2.1. 同化的エネルギー産生と異化的エネルギー産生
AMPKは、低血糖症や低酸素症など、ATPとADPの比率が低くなる条件で活性化される、世代を超えて保存されている主要な代謝検出器の1つです。 AMPKは、1,000以上の標的をリン酸化することで、エネルギーを消費する代謝経路を停止させ、エネルギーを生成する異化経路を起動させる。 AMPKのリン酸化標的の一つであるペルオキシソーム増殖因子活性化受容体γ共役因子-1α（PGC-1α）が活性化されると、ミトコンドリアの生合成、膜電位、脂肪酸酸化が促進され、これはカロリー制限中に見られる特徴である。 AMPKはまた、フォークヘッド転写因子Oクラス（FOXO）を活性化し、PGC-1αと同様に酸化代謝を促進するオートファジーと抗酸化物質を増加させます。
延命治療の場合、投与量が非常に重要になります。 また、寿命に影響を与える分子メカニズムが解明されつつあります。 例えば、線虫では、メトホルミンは栄養状態の良い状態で発育を遅らせ、飢餓状態では寿命を縮めることがわかっています。 ミトコンドリアの機能が改善されると、必要な酸素消費量が減少し、活性酸素種（ROS）の減少にもつながります。 ミトコンドリアの生合成は、組織や疾患の状態によって制御が異なる。 例えば、mTORシグナルは、PGC-1αやYing-Yang 1（YY1）を介して、酸化代謝に関与するミトコンドリア遺伝子の発現を増加させることがわかっている。 これは、健康な人の筋肉ではミトコンドリアの生合成が増加しているが、肥満の人ではインスリン感受性が低下しているためと考えられる。 mTORC1の活性は細胞特異的であるだけでなく、低濃度および高濃度の活性酸素によってそれぞれ誘導および阻害されるという濃度依存性がある。 例えば、mTORはミトコンドリアの生合成とオートファジー（ダメージを受けたミトコンドリアやその他の細胞小器官の分解を助ける）の両方を修飾する能力がありますが、このようなmTORの濃度依存性は有益です。 酵母（Saccharomyces cerevisiae）では、複製寿命（RLS）と年代別寿命（CLS）という2つの老化モデルが確立されている。 RLSは、細胞周期が停止するまでに細胞が行える非対称分裂の回数を測定するもので、ヒトの線維芽細胞、リンパ球、幹細胞などのモデルとして有用である。 一方、CLSは、静止した（Go）培養細胞がどれだけ長く生存できるかを測定するもので、神経細胞や筋肉細胞などのポストミトーシス細胞のモデルとなります。
メトホルミンは、ミトコンドリア呼吸鎖複合体Iを阻害してATP:ADPを低下させ、AMPKを活性化させるため、ラパマイシンやレスベラトロールとは対照的に、第三の延命剤として注目されています。 また、メトホルミンは、体重過多の2型糖尿病患者に使用される一般的な経口抗糖尿病薬であるため、多くのヒトデータがあります。 メトホルミンは、肝臓でのグルコース生成を抑制し、インスリン抵抗性を低下させ、最近ではアンチエイジング治療薬としても注目されています。 メトホルミンは、現在、様々な癌への適用が検討されているが、ヒトの固形癌（大腸癌、乳癌、膵臓癌）の発症にも関連しているとされている。 メトホルミンによってミトコンドリア複合体Iが阻害されると、AMPKに依存してTSC2が活性化され、mTORが阻害されます。 AMPKはまた、mTORC1複合体のサブユニットであるRaptorのリン酸化を介して、その複合体を直接不活性化することができる。 しかし、メトホルミンがAMPKとは独立した形で作用することも明らかになっているが、そのメカニズムは明確ではなく、核膜孔複合体（NPC）や後期エンドソームとの相互作用が関与している可能性が指摘されている。 NPCとの相互作用は、C. elegansortholog of acyl-CoA dehydrogenase family member 10 (CeACAD10)をノックダウンしたところ、メトホルミンに対して3倍の抵抗性を示すことが判明した。 CeACAD10の発現は、50mMのメトホルミンによって2倍以上に増加した。偏りのない前方遺伝子スクリーニングにより、メトホルミンによるCeACAD10の誘導には核膜孔複合体が必要であることが判明した。 この分子経路は、レスベラトロールやラパマイシンと比較して、現在のところメトホルミンに特有のものである。メトホルミンには複数の標的が見つかっているが、これら3つの分子に重複する経路があることで、カロリー制限が可能な延命メカニズムをよりしっかりと理解することができる。 ラパマイシン、レスベラトロール、メトホルミンの3つの分子の効果には、mTORC1だけでなく、上流のAMPKも必要であることが示されています。 メトホルミンの分子経路は、AMPKの上流でも解明されている。 メトホルミンは、オルガネラのNa1/H1交換体（eNHE）やV型ATPase（V-ATPase）と相互作用することから、AMPKとmTORの両方の経路で必要とされる後期エンドソーム/リソソームが代謝のためのシグナルハブとして機能しているという考えを裏付けています。
体重などの総体的な指標は研究でよく報告され、追跡調査には便利ですが、老化現象を調べるには十分ではありません。 例えば、レスベラトロールを投与したマウスは体重が減らないことがわかっています。 レスベラトロールがカロリー制限（CR）をどの程度模倣しているかは、マウスの分子レベルで示されており、脂肪組織、骨格筋、心臓、肝臓、大脳新皮質で遺伝子発現の変化が重なっている。 興味深いことに、レスベラトロールとCRの両方が加齢に伴う臓器機能の低下を遅らせ、レスベラトロールの効果が体重減少に依存しないことを示している。 カロリーコインの反対側で、CRとは別によく調査されるのが、運動によるカロリー不足です。 一般的に、CRは運動によるカロリー不足よりも確実な延命効果があります。 現代人にとって、CRで達成できるカロリー不足を運動で解消することは非常に困難であることは明らかです。 つまり、ファーストフードを食べないよりも、食べた分だけ走りきる方が難しいのです。 ネズミでは、相対的に30％のエネルギー不足になるように活動量を増やしても、最大寿命は延びないが、平均寿命は延びることが示されている。 レスベラトロールの寿命延長効果は研究によって大きく異なりますが、酵母では約40％、ワームでは約15％、魚では約30％、マウスでは約10％となっています
異なる制御を受けていることが明らかになっている2つのmTORマルチユニットタンパク複合体があります。 mTOR複合体1（mTORC1）とmTOR複合体2（mTORC2）は、DEPドメイン含有mTOR-interacting protein（DEPTOR）、mammalian lethal with sec-13 protein 8（mLST8、別名GβL）、telomere maintenance 2（telO2）、telO2-Interacting protein 1（tti1）というタンパク質成分を共有している（図2では水色で示している）。 mTORC1には、mTOR、Raptor（Regulatory-Associated Protein of mTOR）、mLST8（Mammalian lethal with sec-13 protein 8）という3つのコアコンポーネントがある。 一方、mTORC2は、mTOR、mLST8に加えて、ラパマイシンに依存しないTORの仲間（Rictor）、哺乳類ストレス活性化マップキナーゼと相互作用するタンパク質1（mSIN1）の3つのコアコンポーネントから構成されている（図2）。 mTORC1は、栄養素や成長因子によって活性化される一方、低エネルギー状態の細胞では阻害される。 mTORC1はラパマイシンによって普遍的に阻害されるのに対し、mTORC2はラパマイシンによって阻害されるためには長期間の曝露が必要であり、現在も研究が続けられている。 DEPTORはmTORC1を部分的に阻害することが知られているが、単独では脂肪生成や炎症を減少させることはできないが、AKTセリン・スレオニン・キナーゼ1（AKT）阻害剤と併用することで、脂肪生成と炎症の両方を減少させることができる。
Figure 2.
xmlns:mml=”http://www.w3.org/1998/Math/MathML” xmlns:xlink=”http://www.w3.org/1999/xlink” xmlns:xsi=”http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instancemTORCの構成要素、シグナル伝達、および阻害剤。 食事、老齢、がんはPI3Kを活性化し、AMPKを不活性化することで、mTORC1とmTORC2の両方の複合体のmTOR活性を増加させ、細胞のオートファジーのレベルを低下させます。 オートファジーは、mTOR阻害剤（ラパログ、ATP競合阻害剤、Pan-mTOR阻害剤、PI3K/mTORデュアル阻害剤）や摂取カロリーの低減（成長シグナル）によって回復するが、いずれもオートファジーを回復させる。 有益な相互作用と有害な高分子は、それぞれ緑と赤の破線で示されている。 mTOR1とmTOR2の両方に見られるタンパク質は青で表示されている。 AMPK、AMP活性化プロテインキナーゼ、DEPTOR、DEPドメイン含有mTOR-interacting protein、mLST8、mammalian lethal with sec-13 protein 8（GβLとも呼ばれる）、mSin1、mammalian stress-activated map kinase-interacting protein 1、mTOR、mammalian target of rapamycin、mTORC、mammalian target of rapamycin complex。 PRAS40、プロリンリッチAkt基質40kDa、protor1/2、rictor1および2で観察されるタンパク質、RAPTOR、哺乳類ラパマイシン標的の調節関連タンパク質、RICTOR、mTORのラパマイシン不感応コンパニオン、telO2、テロメア維持2、tti1、telO2-interacting protein 1。
mTORの上流にある複数の標的は引き続き研究されていますが、mTORの下流の作用はよく説明されており、in vivo、in vitro、および臨床研究の分析に役立ちます。 mTOR活性化の主な下流効果は同化エネルギー生産であるが（阻害剤は脂肪からの異化エネルギー生産に移行する）、mTOR活性化のもう一つの重要な下流効果は炎症の増加である。 一般的に、西欧諸国に住む人々は過剰な炎症状態にあると言われています。 時間制限付き摂食（TRF）は、筋肉のパフォーマンスを低下させることなく、免疫反応を助け、全身の低悪性度炎症や免疫老化に関連する加齢性慢性疾患を減少させることがわかった。 カロリー制限をしている人に見られる炎症の抑制は、CRによるオートファジーの増加に一部起因しています（以下参照）。 mTOR経路は、T細胞、B細胞、抗原提示細胞（APC）の発生を引き起こすことが示されている。 実際、レスベラトロール（ブドウ、赤ワイン、桑の実、ピーナッツなどの植物に含まれる）は、mTORを阻害することでミクログリア細胞の過剰な活性化を抑制する幅広い作用を持つ抗炎症剤として知られている。 レスベラトロールがNF-κBを阻害すると、スーパーオキシドディスムターゼ(SOD)が増加し、炎症性サイトカインであるIL-1β、IL-6、TNF-αが減少します
カロリー制限の有益な原因を分子レベルで解明するには、ゲノム全体の解析が必要になるでしょう。 例えば、Datoらは最近、インスリン/インスリン様成長因子シグナル（IIS）、DNA修復、プロ/アンチオキシダントの3つのパスウェイについて、パスウェイベースのSNP-SNP相互作用を分析しました。 IISシグナルに関与する成長ホルモン分泌促進受容体（GHSR）と二本鎖切断修復ヌクレアーゼMRE11ホモログ（MRE11A）遺伝子の組み合わせでは、長寿に対する相乗効果が認められた。 また、TP53はERCC除去修復2（ERCC2）やチオレドキシン還元酵素1（TXNRD1）との相乗効果も発揮した。 これらの結果は、TP53がDNA修復および抗酸化作用の経路を活性化する上で中心的な役割を果たしていることを示している。