打破“节食长寿”神话 为什么人类无法永生

青木| 2014-04-11 09:09:00
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当生命只剩最后几分钟时,如果可以自由选择,你愿意以哪种方式结束生命?所有人都不愿去想死亡,不过在某些时候,想想这些问题是有好处的,至少有助于我们制定正确的医疗政策和研究目标。当我们在与死亡抗争时,科学能为我们提供多少帮助,这也是一个很重要的问题。

 

一个永生的细胞

 

人们常说,我们的祖先之所以能更坦然地面对死亡,是因为他们见惯了死亡。100年前,人类平均寿命比现在短30年左右。过去一个世纪里,医疗卫生条件的改善使人类整体寿命长于以往任何时候,而且全球人口的平均寿命还在继续增长。在较为富裕的发达国家,平均寿命每天都在以5小时甚至更快的速度增长,很多发展中国家则在以更快的速度追赶发达国家。如今,人类的主要死因是衰老过程本身,以及这个过程引发的各种疾病。到底是什么在控制衰老?

 

让我们来假想一个人的死亡:他咽下了最后一口气,生命终结。此时,身体里很多细胞都还活着,它们不知道发生了什么,仍在进行新陈代谢,维持生命--从环境中汲取氧气和养分,产生能量,用以制造蛋白质及其他细胞成分,并驱动所有细胞组件的活动。

 

很快,细胞缺氧而死。随着它们的死亡,一些非常古老的东西也悄然走向终点--身体里刚刚死掉的每一个细胞,理论上都可以沿着一条不曾间断的细胞分裂链,追溯到几乎40亿年前地球上最早出现的那些细胞生命身上。

 

死亡不可避免,但你体内的某些细胞具有一个惊人特性:只要人类不消亡,它们就近乎永生,前提是你有孩子。每存活一个孩子,你就有一个细胞(精子或卵子)逃脱了灭亡的命运。孩子出生,长大,成年,繁衍,细胞的生命也就一代代延续下去。

 

这让我们看到了一个近乎奇迹般存在的、能够永生的细胞谱系。但为什么几乎所有生物都有一具必将死亡的躯壳?为什么不是所有细胞都有机会永生?这些疑问最早是德国博物学家沃格斯特·魏斯曼在19世纪提出的,而我在1977年初一个寒冷的夜晚泡澡时,想到了一个答案:“抛弃躯体论”.

 

水螅长生不老

 

细胞每时每刻都在遭受破坏--DNA突变、蛋白质受损、反应性极强的“自由基”攻击细胞膜……生命的存在依赖于基因信息的不断复制和翻译。生殖细胞能在一场由各种差错导致的灾难中存活下来,一方面是因为有极为精密的自我维护和修复机制,另一方面则要归功于它们通过一轮又一轮竞争除去重大差错的能力。精子都是大规模出产,但通常只有一个优秀精子能与卵子结合;能形成卵子的细胞同样很多,远远超过最后排卵的数目。严格的质量控制会剔除那些次品,而自然选择则会作为最后的仲裁者,决定哪些个体最合适把生殖细胞系一代代传递下去。

 

对于一些多细胞生物来说,不会衰老似乎是一种准则。淡水水螅就具有超强的生存能力,随着年龄增大,死亡率不会升高,繁殖能力也不会下降。即使被切成很多段,也可以重新长出完整的身体。水螅永葆青春的秘密很简单:生殖细胞遍布全身。

 

不过在大多数多细胞动物中,生殖细胞只存在于性腺组织,也就是生成精子和卵子的部位。其他类型的细胞都分化成了专职细胞,如神经细胞、肌细胞等,这种分化对复杂生物体的发育是必需的。这一分工对生物体的衰老和生存时间有着深远的影响。专职细胞没必要永生,当机体通过生殖细胞将遗传信息传递给下一代后,专职细胞就可以去死了。

 

衰老的本质是“损伤累积”

 

大部分自然生物体都死得很早,原因多是意外事故、天敌捕食、感染或者饥荒。同时,维持躯体正常运转也代价不菲,而资源又常常有限。生物体每天摄入的能量中,一些可能用于生长,一些用于体力劳动和运动,一些则用于繁殖。还有一部分能量以脂肪的形式储存起来,以备饥荒之需。只不过,生物体活着的每一秒钟,机体内都会出现很多差错,很多脂肪都在处理差错的过程中消耗掉了。机体还要不断合成蛋白质等生命活动必需的分子,而要正确合成这些分子,机体必须时刻校正基因编码,这个过程也要花费不少能量。此外,机体还得向垃圾处理系统分配能量,用以清除细胞残骸。

 

正是基于生物体的耗能情况,我提出了抛弃躯体论:如果环境很可能给机体带来死亡,那么机体就完全没有必要为了无限期存活而耗费大量能量。为了使物种得以延续,基因组只需保持机体健康,在死亡到来之前成功繁殖。

 

在自然选择的强大压力下,生物体在分配能量时,首先考虑的是生长和繁殖,而非构建一具永生性的躯体。因此,生物体的衰老实际上是各种没有修复的细胞损伤长期累积的结果。

 

“节食长寿法”不适用

 

生物体内没有任何“程序”能准确决定死亡时间,但越来越多的证据表明,特定基因可以影响我们的寿命长短。上世纪80年代,研究人员发现一种基因的突变体能使线虫的平均寿命延长40%.果蝇、小鼠等动物也被发现有类似的基因突变,能改变机体的新陈代谢,以及机体为维持自身功能而使用能量的方式。实际上,延长寿命似乎需要准确调节那些我们已知的细胞修复过程,防止身体因为各种损伤的累积而受到伤害。

 

可获取的食物数量也能调节新陈代谢。早在上世纪30年代,科学家就非常惊讶地发现,让实验小鼠处于半饥饿状态竟能延长它们的生命。在摄食量受到限制的小鼠中,一系列细胞维护和修复系统的活动都有所增强。乍一看去,缺少食物的动物为了维持身体机能需要消耗更多的能量,这似乎有点奇怪。不过一些证据表明,在饥荒期间,某些动物会停止生育,把能量预算的很大一部分用于细胞维护。

 

虽然在一些动物中,“节食长寿法”已得到验证,但人类的情况与动物有极大的差异。在线虫体内,能显著影响寿命的因素主要是基因突变:不论何时,只要线虫发现自己处于恶劣环境中,一些突变基因就会使机体停止生长,进入一种抗压模式。而我们人类不可能如此灵活地调节新陈代谢。

 

即使线虫的寿命显著延长,它们仍会经历衰老过程,因为细胞损伤依然在积累,最后导致机体功能的全面崩溃。因此,如果想要得到更好的结局,我们需要重点研究如何安全控制或逆转细胞损伤的累积。

 

人类能否战胜死亡?

 

衰老对人体的影响是全方位的,它还与多种形式的分子和细胞损伤有关。在某些细胞中,这些损伤的积累速度要快于其他类型的细胞(取决于修复系统的效率),但任何一种细胞受到的损伤都是随机的,而且同一个体同一类型的两个细胞受损程度也可能不同。因此人们衰老和死亡的具体过程千差万别。

 

通过调控细胞消除损伤累积的生理机制,我们也许能够对抗衰老。如果受损过于严重,细胞最简单的反应就是杀死自己,以避免受损细胞对更多的人体组织造成伤害,引发疾病。

 

细胞凋亡更多地发生在老化器官中,但在自然界,动物往往还没有进入老年阶段就已丧命。当动物体内几乎没有需要被清除的细胞时,凋亡机制就开始处理“年轻”器官中的受损细胞。如果细胞死亡太多,一个器官就可以变得衰弱甚至失效,因此细胞凋亡好比一把双刃剑:它可以除去潜在的危险细胞,但清除的细胞太多就可能影响器官功能。所以严格来说,当生物体进入老年阶段后,一些细胞凋亡可能并不是必需的。在中风等疾病中,科学家就希望抑制受损程度不高的组织中的细胞凋亡,减少细胞损失,从而改善患者病情。

 

不过,还能正常复制的受损细胞通常不会自杀,而是直接停止分裂,这个过程被称为复制性衰老。最近我和同事有一个令人振奋的发现:每个细胞都有一个非常精密的“分子电路”,监控着DNA和“能量工厂”线粒体的损坏程度。当受损程度超过某个阈值,细胞就会自动进入一种特殊状态--还能发挥功能,但不能分裂。如果想要解开这些细胞的“自我封印”,让它们恢复一定的分裂能力而不引发癌症,我们有必要非常全面地了解细胞衰老是如何发生的。

 

通过研究衰老来改善人类晚年的生存质量,这或许是医学面临的最大挑战。我相信,我们能够而且必将开发出让人们安享晚年的疗法。只是当最后时刻来临时,任何个人都无法胜过死亡的力量。所以我们就更应该关注生活,充分利用我们活着的每一刻时光,因为没有灵丹妙药能让我们免于死亡。更多和人类奥秘有关的内容,编辑推荐:人类所不具备的十大动物感官

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