近一个世纪前，热量限制（CR）被确定为延长寿命和健康寿命的有效干预措施，这一发现引起了科学家和公众的广泛兴趣。如果能够通过药丸来揭示和利用CR所激活的强大机制，人类或许能够活得更长、更健康。在此，研究人员将讨论雷帕霉素（一种 mTOR 的抑制剂）从免疫抑制剂发展为抗衰老科学中最具可重复性的药理学衰老保护剂的历程。这是一个快速发展的领域，基础科学研究、临床试验以及公众对 mTOR 抑制剂标签外使用的数量正在迅速增加。研究人员回顾了模式生物中的发现，这些发现揭示了雷帕霉素不仅对长寿具有强效益处，而且对多个器官系统的功能和衰老标志物也显示出益处。研究人员回顾了雷帕霉素及其类似物用于人类衰老相关疾病的已完成和正在进行的临床试验，并讨论了雷帕霉素在从实验室转化到临床过程中可能面临的挑战和副作用。虽然最终结论仍未确定，但研究人员认为，雷帕霉素——或类似作用于抑制 mTOR 的分子——仍有可能实现用一个世纪的小分子来延长健康寿命和寿命的梦想。
引言
引言部分回顾了近一个世纪来热量限制（Caloric Restriction, CR）在从酵母到灵长类等多种物种中被证实的延长寿命和健康寿命的最强效非遗传干预手段。CR不仅能延长寿命，还能改善健康，对抗多种与年龄相关的疾病。而mTOR（mechanistic Target Of Rapamycin）通路是响应CR和调控衰老的核心通路之一。雷帕霉素是mTOR的抑制剂，其发现源于一种细菌产生的化合物。近年来，对雷帕霉素在分子水平的作用及其对细胞和机体生理学影响的研究积累，使其在多种模式生物中被发现可延长寿命。本文将综述mTOR作为衰老调控因子的证据，讨论雷帕霉素对动物模型健康和寿命的影响，以及迄今为止关于雷帕霉素作为人类衰老保护剂的安全性和有效性证据，并探讨雷帕霉素用于衰老保护和衰老相关疾病的正在进行及计划中的临床试验，以及抑制mTOR的替代策略发展。
mTOR 作为衰老的调节因子
本节详细阐述了mTOR信号通路的分子机制及其在衰老调控中的作用。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是mTOR复合物1（mTORC1）和mTORC1的核心催化组分。mTORC1受多种营养物质和激素信号调控，驱动合成代谢过程并抑制自噬。mTORC2则主要作为PI3K信号通路的下游效应器。近二十年前的研究首次在秀丽隐杆线虫中证实，遗传学上抑制mTORC1信号可以延长寿命，随后在酵母和果蝇中也发现了类似效应。在哺乳动物中，长寿的Ames矮小症小鼠的mTORC1信号较低，而通过多种策略遗传性降低mTORC1信号可延长小鼠的寿命和健康寿命。这些益处至少部分由S6K1信号减少所介导。然而，关于mTOR信号是否是CR效应的关键介质存在争议。在果蝇中，CR和抑制mTOR信号对寿命有部分叠加效应。在小鼠中，CR和雷帕霉素产生了非常不同、不重叠的分子特征，且在某些组织中，CR喂养的小鼠餐后mTORC1活性实际上高于随意喂养的对照组。尽管如此，抑制mTORC1活性是小鼠中至少部分CR代谢效应所必需的。
雷帕霉素延长寿命
基于mTORC1信号是进化上保守的健康衰老调节因子的有力遗传学证据，对mTOR信号进行药理学抑制产生了极大兴趣。与遗传干预首先在模式生物中进行不同，关于雷帕霉素对寿命影响的研究首先在小鼠中开展。美国国家衰老研究所干预测试计划于2009年首次证明，从20月龄开始给予遗传异质性小鼠雷帕霉素可延长其寿命。此后，包括NIA ITP和其他至少十二个独立研究组在内的多项研究证实了雷帕霉素延长小鼠寿命的作用，使其成为有史以来可重复性最强的衰老保护化合物。研究显示雷帕霉素在酵母、线虫和果蝇中也能延长寿命，表明其效应是进化保守的。雷帕霉素的作用对不同条件具有极强的稳健性，可在多种品系和两性中延长寿命，且给药方案灵活，包括间歇给药、仅在出生后短期给药或对老年小鼠给药均能观察到益处。其稳健性以及雷帕霉素与CR可能涉及至少部分重叠的分子通路，使一些人称其为CR模拟物。此外，雷帕霉素的效应可与其他衰老保护剂（如阿卡波糖、二甲双胍和曲美替尼）产生叠加效应。基于这些令人印象深刻的结果，目前正在犬类和灵长类动物中进行研究，以探索雷帕霉素是否能在这些生物中延长寿命。犬类衰老项目的TRIAD试验和针对中年绒猴的研究正在进行中，初步结果显示雷帕霉素治疗的绒猴寿命比对照组长15%。
雷帕霉素的副作用和mTORC2
限制雷帕霉素临床应用（包括探索性用作抗衰老疗法）的一个重要因素是副作用。在人类中，雷帕霉素的副作用包括免疫抑制、高脂血症和高血糖症。在啮齿类动物中也能观察到这些效应。雷帕霉素首先与FK506结合蛋白12结合，该复合物再与mTOR的FRB结构域结合。由于mTORC2中FRB结构域被Rictor等特异性蛋白掩蔽，雷帕霉素不会急性抑制mTORC2，但长期高剂量治疗会降低mTORC2活性。有趣的是，雷帕霉素的代谢副作用并非由抑制mTORC1介导，而是通过脱靶抑制mTORC2。这在血糖控制中尤为明显：雷帕霉素对肝脏胰岛素抵抗的负面影响导致葡萄糖不耐受，是肝脏中mTORC2抑制的结果。抑制mTORC2还会导致脂肪、肌肉和大脑等组织的胰岛素抵抗，扰乱脂质稳态，并对小鼠的生存和衰弱产生负面影响。在模式生物中也观察到类似结果。此外，雷帕霉素的免疫抑制效应至少部分取决于其对mTORC2活性的抑制。从开发抗衰老疗法的角度来看，虽然抑制mTORC2对寿命、健康寿命和代谢似乎主要是负面的，但抑制mTORC1或其下游信号已被证明足以延长线虫、果蝇和小鼠的寿命。因此，研究人员假设，间歇性（尤其是低剂量）给予雷帕霉素的治疗可能抑制mTORC1，同时基本不抑制mTORC2，从而在减少副作用的同时仍能延长寿命，并且已在小鼠中证实了这一点。这种间歇给药策略在雷帕霉素用于抗衰老保护的临床试验中颇受欢迎，其结果也表明，mTORC1特异性抑制剂可能使雷帕霉素的潜在益处得以利用，同时副作用更少。然而，间歇治疗虽然可能比每日治疗更安全，但也导致较少的mTORC1抑制，因此其促进健康衰老的效力可能较低。
雷帕霉素（可能）延长健康寿命
大量研究表明雷帕霉素对健康寿命有多种积极影响，主要在小鼠中进行了表征。这些研究表明，雷帕霉素可改善包括大脑、心脏、免疫系统、肠道、肝脏、皮肤、骨骼肌、关节和肌腱在内的多个器官系统的健康和功能。
在大脑方面，较高的脑mTORC1活性与人类阿尔茨海默病（AD）相关，在正常衰老小鼠和AD小鼠模型中也升高。因此，雷帕霉素被探索用于对抗年龄相关的认知衰退以及预防或延迟小鼠AD。雷帕霉素已被证明可阻断多种AD小鼠模型中AD病理和认知衰退的发展，并能改善野生型小鼠衰老对学习的影响，减缓基于DNA甲基化时钟评估的脑衰老。其益处机制可能与诱导自噬或抑制S6K1有关。初步人体研究显示，低剂量雷帕霉素（1毫克/天）未能改变轻度认知障碍患者的AD生物标志物，但对认知正常的APOE4携带者进行相同低剂量治疗可能成功对抗了疾病的早期血管和代谢缺陷。
在心脏方面，两项小鼠研究考察了雷帕霉素对年龄相关舒张功能障碍的影响，发现晚年短期雷帕霉素治疗可逆转舒张功能障碍和心脏肥大，减轻年龄相关的氧化损伤，并使心脏蛋白质组恢复活力。这些变化在治疗停止后持续了数月。离体研究发现，雷帕霉素使年龄相关的心肌细胞舒张功能损伤正常化，并降低了心肌僵硬度。这些研究强烈表明雷帕霉素可能对多种年龄相关心脏疾病有益。最近一项随机对照试验显示，雷帕霉素对猫肥厚性心肌病有益，其缓释制剂现已获得FDA有条件批准用于治疗猫亚临床肥厚性心肌病。一项小型研究表明，雷帕霉素还能改善老年犬的心脏舒张和收缩功能指标。人们对尝试用雷帕霉素治疗射血分数保留的心力衰竭抱有浓厚兴趣。初步试点研究表明，在无心脏疾病的老年男性受试者中，雷帕霉素可改善包括血流量、流速和左心室血液加速度在内的多项心脏功能指标。
在免疫系统方面，用雷帕霉素抑制mTOR可改善小鼠和人类衰老免疫系统的功能。为期6周的雷帕霉素疗程可使老年小鼠的造血干细胞功能恢复活力，增加初始淋巴细胞的产生，并改善对流感疫苗接种的反应。然而，雷帕霉素即使在低剂量或间歇给药时也是一种免疫抑制剂，尽管间歇给药由于对mTORC2的抑制减少而免疫抑制性可能较低。在人类中，为期6周的mTOR抑制剂治疗同样改善了流感疫苗接种反应，并与外周血中耗竭PD-1+T细胞百分比降低相关。mTOR抑制剂还被证明可上调老年人的抗病毒免疫力。尽管普遍认为间歇治疗可能因对mTORC2影响较小而免疫抑制性较低，但自我报告显示，为抗衰老保护自行服用雷帕霉素的个体中，各种类型感染的发生率有升高趋势。
在肠道方面，雷帕霉素通过抑制相邻潘氏细胞中的mTORC1，以非细胞自主性机制增加小鼠肠道干细胞的自我更新能力。在人类细胞中也观察到了雷帕霉素的类似效应。抑制小鼠静息肠道干细胞中的mTORC1还能防止DNA损伤。这可能通过抵消小鼠肠道干细胞和祖细胞中与年龄相关的mTORC1激活来实现。在果蝇和小鼠中，雷帕霉素对年龄相关肠道病理的益处是通过增加自噬以性别二态性方式介导的，对雌性的益处大于雄性。
在肝脏方面，雷帕霉素已被证明可减少小鼠多个组织（包括肝脏）中年龄相关病理的积累。此外，雷帕霉素治疗使老年小鼠的肝脏转录组谱恢复活力，并降低了通过DNA甲基化评估的小鼠肝脏表观遗传年龄。虽然其机制尚不清楚，但自噬在小鼠多个组织中随年龄增长而受损，遗传激活老年小鼠肝脏中的自噬可使肝脏在组织学上恢复活力并改善其功能。尽管雷帕霉素诱导自噬的效果不如mTOR激酶抑制剂，但多项研究报告称雷帕霉素可在体内诱导自噬。多项研究还证明了雷帕霉素保护小鼠肝脏抵抗缺血的能力，这些效应与诱导自噬以及激活mTORC2有关。雷帕霉素还能增加离体灌注肝脏对缺血的抵抗力。
在皮肤方面，虽然全身使用雷帕霉素与皮肤和指甲的细菌和真菌感染以及皮炎增加有关，但最近一项临床试验的局部治疗未在受试者血液中检测到雷帕霉素，且无治疗相关不良事件。在该试验中，局部使用雷帕霉素改善了皮肤外观，减少了细胞衰老标志物p16的表达，并增加了胶原蛋白VII的表达。雷帕霉素在AD小鼠模型中对皮肤病变也有有利影响。虽然雷帕霉素未被临床批准用于治疗年龄相关皮肤病，但其衍生物RLX-201已作为医生处方的护肤方案的一部分向公众提供。
在肌肉骨骼系统方面，在老年小鼠、大鼠和人类的肌肉中观察到较高的mTORC1和/或S6K活性，因此与肌少症相关。一项研究表明，晚年仅用低剂量雷帕霉素治疗6周不仅抑制了这种过度活跃的mTOR信号，还逆转了大鼠的肌少症，实际上增加了一些肌肉的质量，同时阻止了其他肌肉与年龄相关的质量损失。与肌少症相关的分子变化也部分逆转。这些结果听起来很有希望，尽管在成年小鼠骨骼肌中遗传失活mTORC1被证明对肌肉功能有一些负面影响，但其他研究表明，mTORC1功能对成年小鼠维持肌肉质量是可有可无的。事实上，遗传失活4E-BP已被证明可保护小鼠免受年龄相关的肌少症。由于雷帕霉素会损害培养肌肉细胞中线粒体的功能，因此有人担心雷帕霉素可能会损害肌肉力量或干扰运动对肌肉的益处；然而，迄今在小鼠中进行的研究表明这些担忧是没有根据的。不过，雷帕霉素已被证明会抑制豚鼠肌肉中的线粒体复合物I活性。在一些初步研究中，人体小型随机临床试验PEARL报告称，间歇性雷帕霉素治疗（每周10毫克雷帕霉素化合物）导致了女性瘦体重的增加。
在肌肉骨骼系统的其他组成部分方面，研究相对较少但仍有意义。雷帕霉素治疗可防止小鼠肌腱僵硬度的年龄相关性增加，并阻断跟腱的年龄相关钙化。然而，雷帕霉素对骨关节炎的影响似乎更为复杂；在豚鼠中，雷帕霉素治疗与更严重的骨关节炎相关，这与雷帕霉素诱导的高血糖相关的关节软骨结构损伤和/或蛋白聚糖丢失有关。后续研究表明，由于Akt信号的反馈激活，雷帕霉素在小鼠和狨猴中都会对骨关节炎病理产生有害影响。虽然这对系统性给药雷帕霉素作为抗衰老疗法来说确实令人担忧，但小鼠和豚鼠的多项研究表明，关节内注射雷帕霉素（单独或与其他疗法联合）可能对治疗骨关节炎有益。
在健康寿命方面，尽管上述证据表明雷帕霉素可改善或逆转多个器官系统的功能，但在得出其延长健康寿命的结论时仍需谨慎。例如，一项对HET3小鼠特定健康寿命标志物的研究得出结论认为雷帕霉素改善了健康寿命，但对C57BL/6J雄性小鼠健康寿命标志物的广泛分析得出结论认为，雷帕霉素的主要影响是癌症，健康寿命和“衰老速度”未受影响。量化健康寿命具有挑战性，研究人员提出了两种类似于质量调整生命年的测量方法。这些测量需要从寿命研究中收集关于衰弱的纵向数据，而这一点尚未在雷帕霉素的研究中实现。其他相关概念包括内在能力和恢复力。然而，与热量限制（无可争议地延长小鼠寿命和健康寿命）相比，雷帕霉素对内在能力和恢复力的影响尚不明确。雷帕霉素治疗的小鼠往往更瘦，这意味着它们对禁食的恢复力可能下降。雷帕霉素治疗的小鼠耐寒性也降低，在寒冷挑战下其核心温度下降更多，体重减轻也更多。雷帕霉素还被充分证明会损害包括小鼠在内的多种物种的伤口愈合，并损害小鼠骨折的早期愈合。此外，雷帕霉素还是一种免疫抑制剂，小鼠多项研究表明它会损害对急性感染的反应以及适应性免疫。许多研究表明，接受雷帕霉素及其类似物治疗的人类感染风险增加。
人体中的雷帕霉素
已完成的使用雷帕霉素进行抗衰老保护的临床试验方面，一些最具说服力的临床应用集中在逆转年龄相关的免疫功能障碍方面。Mannick博士及其同事在65岁及以上的受试者中评估了三种不同给药方案的雷帕霉素类似物依维莫司。这项随机、安慰剂对照的2期试验发现，每日0.5毫克依维莫司或每周5毫克依维莫司耐受性良好，并且显著改善了流感疫苗接种反应。这些发现在随后的随机临床试验中得到了扩展，该试验检查了在65岁及以上的受试者中使用依维莫司、催化性mTOR抑制剂BEZ235或两者联合治疗的效果。该研究还发现，为期6周的mTOR抑制剂治疗是安全的，并且观察到该治疗方案不仅改善了流感疫苗接种反应，还降低了总感染率。血液细胞的转录谱分析发现，接受低剂量mTOR抑制剂治疗的老年人抗病毒通路基因显著上调，这可能是呼吸道感染发生率降低的基础。低剂量mTOR抑制剂对免疫系统的总体安全性和益处在治疗老年人16周的研究中得到证实。
