人口老龄化已成为全球日益严重的医学和社会问题，衰老、抗衰老以及与衰老相关的神经退行性疾病的研究已成为国际生物医学领域的研究热点。低功率激光疗法(Low-level laser therapy，LLLT)能够调节多种生物过程，包括促进细胞增殖，分化以及抑制细胞凋亡等，并被大量的应用于临床研究。然而，关于LLLT能否缓解衰老及衰老相关疾病目前还并不清楚。LLLT可以直接影响细胞内多种生理指标，而LLLT的生物学效应在分子水平上主要是由多种信号蛋白的调控来执行的。目前，LLLT在多种衰老相关退行性疾病的临床实践中均显示了良好的应用前景，对其具体作用的分子机制的研究成为LLLT领域研究的热点。　　细胞衰老是一种研究老化机制的细胞模型。端粒缺失，DNA损伤，氧化应激和糖化应激都是触发细胞发生衰老变化的因素。大量的研究表明，糖化应激诱导的糖基化末端产物能够抑制细胞增殖，增大细胞体积，增加衰老相关半乳糖苷酶的活性，以及促进p53转录出衰老相关蛋白p21，从而造成细胞衰老。本研究中，我们使用典型的D-半乳糖作为诱导细胞衰老的模型，运用现代荧光成像技术，从分子水平上揭示了LLLT缓解糖化应激引起的细胞衰老的分子机制，为LLLT在延缓衰老过程中提供理论依据，并进一步推动激光抗衰老疗法的开发及应用。　　衰老相关神经退行性疾病，阿兹海默氏症(Alzheimers disease，AD)是一种以原发性神经元变性为基础的慢性退行性中枢神经系统疾病。在AD病人脑中，神经突的萎缩和突触的缺失被认为是认知损伤的主要诱因，而Aβ诱导的神经毒性和树突萎缩可能是由于脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophicfactor，BDNF)的缺失造成的。增加BDNF的水平能够改善AD模型鼠的学习和记忆能力。因此，上调中枢神经系统内的BDNF的表达水平可能是一种缓解AD疾病中树突萎缩及神经元毒性的有效方法。　　帕金森病(Parkinsons disease，PD)是一种慢性神经系统疾病，是由中脑黑质致密区多巴胺神经元选择性变性死亡、纹状体多巴胺减少所致，其具体的发病机制目前并不清楚。越来越多的研究表明，线粒体功能异常是帕金森病的发病过程中起到非常重要的作用。在PD多巴胺能神经元死亡的早期，线粒体复合物I发生损伤，随着线粒体缺陷的加剧，神经元走向凋亡。因此，缓解线粒体功能损伤或者促进线粒体生物合成可能是缓解PD疾病的有效方法。　　LLLT作为一种新型无损的物理疗法，能够在细胞水平，动物模型及临床条件下调节神经元的功能。而且，LLLT能够有效地穿透生物组织包括中枢神经系统，产生无损的有效的光生物学调节效应，包括促进神经元再生和增加ATP的合成。基于LLLT在细胞及分子水平上的直接生物学效应，本课题致力于研究、探索LLLT能否延缓神经退行性疾病的发生，达到提高神经保护的治疗目的。　　本课题以低功率激光照射作为一种无损的物理手段，去揭示激光对于细胞的功能调控及分子机制，并在机理研究的基础上探讨更为有效的缓解衰老的方法，以及发展针对于衰老相关神经退行性疾病的激光物理疗法。本课题的主要结果包括:　　1、主要研究LLLT缓解糖化应激诱导的细胞衰老的分子机制。我们发现LLLT能够抑制D-gal活化的p53/p21衰老信号通路，从分子水平上抑制细胞衰老的进程，这一过程依赖于长寿蛋白SIRT1参与。通过对衰老细胞内的具体成分进行分析，我们发现，长寿蛋白SIRT1在衰老细胞内的活性降低，LLLT处理后能够显著上调其去乙酰化酶活性并且促进其细胞核转位。同时，本研究首次探讨了LLLT激活SIRT1蛋白的分子机制，并讨论了SIRT1活性的增强对延缓衰老的生物学意义。SIRT1的激活及核转位依赖于PI3K/Akt信号通路的光活化。Akt能够直接磷酸化SIRT1的丝氨酸磷酸化位点上调其去乙酰化酶活性和促进其细胞核转位，增强其与底物p53的结合，抑制衰老信号通路p53/p21。而且，我们发现LLLT促进超氧化物歧化酶Mn-SOD的表达，提高抗氧化能力也依赖于对SIRT1的激活。本研究首次揭示了LLLT缓解糖化应激诱导的细胞衰老的分子机制，为LLLT在抗衰老治疗中提供理论依据，暗示了LLLT通过靶向激活SIRT1在抗衰老治疗中具有良好的应用前景。　　2、深入探讨LLLT在AD模型中发挥神经保护和缓解树突萎缩的分子机制。AD的病人中，神经突的萎缩和突触的缺失被认为是认知损伤的主要诱因，而Aβ诱导的神经毒性和树突萎缩可能是由于BDNF的缺失造成的。我们先前的研究已经证实了LLLT能够缓解Aβ诱导的神经细胞的凋亡，但是能否缓解树突萎缩及相应的分子机制并不清楚。本研究中，我们首次发现了LLLT能够促进BDNF的表达，缓解树突萎缩和神经元损伤。在Aβ处理的神经元中，加入LLLT能够激活BDNF的转录因子CREB，促进BDNF mRNA和蛋白水平的增加。而且，LLLT诱导的BDNF表达上调是一个依赖于ERK/CREB信号通路激活的过程。此外，LLLT除了刺激诱导树突生长的外在因子BDNF的表达上调外，同时也可以诱导调控树突生长的内在因子Rac1的活化和上调PSD95的表达，增加树突的长度和分支以及树突棘的密度促进海马神经元树突的生长，减缓了AD的发生。本研究首次探讨了LLLT缓解AD疾病模型中神经元损伤及树突萎缩的详细分子机制，为临床提供了潜在的控制神经退行性病变的方法。　　3、深入探讨LLLT在PD模型中促进线粒体生物合成，发挥神经保护作用的分子机制。线粒体功能缺失及随后造成的氧化应激被认为是PD疾病的发病机制之一。我们发现，在孵育有MPP+的神经细胞内，LLLT处理后能够通过上调PGC-1α的表达及活性，促进线粒体生物合成并缓解MPP+诱导的神经元损伤。LLLT上调PGC-1α的表达依赖于ERK/CREB信号通路。此外，LLLT还可以通过活化SIRT1，增强PGC-1α的活性，促进PGC-1α与转录因子NRF-1的结合。沉默干扰掉PGC-1α能够阻断LLLT的神经保护作用，其特征主要包括抑制线粒体生物合成所需蛋白的表达，减少线粒体的密度及促进神经元的凋亡。我们的研究结果揭示LLLT促进线粒体生物合成缓解神经元损伤的分子机制，并为临床提供一个潜在的控制帕金森病进展的方法。　　综上所述，本课题通过阐明LLLT缓解衰老及衰老相关神经退行性疾病的分子机制，为LLLT在缓解衰老及衰老相关神经退行性疾病的治疗中提供理论依据，有助于提高临床上低功率激光疗法的疗效，并进一步推动激光这一新型物理疗法在衰老及神经退行性疾病治疗上的发展。