Nature重磅综述：雷帕霉素这样用，副作用更少，抗衰效果更好！
近期，美国威斯康星大学医学系教授Dudley W. Lamming担任通讯作者的一篇综述文章，刊登于Nature Aging杂志。Lamming教授的研究团队长期致力于探索mTOR在限制支链氨基酸促进健康长寿当中的作用，以及mTORC2的生物学效应。本次刊登的综述即是围绕靶向mTOR抗衰老的机制和应用展开。
众所周知，mTOR抑制剂雷帕霉素是目前最重要的抗衰老物质，但其诸多副作用让健康人群望而却步，本文综合现有研究证据，提出优化给药方式或可扬长避短，让雷帕霉素及其衍生物质能够更好服务于促进健康长寿。时光派着重于实际临床应用的现况和前景，对该综述进行细致的整理编译。
值得一提的是，本文中着墨颇多的mTOR抑制剂对抗免疫衰老系列临床试验的主要研究者——琼安·曼尼克（Joan Mannick）教授，将会于本周日（12.10）莅临第四届衰老干预论坛，为大家分享研究内容。
摘要
mTOR是一种进化上保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，广泛存在于包括小鼠和人类在内的多种物种中。mTOR可以募集其他蛋白，形成两种不同蛋白质复合物mTORC1和mTORC2。
mTORC1受到多种营养物质和激素信号的调节（最重要的调节信号是氨基酸可用性，其他如葡萄糖、氧和胆固醇），mTORC1活性通过底物的磷酸化驱动多种合成代谢过程，并可抑制自噬。与对许多不同环境信号做出反应的mTORC1不同，mTORC2主要通过调节AKT、SGK、PKCα等底物的活性，充当PI3K信号转导的效应子。
从20年前开始，研究人员就在探索mTORC1在衰老过程中的作用，通过抑制mTORC1可延长小鼠等模式生物的寿命和健康寿命。动物实验的喜人结果自然地激发了人们对于研究mTORC1的有效化学抑制剂——雷帕霉素，用于延长寿命的可能性的极大兴趣。目前已有大量研究显示雷帕霉素可延长酵母、线虫、果蝇、小鼠等模式生物（包括多种疾病模型）的寿命。本综述将讨论这些研究的结果，以及通过饮食和药物手段减少mTORC1信号转导改善健康寿命的可能机制。
雷帕霉素也有很多副作用，如免疫抑制、血脂异常、高血糖，引起人们对于使用雷帕霉素促进人类健康长寿可行性的担忧，并减缓了mTOR抑制剂用于治疗衰老相关疾病的临床评估进程。在本综述中，我们将讨论过去十年中产生的数据，这些数据表明雷帕霉素对健康和寿命的有益影响是通过抑制mTORC1介导的，而雷帕霉素对葡萄糖和脂质代谢的负面影响是通过抑制mTORC2介导的。
重要的是，这些数据提示，通过限制mTOR抑制剂的使用量和暴露时间，或更有选择性地针对mTORC1采取干预措施，能够减少副作用。本文将讨论临床前动物数据和临床人体数据，探索间歇性和低剂量mTOR抑制剂治疗方案的使用，其结果表明雷帕霉素类似物（rapalogs）和其他mTOR抑制剂可能通过某种特定方式给药，将更加安全并且具有抗衰老作用。最后，本文讨论了未来研究前景和对mTORC1选择性分子的探索，部分源于近来对mTORC1感知营养和激素信号的分子机制的新发现。
雷帕霉素是一种大环内酯，距今50年前在复活节岛的土壤中首次发现。雷帕霉素是mTORC1而非mTORC2的快速抑制剂，其敏感性差异取决于结构，mTOR相互作用蛋白RICTOR仅存在于mTORC2中，它掩盖了mTOR的雷帕霉素相互作用结构域。
尽管雷帕霉素不会严重抑制mTORC2，但随后研究表明，当长时间暴露于高浓度雷帕霉素时，mTORC2在体外培养细胞以及小鼠体内仍会受到抑制。雷帕霉素和雷帕霉素类似物可抑制T细胞活化，被批准用于预防器官移植排斥；此外，雷帕霉素类似物也获批用于治疗部分肿瘤和导致mTOR信号过度活跃的特定遗传性疾病。
多个研究小组已经报道了雷帕霉素对小鼠寿命的影响，其中最重要的是美国国家老龄化研究所干预测试计划（NIA-ITP）于2009年发表的一项里程碑式研究，该研究证实雷帕霉素可延长遗传异质性小鼠的寿命。
此后，全球至少10个其他小组相继开展针对雷帕霉素对小鼠寿命影响的研究（表1）。从这些研究中可以得出许多结论：雷帕霉素是一种非常强大的抗衰老干预措施，可以延长多种野生型小鼠品系的寿命；在同等剂量下，雌性通常比雄性获益更大；与热量限制不同，雷帕霉素即使间歇性给药、产后短期给药或对已过中年的老年小鼠给药，也能观察对寿命的有益影响；雷帕霉素与其他抗衰老物质（如二甲双胍、阿卡波糖）联合使用可能更有效。
表1
雷帕霉素还在包括多种不同肿瘤、线粒体疾病和早老症在内的多种疾病小鼠模型中进行了测试（表2）。在疾病模型中，雷帕霉素的有益作用更具多样化。
表2
虽然迄今为止，大部分关于雷帕霉素抗衰老的研究是在小鼠模型上完成的，但人们对探索雷帕霉素在灵长类动物中的使用也有着浓厚兴趣：
一项正在进行中的研究，通过给66只中年狨猴（Callithrix jacchus）喂食含雷帕霉素或安慰剂的饮食，纵向观察寿命和健康寿命。初步研究显示，通过饮食以约1 mg/kg的剂量给予雷帕霉素具有良好耐受性，雷帕霉素对血液指标的影响很小，血糖、胆固醇或甘油三酯水平没有统计学显著变化；在接受雷帕霉素或安慰剂治疗9个月的亚组中（n=6），2只经雷帕霉素治疗的狨猴出现空腹血糖升高，2只经雷帕霉素治疗的狨猴出现甘油三酯升高，表明在该剂量下mTORC2可能受到一定程度的抑制。然而，这些灵长类动物研究的局限在于所研究动物数量相对较少，年龄范围和种群遗传异质性有限，仍需要在更长时间内对更多动物进行研究。
另一类小鼠以外的动物研究主要使用狗来进行。狗作为伴侣动物，与人类生活环境相似，接受定期医疗护理，并且会患上许多与人类相同的年龄相关疾病，并且许多狗主人有兴趣让他们的宠物参与促进健康老龄化的研究。狗的寿命较短，尤其是大型犬种，因此研究时间比人类短。一项小型试点研究发现，每周3次每次0.05 mg/kg或0.1 mg/kg的雷帕霉素治疗不会引起统计学上显著的副作用，但确实改善了心脏的收缩和舒张功能。另一项更大规模的针对中年大型犬的研究，将于2023年完成入组工作。
雷帕霉素的抗衰老效应涉及多种可能的机制。本节中，我们将讨论抑制mTORC1对特定疾病过程的影响，以及可能有助于雷帕霉素对寿命和健康寿命产生有益效果的分子机制。
蛋白质翻译
蛋白质翻译错误累积对衰老的影响一直备受关注，mTORC1通过S6K1和4E-BPs在翻译调控中起着重要作用；然而，现代测定技术并未发现蛋白质翻译的错误随年龄增加而累积的证据，雷帕霉素对mTOR的抑制或S6K1基因敲除也并未显著减缓小鼠或细胞中的蛋白质翻译速率。
对线虫的研究发现，缺乏真核翻译起始因子4E （eIF4E）使线虫寿命延长并且蛋白质合成全面减少，进一步敲低编码TOR 10的基因仍可延长寿命，这强烈表明雷帕霉素不仅通过下调蛋白质翻译来调控寿命。雷帕霉素对蛋白质翻译可能有着更加微妙的影响，即改变影响寿命的特定种类mRNA的翻译。
自噬
自噬是细胞通过回收蛋白质和细胞器的过程，不仅可以使细胞在营养不足的条件下生存，也是清除损坏蛋白质和亚细胞器的重要机制，因此自噬失活缩短寿命，而促进自噬则能延长寿命。
对酵母和线虫的研究发现在降低mTOR信号通路延长寿命的过程中，自噬激活已被证明是必需的环节；在哺乳动物中，自噬对于热量限制对心脏、肾脏和肝脏等器官的有益影响是必需的。
当营养充足时，mTORC1激活通过磷酸化ULK1、ATG13等自噬启动后的下游组分来抑制自噬；营养不足时，AMPK被激活，mTORC1活性降低，自噬激活。年龄增长后，多种类型的小鼠细胞中自噬正常受损。雷帕霉素本身并不是自噬的强烈诱导剂，但其对于阿尔茨海默病模型小鼠的影响部分可归因于自噬增加。
改善免疫功能
免疫系统过早衰老会导致小鼠多个其他器官系统的衰老，因此改善免疫衰老可能对健康寿命和寿命有更为系统的影响。抑制mTOR信号通路的药物已被证明可以提升老年小鼠和老年人的免疫系统功能；值得注意的是，雷帕霉素被FDA批准用作免疫抑制剂，在用药过程中感染常见，尤其是在长期服用高剂量雷帕霉素的患者中。雷帕霉素类似物可能改善了免疫功能的某些方面，但同时损害其他方面。
肿瘤
雷帕霉素及雷帕霉素类似物可抑制肿瘤细胞系的增殖，故获批用以治疗特定肿瘤。恶性肿瘤是实验室小鼠最常见的死因，雷帕霉素显著降低了16月龄小鼠中患恶性肿瘤和/或癌前病变的比例，这被认为是导致其寿命延长的主要原因。肿瘤细胞通常表达多能性标记物，雷帕霉素具有抑制肿瘤细胞增殖和干细胞特征的效果。
干细胞
与对肿瘤干细胞的作用相反，雷帕霉素对正常干细胞的自我更新和功能具有有益作用。小鼠实验证实，雷帕霉素可恢复造血干细胞（HSC）和肠道干细胞的自我更新能力。
减少衰老组织中过度活跃的mTOR信号
mTOR活性会随着年龄增长而升高，高mTOR信号传导在生命早期有利于发育和生殖，但在生殖后的老年期则是有害的。老年小鼠、大鼠和人类肌肉中较高的mTORC1-S6K活性与肌少症相关，而在大脑中则与阿尔茨海默病相关。
抑制mTOR的益处可能较少来自于对翻译等过程的影响，而更多地来自于避免过度活跃的mTOR对细胞衰老等过程造成负面影响，事实上，雷帕霉素已被证明可以抑制小鼠衰老细胞积累，并抑制与衰老相关的分泌表型。
抑制mTORC2
与抑制mTORC1形成鲜明对比的是，抑制mTORC2主要对寿命产生负面影响。
抑制小鼠mTORC2信号会导致代谢的负面影响，如虚弱、食欲过盛、胰岛素抵抗、高脂血症、高胆固醇血症、高血糖、脊柱后凸和/或肥胖等；mTORC2在免疫和伤口修复中也发挥重要作用，mTORC1特异性抑制剂对免疫系统的影响比雷帕霉素小。
尽管抑制mTORC2信号在某些特定情况下可能会带来益处，如在特定温度和饮食条件下延长线虫寿命，但综合证据表明，抑制mTORC2并不利于健康寿命的延长，因此，降低雷帕霉素用量或采用更特异靶向mTORC1的雷帕霉素类似物可能有助于减少与mTORC2相关的负面影响。
基于小鼠研究，雷帕霉素和雷帕霉素类似物可能对不同器官系统具有益处。但高剂量的雷帕霉素类药物在人体中存在重大的副作用，包括口腔溃疡、胃肠道反应、高脂血症、高血糖和伤口愈合受损等；这些药物还会抑制免疫功能，增加感染和免疫抑制相关肿瘤的风险。
Trelinska及其同事发现：在15个月内每日服用高剂量依维莫司的结节硬化症患者中，66% 出现高脂血症；22%出现高血糖。雷帕霉素在延长小鼠寿命的剂量下的另一个副作用是睾丸变性，在使用雷帕霉素类似物治疗的人类中观察到男性生育能力降低；另一个在小鼠中出现的副作用是促进白内障形成，但在人类中尚未观察到。
近期的临床试验探索了较低剂量或间断性的mTOR抑制剂给药在老年人中的安全性和疗效。初步结果显示，较低剂量或间断性的mTOR抑制剂可以安全地改善老年器官系统的功能或年龄相关疾病；有趣的是，较低剂量或间断性的mTOR抑制剂可以增强而非抑制老年人的免疫功能，并降低感染风险。表3中总结了迄今为止发表的mTOR抑制剂治疗年龄相关疾病的临床试验，下文将分别对这些研究展开述评。
表3
抑制mTOR与免疫系统
Mannick等开展的目前最大规模的mTOR抑制剂临床试验，研究了抑制mTOR是否改善衰老免疫系统的功能：第一项临床试验是在218名年龄≥65 岁、无不稳定性医疗状况的成年人中进行的，目的是通过流感疫苗接种反应来评估雷帕霉素类似物依维莫司是否改善衰老免疫系统的功能。该试验的立项理由是一项临床前研究表明，6周的雷帕霉素治疗改善了老年小鼠对流感疫苗的免疫反应。
设计该试验时，安全性是一个关键考量问题。因此，在疫苗接种试验中使用较低的每日或间歇剂量依维莫司（仅为移植和肿瘤疾病患者标准剂量的1/6-1/20），预计可以最大限度地减少不良事件发生，并尽可能保留抑制mTORC1的活性。
临床试验表明，每天一次0.5毫克或每周一次5毫克的依维莫司连续治疗6周，具有良好的耐受性，并显著改善了老年人对流感疫苗接种的反应；免疫表型分析显示，低剂量或间歇剂量的依维莫司可降低老年人外周血中PD-1+耗竭T细胞的百分比，这可能是其免疫功能改善的机制之一。
随后开展的另一项针对264名≥65 岁成年人，使用依维莫司和/或BEZ235进行低剂量mTOR抑制剂治疗的临床试验，进一步扩展了这些发现。该研究证实，低剂量mTOR 抑制剂治疗6周是安全的，并且与流感疫苗接种反应的剂量依赖性显著改善相关；此外，低剂量mTOR抑制剂治疗显著降低了感染率，其中大部分是呼吸道感染（RTI）。探索性转录分析发现，接受低剂量mTOR抑制剂的老年人IFN-1诱导的抗病毒途径相关基因显著上调，而大多数RTI由病毒感染造成。
后续又进行了大型2b 期（n=652）和3期（n=1051）临床试验，以确认低剂量mTOR抑制剂治疗16周是否可以上调老年人的抗病毒免疫力并降低病毒性RTI的发生率。研究观察到低剂量mTOR抑制剂BEZ235具有良好耐受性，并降低了实验室确诊的RTI发生率（2b 期主要终点；OR=0.601; 90% CI: 0.39, 0.92; p=0.025），但不影响临床症状性呼吸道疾病发生率，临床症状性呼吸道疾病的发生率被定义为与RTI一致的症状，无论感染是否经过实验室确认（3期主要终点；OR=1.07; 90% CI: 0.80, 1.42; p=0.65）。
在这两项研究中，与安慰剂治疗的个体相比，接受BEZ235治疗的个体中干扰素诱导的抗病毒基因上调明显更多。从2b期和3期综合试验结果中汲取的经验教训表明：通过低剂量 mTOR 抑制剂治疗上调抗病毒免疫可能对（1）病毒性RTI的严重程度而不是发病率产生更大影响，（2）对由冠状病毒、鼻病毒、流感病毒，而不是其他呼吸道病毒引起的RTI产生影响；（3）对≥75岁老年人的病毒性呼吸道感染的发病率和严重程度，而不是65-74岁的老年人产生影响。基于这些发现，在未来的临床试验中，确定mTOR抑制剂是否可以降低75岁以上人群的特定病毒RTI的严重程度非常重要。
雷帕霉素在老年人群中的应用
一项为期8周的25名70-95岁的老年人参与的小型随机临床试验，治疗组给予每日1毫克雷帕霉素后，出现了更多副作用，与安慰剂治疗相比，糖化血红蛋白（HbA1c）小幅增加（组内p=0.03）、甘油三酯水平增加40%（组内p=0.05）。
虽然这些结果与我们的预期一致，即长期雷帕霉素治疗可能导致高血糖和高脂血症，但解释这些结果时仍需要注意到该研究规模较小，并且组间比较未能达到统计显著性（p值分别为0.07和0.12）。
此外，葡萄糖代谢的其他参数，包括胰岛素敏感性和胰岛β细胞功能，并没有受到影响。较低剂量的雷帕霉素、雷帕霉素间歇治疗或依维莫司治疗，可能比本研究中 1 mg的雷帕霉素每日剂量具有更好耐受性，但这种猜测尚未经过直接证实。
外用雷帕霉素对皮肤的影响
雷帕霉素的局部给药与全身给药相比，其安全风险可忽略不计。
在一项针对40岁以上有皮肤老化迹象的参与者的随机对照研究中，36名参与者在一只手上局部涂抹含有雷帕霉素 (10 µM) 的乳膏，在另一只手上涂抹匹配的安慰剂乳膏，持续8个月。共17名参与者完成了这项研究，对其中13名参与者进行了皮肤活检，8名参与者有足够活检材料来分析p16表达水平，作为该研究的主要终点。与安慰剂相比，接受雷帕霉素治疗的参与者皮肤样本的衰老细胞显著减少、VII型胶原蛋白表达增加，临床和组织学评估的皮肤外观改善。接受治疗的参与者血液中没有检测到雷帕霉素水平，也没有出现与治疗相关的不良事件。
过去两年间，美国、英国和新西兰提出了许多关注抗衰老结果的小型临床试验，其中许多试验已经获得资金支持，或已开始招募受试者。虽然每项研究细节各不相同，但大多数研究都在50岁以上的参与者中测试低剂量或间歇剂量的雷帕霉素或依维莫司，剂量范围从每天0.5-1毫克到每周5-6毫克。
这些研究关注一系列年龄相关疾病结果，包括阿尔茨海默病、糖尿病和肌少症；主要结局包括特定疾病结局，包括对认知表现的影响、胰岛素敏感性的变化和身体表现的变化。大多数计划研究的次要结果包括衰老生物标志物，如DNA甲基化时钟分析；大多数研究还评估与安全相关的终点，包括感染和代谢紊乱。
这些研究的一个弱点是，即使规模最大的研究也只招募150名参与者，且最长研究时间仅18个月。虽然这些研究对于收集mTOR抑制剂作为抗衰老物质的安全性和有效性的数据至关重要，但通过强有力的双盲、对照、进行全面随访的随机临床试验仍然是必要的。
鉴于雷帕霉素和现有雷帕霉素类似物的缺点（最明显的是副作用和狭窄的治疗窗），人们对于寻找选择性抑制mTORC1的新方法有着浓厚兴趣。在短期内，一些饮食干预措施已显示出潜在的前景。特别是，由于mTORC1活性受氨基酸调节，而mTORC2活性则不受氨基酸调节，因此减少刺激mTORC1活性的膳食蛋白质或特定膳食氨基酸含量，已被探索作为促进健康衰老的一种方法。
多项研究表明，限制蛋白质，或对甲硫氨酸和多种支链氨基酸（如亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）的特定限制，可降低mTORC1活性并延长临床前物种的寿命；有趣的是，低血液异亮氨酸水平也与人类死亡率降低有关。其他可能降低mTORC1的饮食如生酮饮食，也已被证明可以延长小鼠寿命。
当然，任何饮食干预都存在依从性问题，而药物干预可以将mTOR抑制作用推广到更广泛的人群。mTORC1的高分辨率结构为我们了解mTORC1如何被营养物质激活以及它如何被雷帕霉素抑制，提供了前所未有的视角，这将促使选择性靶向mTORC1的潜在新方法和新分子开发。
雷帕霉素是经典的抗衰老物质，也是抗衰爱好者中最经久不衰的热门话题。但将mTOR抑制剂引入临床抗衰老和年龄相关疾病治疗还有很多工作要做，仍然存在许多悬而未决的问题。
本文中第三部分提到Joan Mannick教授开展的系列临床试验，是迄今为止最大规模研究mTOR抑制对健康衰老影响的临床试验，她的研究发现mTOR抑制剂正确给药不会产生毒性，并能够帮助老年人改善免疫系统，有效保护老年人群不受呼吸道感染伤害；下一阶段的研究还将进一步验证此类药物在不同人群中的效果，实在令人期待。
我们很高兴邀请到Joan Mannick教授将在本周末（12.09-12.10）发表“使用mTOR抑制剂治疗人类衰老相关疾病”的专题演讲，对mTOR抑制剂感兴趣的朋友将有机会与学术大咖现场交流。
—— TIMEPIE ——
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