我们可以阻止衰老吗?——探索衰老的奥秘与干预

寻琴观看商业 2024-11-02 00:58:08

衰老常与疾病相伴,我们都渴望亲人健康长寿。衰老相关的慢病,如神经退行性疾病、动脉粥样硬化、骨质疏松、肌少症等,本质上是不同器官衰老的具体表现。

就像汽车老化后性能下降,铁管生锈一样,血管老化也会发生动脉粥样硬化。因此,理解衰老是认识慢病的前提,延缓衰老是防治慢病的重要手段。

衰老的度量与机制

要解决衰老相关问题,首先要弄清:衰老是否程序化?如果是,理解了衰老规律能否延缓衰老?能否阻止衰老?这是《科学》杂志提出的125个重大科学问题之一。衰老研究领域也有几个基本问题:我们究竟有多老?为什么会老?如何健康地老?这分别对应着衰老的科学度量、衰老的机制和衰老的干预。

我们常说的年龄实际上是日历年龄。但每个人衰老速度和程度、表现形式各不相同,即衰老的异质性。

因此,日历年龄无法精确度量衰老。与高度程序化的发育过程不同,老年人的衰老速度和程度,以及伴随的衰老相关慢病各不相同。

因此,日历年龄已不足以应对衰老的高度异质性。

我们需要一把能度量生物学年龄的标尺,以确定衰老程度、速度,以及距离疾病的远近。甚至可以用它来锁定人群中加速衰老的个体,进行早期干预。

例如,女性通常比男性更长寿,提示衰老速率调控存在性别差异。研究人员建立了中国女性复合衰老时钟,发现中国女性在30岁左右(生育期)和50岁左右(更年期)衰老最快,这两个时间点激素水平变化最大。

该时钟还可以评估哪些干预策略能减缓衰老,例如更年期服用雌激素(激素替代疗法)和有喝茶、食用乳制品习惯,都能降低生物学年龄。目前,研究人员正在优化衰老时钟的精度,以期在未来解决更多问题。

古病毒复活与衰老的传染性

衰老是一个复杂且异质的生物学过程,但并非如机器磨损般简单、粗暴、无序。实际上,它是自然界一个高精度的程序化过程。

无论是细胞衰老还是器官功能退行,都需要找到其调控机制、分子开关及相应的干预靶点。儿童早衰症是衰老速度最快的人类疾病,发病率为1/400万,由核膜蛋白lamin A基因单点突变引起。

一个17岁的早衰症患者,心血管系统已像80岁的老人。这提示衰老进程受程序化调控。将相同基因突变导入猴胚胎,猴子出生后一个月即出现加速衰老特征,例如动脉硬化、骨关节炎、毛发稀疏等。这为研究器官如何在遗传驱动下衰老,以及进行药物筛选和评价提供了模型。将lamin A突变导入人类细胞,细胞会加速衰老,干细胞加速耗竭。研究发现,致密染色质变松弛是人类细胞衰老的特征和重要驱动力。年轻细胞核膜下方,染色质甲基化封印着致密的异染色质。这些异染色质将基因组中的“垃圾序列”(例如重复元件)很好地封印,使其不易表达。

年老时,异染色质松弛导致“垃圾序列”泄露,其中之一竟是古病毒。古病毒又称内源性逆转录病毒(ERV),类似艾滋病病毒,是一种RNA病毒。

数百万年前,古病毒感染人类祖先,整合到人类基因组中,与人类共生共进化。在发育成熟或年轻个体中,古病毒被DNA甲基化封印。

ERV占人类基因组的8%,而蛋白编码基因仅占1%至2%。随着衰老和异染色质松弛,古病毒会重新复活。研究发现,衰老细胞中ERV的RNA和蛋白质重新出现,甚至出现病毒颗粒。衰老细胞还能释放ERV颗粒,感染邻近年轻细胞,这种现象被称为“衰老的传染性”。

老年人大脑、肝脏、皮肤等组织中也含有ERV颗粒,ERV还能释放到血液中,成为潜在的衰老血液生物标志物。ERV复活会激活细胞天然免疫通路,使细胞进入衰老和慢性炎症状态。衰老和炎症细胞累积导致器官退行,慢病发生。这鉴定出一个新的通路:随着衰老,人类基因组中ERV复活的全生命周期链条。

抑制ERV复活可以延缓甚至逆转衰老。研究提出了三个策略:1. 使用CRISPRi介导的基因沉默技术抑制ERV转录;2. 使用抗艾滋病药物阿巴卡韦(反转录酶抑制剂)抑制ERV RNA反转录成DNA;3. 设计ERV综合抗体阻断其在细胞间传播,甚至针对ERV蛋白研发衰老疫苗,预防性地阻断ERV效应。

例如,阿巴卡韦处理衰老神经元,可以使其变年轻;老年小鼠服用阿巴卡韦后,学习认知能力改善,神经元蛋白质聚集体减少。这提示通过阻断ERV复活周期,可以延缓甚至逆转衰老。

衰老是一个命中注定的过程。数百万年前整合到人类基因组的古病毒,至今仍在控制人类的生老病死。

每个细胞都含有ERV序列,如同一个衰老定时器。随着年龄增长,尤其过了生育期,完成繁衍后代的任务后,脱离了自然选择的限制,基因组的致密染色质开始松弛,古病毒开始表达和复活,驱动细胞和机体衰老,最终走向慢病。

研究提示,衰老是程序化的、具有传染性,也是可度量、可干预的。

健康衰老的干预策略

如何健康地老?这涉及衰老的科学干预。体细胞重编程可以逆转细胞分化和发育过程,也能逆转细胞衰老。

2006年,日本学者山中伸弥将4个重编程因子导入成熟体细胞,将其重编程成胚胎干细胞样的多能性状态,称为诱导多能干细胞(iPSC)。这项研究因逆转细胞分化和发育而获得2012年诺贝尔生理学或医学奖。

2011年,研究人员将4个重编程因子导入儿童早衰症皮肤成纤维细胞,成功拨回细胞衰老时钟,使端粒重新延长,衰老细胞重新充满活力。

这证明体外细胞衰老可以逆转,这项技术被称为细胞更生技术(rejuvenation)。2016年,美国学者在老年小鼠体内诱导表达4个重编程因子(部分和间歇性重编程),发现小鼠器官出现年轻化迹象,寿命延长。这首次在体内证明细胞衰老可逆转。

2023年,研究人员将4个重编程因子克隆到慢病毒载体,注射到衰老小鼠骨关节腔,发现衰老骨关节腔变年轻,关节软骨再生。随后,他们用筛选到的更生因子SOX5替代4个重编程因子,也实现了骨关节腔年轻化。这为干预骨关节炎提供了新思路。

逆转细胞衰老的策略包括过表达年轻因子和抑制衰老促进基因。通过对人类基因组2万多个蛋白编码基因进行系统筛选,研究人员发现了一个强效促衰老蛋白——KAT7。

敲减或敲除KAT7可以延缓甚至逆转人类细胞衰老。将KAT7基因治疗载体注射到20个月大的老年小鼠尾静脉,切除部分肝细胞中的KAT7,小鼠寿命延长25%。

这再次证明细胞和组织衰老过程中存在特定分子开关,拨动开关可以延缓衰老。

除了前沿科技探索,还有一些简单易行的延缓衰老方法,例如少吃。“要想活到老,吃饭七分饱”有科学依据。

实验将中年大鼠分为正常饮食组和卡路里限制组(七分饱),结果七分饱组中位寿命延长5个月(相当于人类寿命延长15年)。卡路里限制可以扑灭各个组织器官的慢性炎症。

衰老过程中,各种组织器官会出现慢性炎症,原因之一是少量急性免疫细胞(如中性粒细胞、浆细胞、衰老T细胞)侵入五脏六腑,释放大量炎症因子,使机体处于促炎微环境。卡路里限制可以显著减少这些促炎细胞。

长期运动也能延缓衰老。实验让年轻和年老小鼠进行长达一年的自主跑轮运动,结果发现各个组织器官在单细胞水平上都出现了年轻化特征,虽然寿命没有延长,但健康寿命显著延长。

其机制包括节律基因重编程和有氧运动扑灭慢性炎症,甚至增加大脑皮层厚度。

对于普通人来说,少吃、多运动是简单易行的延缓衰老方法。面对长寿时代,我们该如何选择:健康长寿还是疾病缠身?相信所有人都会选择前者。

科技工作者的努力,就是为了让人们“老而不衰,老而无病”。

深度感想:

衰老是一个复杂而多面的过程,既受基因程序的调控,也受环境和生活方式的影响。虽然“长生不老”仍然是一个遥远的梦想,但通过科学研究,我们已经可以逐步揭示衰老的奥秘,并找到一些延缓衰老、提高健康寿命的有效方法。

从基因编辑到生活方式干预,各种各样的策略为我们提供了多种选择。 更重要的是,这项研究提醒我们,衰老并非只是消极的退化过程,而是一个充满活力和变化的动态过程,其中蕴藏着许多值得探索的科学问题。

对衰老的深入理解,不仅能帮助我们延长寿命,更能帮助我们提升生命的质量,活得更健康、更精彩。

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