只有弄清导致人体衰老的根本原因,才能知道哪个延寿方案是可行,哪个不可行。为此,全世界科学家至今已提出了约有300多种衰老理论,但绝大多数的衰老理论漏洞百出,是不可信的。由于衰老机制比较复杂,再说中国对衰老研究起步较晚,因此,由中国科学家提出的衰老理论更少。
评价一种衰老理论是否正确的最好指标是看看能不能显著逆转细胞衰老,目前唯一能勉强通过的是端粒理论,因为增加端粒长度能显著让已经停止分裂的细胞再分裂几十次。
为了完善衰老理论,我提出三大理论如下:
1998年,笔者发表了个体衰老的干细胞理论[1],本理论的主要内容是:人体中的各种组织和器官是由两大类细胞组成的--成体干细胞和功能细胞。功能细胞和成体干细胞每天都会因为各种原因如DNA突变、病毒感染、细胞的生理性衰老等原因而死亡掉一部分,死亡掉的那部分功能细胞会由成体干细胞通过细胞分化填补上去,而死亡掉的那部分成体干细胞会由成体干细胞通过自我复制填补上去。但是,成体干细胞也会因端粒等多拷贝重复DNA减少造成的生理性衰老,由衰老的成体干细胞分化补充的功能细胞也是衰老的,从而导致关联性的组织→器官→整体的衰老,因此,导致个体衰老的主要原因,并非成体干细胞数量的减少,而是成体干细胞本身的衰老,据此笔者认为,向衰老的个体移植年轻的成体干细胞或逆转个体组织中的原位成体干细胞的衰老,就能够大幅度延长个体的寿命甚至返老还童。无独有偶,2010年,美国科学家也在《自然》杂志上提出类似的理论,他们认为成体干细胞端粒缩短和线粒体DNA突变累积是导致个体衰老的原因[2]。很遗憾的是,在因果关系中,线粒体DNA突变累积只是成体干细胞衰老的结果而非原因。关于线粒体DNA突变累积不是细胞衰老的原因,笔者1998年出版的专著有专门提过[1]。其实,早在上个世纪60年代就有试验可以说明控制细胞衰老的部位是在细胞核,而非细胞质中的各种组份或细胞器[3]。二、衰老的基因程序驱动器理论
衰老的基因程序驱动器理论[4-5]的主要内容是:各种生物都有一个相对固定的发育、成熟和衰老死亡的时间表,这是属于有序的程序性的范畴,因此,衰老的本质是早、中和晚三大基因群阶段性时序表达的过程,这就是《自然·医学》杂志刊发的一个研究,通过血液检测发现人体的衰老并不是匀速渐进发生的,很可能存在“量变到质变”的生理转折点[6]。三大基因群的功能:早期基因群主要负责胚胎发育的,中期基因群主要负责生存生殖的,晚期基因群主要是负责破坏正常生理的。以一种终末分化细胞如肝细胞为例:在胚胎期主要表达甲胎蛋白(AFP)等早期基因群;童年和成年期停止表达AFP,转而表达白蛋白等中期基因群;到老年期白蛋白基因逐渐停止表达,转而表达尿蛋白[7]等晚期基因群。因此,衰老的本质就是特定基因群依次开启和关闭的结果。由于肝细胞癌变时会重新合成甲胎蛋白,因此,由衰老驱动的基因顺序表达是可逆的,或者说,这种基因调控方式与细胞分化的基因调控不一样,因为细胞分化的基因调控通常是很稳定和不可逆的,肝细胞不会因为癌变而变成皮肤细胞等其它组织细胞。
关于衰老本质是一种遗传程序的理论也不少,但都没能说清这种遗传程序是如何运作的。由于个体的一生基因是不变的,那么,不变的基因是如何实现基因的程序化表达?笔者认为需要一个时序驱动器来驱动基因按照时间顺序进行表达,就象电影胶带的移动需要驱动器,计算机磁带的移动需要驱动器驱动运作是一样的。由于端粒等多拷贝DNA的拷贝数会随着细胞衰老而减少,据此笔者推测,端粒等多拷贝的重复DNA就是驱动细胞衰老过程基因程序化表达的时序驱动器,染色体基因组相当于数据库,端粒等多拷贝的重复DNA相当于数据库的索引,具体调控机制主要是通过调控DNA甲基化的漂变。依据如,面肩肱型肌营养不良症(FSHD)是一种遗传性的肌肉疾病,DUX4基因的表达是发病的主要原因,年轻人DUX4沉默着。2013年,德克萨斯大学达拉斯西南医学中心的Guido Stadler说,端粒越短,DUX4表达活性越强,随着端粒逐渐缩短,DUX4表达活性最多上升10倍。美国芝加哥大学Kathryn Demanelis研究团队在顶尖学术期刊《Science》上发表研究发现,端粒长度与1000多种基因表达水平有关[8]。
这可能是衰老的终极理论,说的是成体干细胞的衰老虽然与端粒缩短有关,而且延长端粒也能增加细胞分裂次数,但光延长端粒,成体干细胞最终也会衰老。而对于不再分裂的心肌细胞和神经元等等的终末分化细胞的衰老,由于心肌细胞等终末分化的细胞,端粒不会缩短或很少缩短[8],因此,除了端粒调控细胞衰老外,还有一种称为“rDNA”的多拷贝的重复DNA驱动着细胞的衰老进程,端粒DNA 和/或rDNA拷贝数的缩减是通过升高P53水平来驱动细胞衰老的[9]。-原创:黄必录
参考文献
[1] 黄必录.衰老的机理意义及治疗[M].北京,燕京函授医学院,1998,1049-1064.
[2] Ergün Sahin & Ronald A. DePinho Linking functional decline of telomeres, mitochondria and stem cells during ageing[J]. Nature, 2010,464, 520-528.
[3] 徐承水,曲智才,党本元,等.分子细胞生物学手册[M].北京:北京农业大学出版社,1992:491.
[4] 黄必录.衰老的生命周期程序驱动学说[J].中国老年病杂志,2011,8:167-185.
[5] 黄必录,个体衰老与干细胞应用 颠覆传统理论,揭示衰老原因[C].中国老年学学会衰老与抗衰老科学委员会,第二届全国衰老与抗衰老学术大会论文集,浙江金华,金华市医学会,2009,112-115.
[6] Benoit Lehallier, David Gate, Nicholas Schaum , et al., Undulating changes in human plasma proteome profiles across the lifespan. Nature Medicine. 2019. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0673-22.Valur Emilsson, Vilmundur Gudnason and Lori L. Jennings. Predicting health and life span with the deep plasma proteome. Nature Medicine. 2019. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0677-y
[7] Sigal SH, Brill S,Fiorino AS, et al. The liver as a stem cell and lineage system . Am J Physiol . 1992 : 263 ( 2 Pt 1 ) : G139-148 .
[8] Demanelis K,Jasmine F,Chen L,et al.Determinants of telomere length across human tissues[J].Science,2020,369(6509):eaaz6876.
DOI: 10.1126/science.aaz6876