控制基因能改變衰老嗎-新知探索
生老病死,在我們看來似乎是命中注定的,但這并沒有打消一些科學(xué)家研究衰老的熱情。在他們看來,一個(gè)很簡(jiǎn)單的出發(fā)點(diǎn)就是:同是動(dòng)物,為什么有的昆蟲只能活幾天,貓狗能活十幾年,而烏龜?shù)膲勖鼌s能長達(dá)一兩百歲?
“不同物種之間,最根本的區(qū)別是什么?它們的基因!所以我想,衰老的秘密也許就藏在基因里。它們里面肯定有個(gè)操縱桿一樣的東西,往上調(diào)一點(diǎn),就老得快,調(diào)下一點(diǎn),就可以老得跟烏龜一樣慢。”美國加州大學(xué)的生物學(xué)教授肯云(CynthiaKenyon)對(duì)基因的興趣從大學(xué)就開始了,而她最終選了一種冷門的生物來尋找答案——秀麗隱桿線蟲。
這是一種只能活三周的小蟲子,一毫米長,跟一個(gè)逗號(hào)差不多,但它們身上卻有50%的基因跟我們相同。在肯云教授看來,生命周期短的生物更容易觀察結(jié)果,基因也更容易控制。她嘗試在線蟲身上使用不同的化學(xué)物質(zhì),隨機(jī)改變它們的基因,看看對(duì)其壽命有什么影響。“這需要極大的耐心,成功率也很低,所以實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跽也坏皆敢鈦砀苫畹娜恕?rdquo;
耐心和勤奮帶來了回報(bào)。1993年,肯云在《自然》雜志上發(fā)表了自己的發(fā)現(xiàn):“通過讓一種名為Daf-2的基因部分失效后,線蟲的壽命能延長一倍。”而且,比起懶洋洋的普通線蟲,基因改變后的線蟲充滿活力。后來,她又發(fā)現(xiàn)了另一種名為Daf-16的基因,如果同時(shí)讓它也活躍起來,線蟲對(duì)疾病會(huì)產(chǎn)生超強(qiáng)的抵抗力,而生命能延長到144天,相當(dāng)于人類活到近500歲。
“這兩種基因在人類體內(nèi)都是存在的,Daf-2能控制胰島素,Daf-16則能指導(dǎo)身體的自我修復(fù),比如增加抗氧化物。”更令人興奮的發(fā)現(xiàn)是,改變?nèi)说倪@兩種基因的活性并不需要通過化學(xué)物質(zhì),只要節(jié)制飲食,特別是減少碳水化合物和糖類的攝取就可以達(dá)到目的。從那以后,肯云教授自己徹底戒掉了甜食,飲食上則增加了大量的蔬菜水果,并把自己的養(yǎng)生飲食心得發(fā)表在2003年10月的《新科學(xué)家》上。
衰老的開關(guān)
從線蟲身上尋找人類的長生秘訣,多少讓人覺得隔靴搔癢,直接在人身上進(jìn)行臨床試驗(yàn)不是更好嗎?但做這種實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)果的科學(xué)家并沒有多少。原因很簡(jiǎn)單:人類從年輕到衰老要跨越幾十年,等待確切結(jié)果的時(shí)間太久了,更別說其間的花費(fèi)會(huì)是多么巨大。對(duì)于有實(shí)力支持這種研究的機(jī)構(gòu)來說,找跟人類基因相近的生物是更實(shí)際的選擇。
在這點(diǎn)上,美國威斯康星大學(xué)的兩位教授魏德理(RichardWeindruch)和彭樂濤(TomasA。Prolla)選擇了恒河猴做研究對(duì)象,并且試驗(yàn)一做就是30多年。他們從1989年開始,選擇了76只健康的恒河猴,隨機(jī)分為兩組,第一組不限制飲食,第二組則嚴(yán)格節(jié)食,按照第一個(gè)月減少10%的攝入熱量,第二個(gè)月再減少10%的攝入量來進(jìn)行。恒河猴的壽命可以長達(dá)40年,所以他們投入了很大的耐心,持續(xù)觀察著兩組的健康狀況和老化征兆。
10年后,第一份報(bào)告發(fā)表在了多家科學(xué)期刊上:“限制熱量攝取的猴子,有超過50種引發(fā)炎癥的基因表現(xiàn)性被下調(diào)了,并開啟了部分幫助能量新陳代謝的基因表達(dá)。”
20年后,又一份報(bào)告發(fā)表在2009年的《科學(xué)》期刊上:“熱量控制組的猴子身體更加健康,肌肉因老化而流失的比例更低,因老化引起的病變幾率降低了三倍。”
至于兩者的壽命呢,由于美國對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)規(guī)定,參與試驗(yàn)的動(dòng)物必須受到最全面的照顧,不論生病還是受傷,都得把它們治好。因此兩組恒河猴都還活得好好的,很難對(duì)比壽命的長短。于是兩人決定,同時(shí)在老鼠身上也進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)。
得益于科技的進(jìn)步,老鼠實(shí)驗(yàn)動(dòng)用了基因晶片做工具。這種指甲蓋大小的晶片每片對(duì)應(yīng)一只老鼠,里面含有上百萬個(gè)基因數(shù)據(jù)點(diǎn)。“它讓我們能同時(shí)觀察這只老鼠體內(nèi)數(shù)千個(gè)基因表達(dá)的變化,否則如此龐大的工作量是很難完成的。”魏德理解釋。
魏德理和彭樂濤的實(shí)驗(yàn)引起了一些商業(yè)機(jī)構(gòu)的關(guān)注,其中包括如新。如新的白理曼博士(MarkR。Bartlett,Ph。D。)認(rèn)為,抗衰老并不是抹掉皺紋那么簡(jiǎn)單,而應(yīng)當(dāng)讓人的整體維持在年輕狀態(tài)。“隨著年齡增長,細(xì)胞本身是會(huì)退化的。就像一所房子,住久了總要修修補(bǔ)補(bǔ),壞了的部分要換掉。通過辨識(shí)老化后基因表達(dá)的變化,我們希望也能找到人體需要維修替換的部分,讓人維持最年輕的狀態(tài)。”
吃什么抗衰老
改變基因的表達(dá)方式,跟改變基因是兩碼事。在我們細(xì)胞的染色體中,有一條條由DNA卷成的細(xì)絲,把它們完全拉開的話,上面可以看見一節(jié)節(jié)的基因片段。人體里大概有2。5萬個(gè)基因,每個(gè)都像一個(gè)食譜,指導(dǎo)身體合成不同的產(chǎn)品。每個(gè)人出生時(shí),基因已經(jīng)是固定不變的。但每個(gè)基因上都有個(gè)開關(guān)鍵,打開之后,它的指令才會(huì)發(fā)生作用,這就是基因表達(dá)。
在動(dòng)物老化過程中,不斷有一些基因的開關(guān)被打開,一些被關(guān)上。“比如,我們年輕時(shí),制造膠原蛋白的基因開關(guān)是打開的,因此肌膚彈性會(huì)很好;隨著年齡漸長,另一個(gè)破壞膠原蛋白的基因開關(guān)被打開了,皮膚就漸漸衰老。但整個(gè)DNA是沒有改變的。”白理曼解釋。
那么,有沒有什么方法能控制這些基因的開關(guān),把年老時(shí)變化的基因表達(dá)調(diào)回年輕狀態(tài)呢?白理曼的科研中心和魏德理合作進(jìn)行了一系列的老鼠實(shí)驗(yàn),希望在這種基因與人極其相似的動(dòng)物身上,發(fā)現(xiàn)年齡增長后,到底哪些基因的表達(dá)方式發(fā)生了改變。
與恒河猴實(shí)驗(yàn)不同,他們這回更感興趣的是,有沒有哪些營養(yǎng)物質(zhì),既可以達(dá)到熱量限制攝取的長壽效果,又不用真的節(jié)食。
他們先將14個(gè)月到30個(gè)月(老鼠壽命通常為兩三年)的老鼠分成幾組,要么控制飲食熱量,要么每天添加喂養(yǎng)低劑量(每公斤體重4。9mg)的白藜蘆醇(Resveratrol,一種存在于紅酒中的化合物),對(duì)比觀察它們的基因表達(dá)方式。根據(jù)他們發(fā)表在2008年6月的《PloSOne》期刊上的論文:“在心臟、大腦皮層、腓腸肌這三種最具代表性的生物組織上,我們辨識(shí)出了幾百種隨著年齡表達(dá)方式會(huì)發(fā)生變化的基因。服用白藜蘆醇和控制飲食都讓高齡老鼠的部分基因表達(dá)調(diào)回了年輕時(shí)的狀態(tài):它們提升了老鼠的心血管功能,預(yù)防了其他跟衰老相關(guān)的疾病。”
而他們?cè)?009年11月《老化細(xì)胞(AgingCell)》上發(fā)表論文稱:“番茄紅素、白藜蘆醇、左旋肉堿和四甲基哌啶對(duì)于心臟的好處跟控制飲食的作用是同等的,α硫辛酸和Q10輔酶對(duì)小腦也有跟控制飲食不相上下的效果。”
當(dāng)然,這些食物成分早就有營養(yǎng)學(xué)家推薦過,也有過爭(zhēng)議,但相關(guān)研究還比較初級(jí),充滿空白。
正如白理曼所說,基因表達(dá)的研究開啟了另一扇門,“它讓我們可以更精確地分析每種食物的效果,并在科研方向走得更遠(yuǎn)。”