长寿基因的研究与探索

作者: 韩飞

来源: 科学大院

发布日期: 2017-03-09

本文探讨了长寿基因的概念、研究历程及其在延长寿命中的作用。文章详细介绍了端粒酶基因、SIRT6基因、SIRT1基因、bcat-1基因和APOE e4基因等在长寿研究中的发现和应用,以及科学家们如何通过实验验证这些基因对寿命的影响。同时,文章也强调了长寿不仅仅依赖基因,还受到后天环境因素的影响,提倡健康的生活方式对延长寿命的重要性。

当我们说起“长寿基因”时,我们在说些什么?简单说,活得比人均预期寿命长就算长寿,所以,中国人长寿的标准是活过76.34岁,这是2016年官方公布的人均预期寿命。韩国人的这一数字要高许多,韩国政策中心2015年的报告称,2030年韩国女性预期寿命高达87.7岁。

但2017年发表在顶尖医学期刊《柳叶刀》上的、帝国理工学院与世界卫生组织的研究报告说,韩国人这一次谦虚了,2030年该国女性预期寿命其实要超过90岁,排名世界第一。然而,90岁对许多人来说还是太短,自古帝王就盼望能够长生不老,120岁的时候还可以像年轻人一样血脉贲张就更棒了!

但科学家发现,人体细胞好像都安装了定时器,到点便衰老、退化,就好像一个工厂按部就班生产若干年后,忽然开始关闭一条条生产线,一个个车间,最后居然“自爆”了!宏观上,人也就跟着衰老而死亡了。这些组成人体的细胞,它们的一举一动都被基因操控着。而人体一共两万多个基因,这其中谁可以保护好细胞工厂,或者延缓它的“自我爆破”,那谁就应该算作“长寿基因”喽!

遵循这个标准,科学家评委们开始了“长寿基因”的漫漫海选之路。端粒酶基因:实现细胞永生的关键?1912年,法国诺贝尔生理学或医学奖得主卡雷尔坚定认为,人体所有细胞都有永生能力,只要外界环境合适,就能无限分裂增殖下去。但是,在38年后,美国人海佛列克发现,卡雷尔大错特错!人类细胞即使在最理想的外界环境中也只能分裂大约60次,然后就衰老死去,这叫“海佛列克极限”。谁决定了海佛列克极限呢?

1975年,美国人伊丽莎白·布莱克发现是端粒,一种存在于人类染色体末端,同样也是由DNA组成的结构。细胞寿命是有限的,为了延续下去,它必须在死亡之前复制出一个新的自己,但端粒却每复制一次就缩短一点,从而损失了一小段记作TTAGGG的DNA,这称为“末端复制难题”。再加上外界紫外线、尼古丁、有机染料等等有害刺激,染色体越来越不稳定,终于彻底崩盘。

那把TTAGGG补到端粒末端,不就可以维持端粒的长度了吗?布莱克也是这样想的,而且她发现大自然确实也是这样设计的:一种叫端粒酶的蛋白质,可以通过精妙的机制参与合成出一段新的TTAGGG,补充到端粒末端(布莱克凭此成就,顺利拿到了2009年的诺贝尔生理或医学奖)。于是科学家猜想,是不是可以利用端粒酶,让人类细胞永远活下去呢?可惜,90%的癌细胞也是这样想的,它们邪恶地利用了端粒酶。

通过反复激活它的活性,让自己无休止地分裂下去,最终形成可扩散的恶性肿瘤。看来这条路不好走,人们用小白鼠做实验发现,提高端粒酶TERT基因的表达确实可以延长一点它们的生命,但也大大增加了患癌的风险!What a sad story!!!SIRT6基因:尝试重建新的细胞工厂?旧细胞工厂的“倒闭”,看来是不可避免的了,那可不可以多造一些充满活力的新厂房呢?

比如,造血干细胞就是负责造血的,如果某基因可以让造血干细胞稳定造血,新鲜血液源源不断注入人体,那它是不是就应该被尊为长寿基因呢?科学家早早就锁定了SIRT6基因,它来自Sirtuin家族,该家族一共七个成员,个个都有长寿基因的潜质。科学家发现,如果把SIRT6基因敲掉,小鼠就会早衰,寿命从2-3年锐减到1-2个月!反过来,让SIRT6基因过量表达,小鼠寿命就可以延长20-30%。

但在人类身上就没办法做类似的实验了,直到去年,科学家还只能在外源培养的人间充质干细胞上做实验,值得小小兴奋的是,实验中科学家发现,由于SIRT6缺失的人间充质干细胞也在加速衰老。但是,SIRT6更像是一把双刃剑,它既能抑制癌变,也能促进皮肤癌的发展。这就使科学家更不敢直接在人体做SIRT6的寿命实验了。这个时候,和SIRT6同一家族的另一个成员——SIRT1登场了。

SIRT1基因:可以被激活的“长寿基因”我们都知道,负责细胞工厂“能源供应”的是线粒体,这种细胞器是细胞工厂极其重要的、不可分割的一部分。而SIRT1基因可以保护线粒体,那么,激活它是不是就可以长寿呢?不同于SIRT6,安全激活SIRT1的办法早就有了!白藜芦醇可以帮忙激活SIRT1!哈佛医学院的科学家用白藜芦醇喂小白鼠,结果发现鼠“寿”延年!

继续用它在酵母菌、线虫、果蝇中做实验,也得到了类似的结果,SIRT1确实有益于长寿,而且还能让机体免受肥胖和衰老的影响。这批科学家马上成立了Sirtris制药公司,希望制造出类似白藜芦醇或比白藜芦醇效果更好的长寿药物。毕竟,白藜芦醇可以在葡萄皮、花生和浆果中找到,但含量还是太少,总不能让一个想长寿的人变成酒鬼吧!

白藜芦醇的故事也相当精彩,考虑到目前市面上卖白藜芦醇的保健品特别多,今后我们有机会再详细聊它吧。那有没有更多类似SIRT1的延寿基因呢?别急,往下接着读!bcat-1基因:限制它的活动就能延寿?苏黎世联邦理工学院和耶拿JenAge财团仗着有钱,干脆来个“基因海”战术,在自然界大规模筛选一下,反正基因分析技术已经非常成熟了,不差钱。

他们找了三种典型生物,线虫、斑马鱼和老鼠,一共检测了它们的4万个基因。科学家假定,与长寿有关的基因应该在年轻时很活跃,在老年时很低调,活跃还是低调的标准就看基因的副本多不多,而这可以用统计模型计算出来。统计模型表明,三种生物有30个共同的基因可能对寿命长短有影响,科学家挨个细致检验了一遍。

结果发现,有12个基因可以延长线虫5%的寿命,有一个叫bcat-1的基因,如果限制它的活动,竟然延长了线虫25%的寿命,而且线虫活得更健康。人体内也有bcat-1的同源基因,科学家相信它也是人类的长寿基因。有意思的是,bcat-1基因在人体内的作用是减少支链氨基酸的积累,那多吃些支链氨基酸是不是就可以延长寿命呢?可惜人体实验不好做,确定性的结果还没有。

然而,目前市面上的许多运动类保健品,都含有比较丰富的支链氨基酸,后者也被用来治疗肝损伤。科学家希望搞清楚的是,限制bcat-1的活动,或者增加支链氨基酸(主要是亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)的摄入,是不是就可以既活得长寿,又在高龄时依然健健康康呢?弄清楚这个问题很重要!APOE e4基因:长寿,是要付出代价的有些人并不想长寿,因为寿则多辱,老去后各项机能衰退,各种老年病缠身,痛不欲生。

比如阿尔茨海默症,让病人丧失了记忆力和认知能力,吃喝拉撒都不能自理,即使活到120岁也毫无质量和尊严可言。为什么长寿往往伴随着这些老年病呢?美国人凯莱布·芬奇提出来一个假说:人类祖先之所以比其他灵长类动物如近亲黑猩猩更长寿,在于人类祖先摄入大量肉食,进化出了对抗肉食中病原体的免疫机制。

这些免疫机制保证了人类祖先的寿命(大约40岁左右,是黑猩猩13岁的3倍),但这也让人类祖先付出了巨大代价——更容易得老年病。免疫机制的原理是消灭异己,办法是各种各样的,比如炎症反应就是其中一种。炎症反应包括发热、发红、肿胀和疼痛,发热让细菌无法正常繁殖,肿胀是因为组织液增多,把受伤区域与健康组织隔离开来,疼痛则让人注意保护自身。但反复的炎症反应会让癌症发生的概率,以及各种疾病发生的概率大大增加。

芬奇用动脉粥样硬化举例:慢性感染和炎症导致血管壁形成了微小伤口,后者在愈合的过程中产生了动脉斑块堆积,久而久而即堵塞了血管,造成疾病。APOE e4就是这样一个基因,它在生命早期强化了炎症反应,成功打退进攻,但在生命晚期,却会让机体付出沉重代价。多管齐下,延寿效果加倍?正如我们一开始提到的,凡有益于寿命延长的,都可称之为长寿基因。

所以,科学家也想过,如果同时改变两个潜在的长寿基因,是不是延寿效果就会加倍呢?依旧拿线虫做实验,科学家发现,改变线虫的雷帕霉素标靶(TOR)通道,可以延长线虫寿命30%,改变胰岛素信号通道则可以延长100%,把二者结合起来操作延长了线虫130%的寿命!科学家真不怕折腾!不过也可见人类对于长寿的渴望是多么迫切,并且,人们最想要的是既长寿又健康。

科学家和制药巨头们一定会继续走下去,先定一个小目标:让人类预期寿命突破120岁再说。上面我们洋洋洒洒说了这么多,不过必须说明的一点是,长寿只是结果,而造成长寿的原因,一部分是基因因素,一部分是后天环境因素。目前来看,长寿基因应该指的是一大类基因,它们参与到了至少五大类信号通路之中,且对长寿的决定占比为25%,60岁之后则更高。

当我们还做不到删除坏基因,添置一些长寿基因的条件下,想长寿就只能改变自己的生活方式,比如不吸烟、不熬夜,不吃撑以限制热量摄入等等,健康的生活方式才更加延年益寿哦!开心点!保持良好的情绪对健康和寿命的影响也很大哦!

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