延缓衰老的秘密,藏在果蝇染色体的末端?

作者: null

来源: 赛先生

发布日期: 2022-01-09 18:28:57

本文详细介绍了从20世纪30年代至今,科学家们对端粒和端粒酶的研究历程,特别是布莱克本和格雷德的贡献,以及端粒长度与细胞衰老之间的关系。文章还讨论了压力对端粒长度的影响,并提出了通过缓解压力来延缓衰老的可能策略。

当詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克在1953年提出DNA双螺旋模型之后,DNA的复制问题立即成为分子生物学研究的热点。随着复制次数的增加,DNA会变得越来越短,最终肯定会影响基因的功能,进而迫使细胞崩溃。科学家一时对此无法理解,以至于沃森在1972年将其称为“末端复制问题”。

如何解决末端复制问题,成为分子生物学研究的一项重要任务。其实早在20世纪30年代,著名遗传学家赫尔曼·穆勒就已发现,果蝇染色体末端存在一个特殊的结构,并将其命名为端粒。直到1978年,伊丽莎白·布莱克本的介入,事情才出现了转机。

布莱克本于1975年在英国剑桥大学获得博士学位,随后进入美国耶鲁大学从事博士后工作,她的研究计划很直接,就是对端粒DNA进行测序,进而分析其功能。后来布莱克本结束了在耶鲁大学的博士后生涯,进入加州大学伯克利分校担任助理教授,继续研究四膜虫。她大量提取四膜虫染色体,反复分析其末端碱基序列,结果非常令人吃惊,四膜虫染色体端粒中居然含有大量简单的重复序列,重复次数可达几十次甚至上千次。

1984年4月,卡罗尔·格雷德加入布莱克本的研究团队攻读博士学位,她的主要任务就是寻找催化合成端粒的酶。1985年6月,格雷德终于找到了确切的证据,证明四膜虫细胞内确实存在一种酶,专门用来延长端粒重复序列,简称为端粒酶。自此,生物体内一个非常重要的基因工程系统浮出了水面,同时使得布莱克本和格雷德与另外一名学者分享了2009年的诺贝尔生理学或医学奖。

端粒和端粒酶是一套完美的生化合作体系,存在于大多数真核生物细胞内,对于维持DNA的完整性具有得要意义。如果缺失端粒序列,染色体可能很快被降解,细胞功能也很快遭到破坏,外在的表现就是衰老。为此科学家展开了复杂的研究工作,结果发现,如果端粒序列发生突变,细胞确实容易提前衰老,而功能正常的端粒则可以延迟细胞衰老。

发现这些规律之后,研究人员天真地以为,人类已经发现了长生不老的秘诀——如果通过基因工程延长体细胞的端粒序列,或者强化体细胞的端粒酶活性,不断补足复制过程中缺失的引物缺口,理所应当的就能够延长机体的寿命。但随后的研究却得到了大量混乱的结果,有时甚至自相矛盾。现在相关研究已经恢复了冷静,大家基本接受了这样一个朴素的事实:在端粒和衰老之间,存在复杂的因果关系,而非简单的线性过程。

此事也容易理解,毕竟衰老是重要的生命事件,是受多种因素影响的综合结果,不可能也不应该是单一因素作用的结果。端粒只是众多因素中的一种,而非全部。衰老的本质是细胞协调能力的改变,而非某种具体功能的改变。端粒序列缩短不过是细胞协调能力下降的一种表现形式。如果强行通过基因工程强化端粒酶活性,确有可能补足缺失的端粒,但由此造成的结果却并不乐观,有时甚至会导致细胞癌变。

因此,目前仍然看不到利用药物控制端粒来延长寿命的希望。

不过在自然状态下,较长的端粒序列确实意味着较长的细胞寿命。年老的个体不仅端粒变短,端粒酶的活性相应变弱。因此端粒长度可以作为衡量衰老的重要标志,但人为延长端粒并非防止衰老的有效手段。这就是问题的复杂性所在。无数的历史都在告诉我们,人类总是很难轻易获得延年益寿的灵丹妙药。

现在科学家转而关注如何在自然状态下有效维持端粒的长度,这也是布莱克本的兴趣所在,毕竟其中寄托着人类经久不衰的长寿梦想。为此布莱克本和同事展开了大量的调查研究工作,在海量的因果关系中,他们钓出了一条清晰的线索,那就是,人们承受的压力越大,细胞内的端粒就越短,同时端粒酶水平也越低。也就是说,压力是影响端粒长度的重要因素。对此结果的初步理解是,压力会提高机体皮质醇浓度,而皮质醇可以抑制端粒酶活性。

由此而得出的结论非常明确:凡与心理压力有关的因素,都可能对端粒具有直接的破坏作用。

明白了压力与端粒之间的关系,应对策略也很简单:只要缓解压力,就能维持端粒长度,缓解衰老进程。那么哪些活动可以有效缓解压力呢?选项其实有很多,诸如坚持锻炼、健康饮食和适度的社交活动等等,但最有效而且廉价的措施,居然是冥想!布莱克本认为,冥想不但能够缓解端粒的磨损,甚至可能延长端粒的长度。

如果你想了解更多这方面的内容,不妨阅读一下布莱克本最新的科学作品,《端粒》,她在书中对此作了详尽的讨论。这本书的中文版已由湖南科技出版社出版,或许有兴趣的朋友可以从中得出一些有益的建议。

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