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【诺奖中的“基因”】人类衰老的秘密是什么?

来源:光明网2020-09-03 10:44

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  【诺奖中的“基因”】

  “生老病死”是所有生物都避不开的规律,或许这些现象过于“平常”,很长一段时间让人们忘记了去探寻其背后的机制。直到20世纪70年代后期,伊丽莎白·H·布莱克本(Elizabeth H. Blackburn)通过研究发现,染色体的末端存在一个称为“端粒”的DNA片段,它能够避免染色体之间的相互磨损、黏着,起到保护染色体的作用。然而,生物体细胞的每次分裂,都会使端粒变短。当端粒缩短到一定程度时,细胞不是死亡,就是停止分裂,进入休眠状态。这个特性使端粒长度成为衡量细胞衰老的指标之一。在一些细胞中,一种叫做端粒酶(telomerase)的蛋白质能够重新合成端粒缺失的部分;而在另一些细胞中,端粒则会持续缩短。2009年,布莱克本与她的研究生卡罗·W·格雷德(Carol W. Geider)以及杰克·W·绍斯塔克(Jack W. Szostak),凭着他们在端粒机理研究领域的杰出贡献,共同获得了2009年的诺贝尔生理学或医学奖。那么“端粒”是如何发现的?理解了它的作用原理,我们真的可以抵抗衰老吗?

【诺奖中的“基因”】人类衰老的秘密是什么?

伊丽莎白·H·布莱克本

  “池塘垃圾”

  出生于澳大利亚一个医生家庭的伊丽莎白·H·布莱克本从小学习优秀,中学毕业后,她获得奖学金并进入墨尔本大学学习,于1970年和1972年先后取得生物化学的学士和硕士学位,随后用3年时间获得了英国剑桥大学生物学博士学位,熟练的掌握了DNA的相关知识。随后,她又奔赴美国耶鲁大学和加利福尼亚大学旧金山分校开展博士后研究工作。在耶鲁开展研究期间,她开始关注四膜虫染色体的复制。她对染色体中端粒的功能非常感兴趣。1980年,她碰到了同样热衷于研究端粒的杰克·W·绍斯塔克,他们开始合作研究。随后1984年,伊丽莎白和她的研究生卡罗·W·格雷德共同发现了端粒酶,并且发现端粒酶可以修补细胞分裂过程中端粒缺失的部分,端粒酶很大程度上决定了细胞是否能够继续复制,是细胞维持“生命力”的关键。1975年到1984年这将近10年的研究,最终让她成功的发现并揭示了端粒酶的功能,但中间有数不尽的困难,让伊丽莎白和她的实验室成员吃尽了苦头,她戏称四膜虫为“池塘垃圾”。

  伊丽莎白的发现具有很重要的意义,多项研究显示,通过对端粒长短的检测,不仅可以预测患心血管疾病、糖尿病、阿尔茨海默病和某些癌症的风险,甚至能够预测个体死亡的风险。比如,加利福尼亚大学旧金山分校的玛丽·沃莱(Mary Whooley),对780名60岁及以上的老人进行了4年的跟踪调查。结果证实,端粒的缩短确实是影响死亡率的一个风险因子。美国犹他大学的遗传学家理查德·考森(Richard Cawthon)对143名研究对象进行了一项长达15~20年的研究,也发现端粒较短个体的死亡率是端粒较长个体的两倍。

【诺奖中的“基因”】人类衰老的秘密是什么?

端粒酶保护下的染色体

  “长寿建议”

  围绕端粒及端粒酶有很多有意思的后续研究,本文整理了3则与端粒和寿命相关的研究。

  (1)端粒更青睐某种类型的运动。2015年德国科学家的研究显示:类似举重这样的运动并不会对端粒酶有任何影响。但一周3次45分钟左右的快走或者其他轻量有氧运动可以使端粒酶的活性提高2倍。此外,10分钟的热身,随后3分钟快跑-3分钟休息(4个循环),紧接着10分钟的休息,一周3次,也能达到上述效果。

  (2)多吃鱼、海带、亚麻籽油有助于保护我们的端粒。2010年美国加利福利亚大学的科学家测定了600余位中年心脏病患者体内的Ω-3脂肪酸(omega-3s)含量,结果显示,omega-3含量越高,随后5年端粒的长度也越长。其中端粒更长的心脏病患者的死亡率明显低于端粒短的患者。

  (3)忧郁和焦虑会使你的端粒变短,但冥想有助于端粒的恢复。2014年对3000名荷兰人的研究发现,抑郁时间越长,抑郁程度越高,患者的端粒越短。随后,2015年一项样本量更大的研究(12000名中国女性)的研究结果显示,长期压抑的女性的端粒长度明显短于不压抑的女性。有趣的是,多项研究指出冥想可以明显提高端粒的长度。伊丽莎白曾经做过如下实验:她将志愿者送到美国北科罗拉多的一个康复中心,并让他们进行3个月的冥想训练,随后测量了他们的端粒长度。结果显示,参加冥想的志愿者的端粒比没有参加冥想的志愿者的端粒长度高出30%。

【诺奖中的“基因”】人类衰老的秘密是什么?

冥想可以“保护”我们的端粒

  由此可见,科学家们已经在端粒缩短与疾病风险之间建立起了具有统计学意义的联系,相信不久的将来,我们能够更充分地利用这些科技知识为人类的健康生活提供服务。

  出品:科普中国

  作者:徐乐天(湖北大学生命科学学院副教授)

  监制:中国农学会 光明网科普事业部

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[ 责编:赵清建 ]
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