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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

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我们要什么?长寿!怎么要?改DNA!

2017-11-21 16:32:00

  时间总是那么残酷。终有一天,你会发现眼角的鱼尾纹又多了几条,脸上、手上开始出现褐色斑点,再也不能一口气从一楼爬上六楼了。接着,你不得不戴上老花眼镜才能看清眼前的报纸,只能拄着拐杖才能行走,渐渐地记不清以前的事情。更让人畏惧的是,随着年龄的增长,人们罹患各种疾病的风险也逐渐增加。糖尿病、癌症、心血管疾病、神经退行性疾病,无一不在剥夺着老年人的健康和生命。衰老就像一个魔咒,不知不觉侵蚀着每一个人的生命。

  吃的少,活得久?

  这个结论对吃货不太友好……

  20世纪30年代,美国科学家麦凯首次报道,通过饮食限制能将大鼠寿命延长40%,且它们比同龄的大鼠更健康。此后有大量实验表明,限制饮食摄入可使果蝇、酵母和啮齿类动物的寿命得到延长。

  从1989年起,美国威斯康星大学的研究者对76只恒河猴进行了为期20年的饮食限制实验,发现节食同样能延长灵长类动物的寿命。然而,3年后美国国家衰老研究所发布了另一份报告,他们发现对恒河猴进行饮食限制并不能延长其寿命。

  这就很尴尬了……

  同样是对恒河猴的实验,结果却截然不同,这主要是因为研究者对饮食的标准不同,套用庄子的话来说:“子非猴,安知猴之饱?”这两个研究让人们开始质疑:限制饮食是否真的能对人类起到长寿的作用?

  “民以食为天。”即使限制饮食可以长寿,这可能也不是每个人都愿意的。而且,限制饮食有诸如记忆力减退、骨质疏松等副作用。如果不需要节食就能长寿,无疑更加令人期待,而这需要我们真正了解限制饮食获得长寿背后的机理。

  放开那群猴子,来研究一下虫子

  说到分子水平上的衰老研究,不得不提秀丽隐杆线虫(下文简称线虫)。

  线虫只有1毫米长,在显微镜下全身透明,能清楚地看到每一个细胞。在实验室里,它们被养在涂有大肠杆菌的琼脂板上,每一次蠕动都在身后留下完美的正弦曲线。线虫堪称诺贝尔奖的“神助攻”:它们最早在1965年由生物学家悉尼·布伦纳作为模式生物引进实验室,到2008年,利用线虫完成的科学研究已获得3次诺贝尔奖。

  线虫的生命很短暂,平均寿命只有21天。早在20世纪80年代,科学家就利用化学诱变的方法获得了上百种突变体线虫。80年代初,科学家惊奇地发现,有一种突变体线虫竟然活得比野生型更久更健康。这个突变体仅有一个基因和野生型不一样,这个基因就是age-1,它在哺乳动物中的同源物很快被找到,是胰岛素通路中的一个重要的酶。

  这一发现打开了衰老的秘密花园之门。到目前为止,已经发现的与长寿相关的基因包括FOXO3(存在于大量长寿人群中)、FOXA(与限制饮食相关)、SIRT1(与代谢相关)等。这些基因几乎都首先在线虫中找到。随着研究的深入,越来越多的基因及其调控的代谢方式被发现和解答,寿命的生物学密码正逐渐被解开。

  真相只有一个——DNA修饰!

  每个人体内都有自己的一套遗传物质——DNA。DNA由A、T、C、G四个不同的核苷酸排列组成,不同的排列方式组成不同的基因和调控元件。它们就像上帝的语言,书写着生命的密码。调控衰老的基因自然也是由其编码。DNA编码的基因是与生俱来的,因此,长寿的父母往往也有长寿的孩子。

  但是,这并不是长寿的全部秘密。同卵双胞胎的DNA序列完全一样,虽然他们同年同月同日生,但不是同年同月同日死,这在一定程度上就是DNA修饰的作用。控制基因表达的除了DNA上的调控元件,还有DNA修饰。

  DNA修饰就好比刻在一块玉石上的精美图案,它并非与生俱来,而是可以后天添加上去的。随着年龄增长,为应对不同的生活方式和环境变化,DNA修饰会发生很大的变化。DNA修饰可以作为衰老指标直接预测个体寿命。在衰老研究中,DNA修饰被形象地称为“表观遗传学时钟”。

  生命天平的倾斜

  那么,这些DNA编写的长寿密码是如何起作用的呢?根本而言,长寿密码的作用在于维持我们体内的各种稳态。

  如果把人体比作一台机器,那么这台机器在不停运转的同时也在不停地损耗。如同工厂里的机器需要维护保养以使其正常运转一样,为了抵消运转时产生的损耗,人体内也有一套高效的维护机制来修理损坏的分子零件、清理各种垃圾分子。所谓的稳态就是维护机制和损耗之间的有机平衡。就像所有机器一样,人体也会老化。渐渐地有一天,体内的维护机制赶不上人体的损耗。当细胞不能维持稳态时,生命的天平开始倾斜,衰老的魔爪渐渐靠近,最终将生命彻底侵蚀。

  “管住嘴”是有科学依据的

  人体内的稳态有许多方面。蛋白质的稳态是其中之一。

  试想一下,当你的房间堆满很多年前的杂物和垃圾,导致你不能很快找到自己需要的东西时,你是否很难保持愉快的心情和高效的工作效率?同样,当细胞内堆满垃圾蛋白时,它的生命活动也会受到影响。目前人们认为,垃圾蛋白堆积破坏了蛋白质的稳态,是造成疾病和衰老的重要原因。

  细胞清除垃圾蛋白是一个很神奇的过程,其中一种清除方式被称为“自噬”,即自我吞噬。年轻细胞的自噬能力往往高于年老的细胞。老年人体内细胞的自噬水平下降,各种垃圾蛋白开始积聚。我们看到的老年斑就是蛋白积聚的结果,人们熟知的阿尔茨海默病也是由于Aβ蛋白在神经细胞内大量积聚导致的。

  那么,是不是提高细胞的自噬能力就能延缓衰老呢?理论上来说的确如此。限制饮食(俗称管住嘴)获得的长寿很大程度上依赖于自噬水平的提高。

  “迈开腿”也是有科学依据的

  活性氧稳态的破坏是衰老的另一个主要诱因。氧气是一种化学性质很活泼的物质,它能让万物生长,也能让钢铁生锈,活性氧则是更为活泼的含氧离子团。活性氧有一个外号叫“氧毒”,是细胞加速衰老的元凶。随着年龄的增长,人体内活性氧清除的效率越来越低,直至皱纹凸显,疾病缠身。

  既然活性氧那么可恶,那我们是不是该彻底清除它们呢?并不是的。活性氧主要在细胞的能量工厂——线粒体中产生,是负责传递能量的搬运工。微量的活性氧是维持细胞正常生理活动所必需的。将小鼠的活性氧降低到正常水平以下并不能让它们活得更长。

  另外,运动能加速呼吸作用,同样也能加速产生活性氧,而这对健康是有益无害的。正常细胞内有一整套完善的机制来清除多余的活性氧。当活性氧含量上升时,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶等抗氧化酶的表达也会上升,迅速将过多的活性氧消灭。因此,当周围的人因为细胞内活性氧的积聚而日渐衰老时,那些经常运动的人因为体内抗氧化酶的表达持续保持在较高水平而暂时躲过了岁月这把“杀猪刀”。

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