和黃斑退化等重要老年疾病的風險,這意味著作用於mTOR的藥物有非常多的潛在益處,若能找到安全可靠的藥物,就可像雷帕黴素延遲小鼠和其他物種的老化一樣,用來減緩人類老化,它們將是影響深遠的預防性藥物。可惜雷帕黴素會產生副作用,無法用來測試它是否也能緩和人類老化。
人們對作用於其他分子(特別是sirtuins)的藥物也曾高度期待,那麼mTOR有何不同?作用於mTOR的雷帕黴素能延長最大壽數,顯示它是哺乳動物老化的關鍵分子,研究人員更接近阻止老化的目標。美國緬因州傑克遜實驗室的老人學家傅勒奇(Kevin Flurkey)是2009年小鼠雷帕黴素研究論文的作者之一,他說:「看來TOR是今日和未來10年人人熱中的目標。」
TOR的來龍去脈
發現TOR影響老化的故事,始於斯克瑞納遠征隊將土壤樣本交給加拿大艾斯特實驗室。自1940年代起,藥學家經常在一小撮土中發現抗生素,艾斯特實驗室的研究人員也篩選這批土壤樣本,看看裡面是否有能夠抗微生物的化合物。
1972年,他們找到了一種真菌抑制劑,並將它命名為雷帕黴素,因為復活節島在當地人口中稱為雷帕努伊(Rapa Nui)。艾斯特實驗室最初想用它來治療酵母菌感染,但在細胞培養和研究對動物免疫系統的影響時,發現它會抑制免疫細胞的分裂,於是研究改弦易轍,轉而開發成器官移植時使用的抗排斥藥物,1999年美國食品及藥物管理局核准雷帕黴素用於腎臟移植病患。1980年代,研究人員發現它能抑制腫瘤生長,到了2007年,兩個雷帕黴素的衍生藥物:輝瑞的temsirolimus和諾華的everolimus獲准用來治療多種癌症。
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