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《科学》揭秘:是什么决定了细胞的衰老?

 当人类老去时,头发会慢慢花白,皮肤出现褶皱,肌肉逐渐松弛,骨骼变得脆弱……身体各个部分都在悄然发生着变化。但衰老并非我们表面上看到的那样简单,而是一个极其复杂的过程。这种复杂性导致目前至少有300种衰老理论。生老病死,是人类最早感知到的自然规律。但是,为什么生物体会存在衰老?它是如何发生的?在生物医学上,大多数有关衰老的理论都在试图回答这个问题。

 

人的寿命是由什么决定的?科学界一致认可观点的是,由人类身体中的每一个细胞的衰老速度决定的。但,这些细胞有固定的衰老过程吗?是以相同的速度、因为相同的原因衰老的吗?最近,国际顶级学术期刊《科学》上发表了一个新研究,回答了这些问题。

文章指出,研究人员在研究酿酒酵母(能模拟人体内皮肤细胞和干细胞)的衰老时,取得了一项惊人的发现:这些细胞尽管拥有相同的遗传物质,处于相同的环境中,但它们还是可能会以不同的方式衰老。随后,他们利用微流控技术和计算机建模,进行了更加精细的研究。

 

细胞的两种衰老方式

 

核仁途径的衰老

 

线粒体途径的衰老

 

结果发现,约有一半细胞衰老的原因是核仁的稳定性逐渐下降。核仁是细胞中合成核糖体的场所。在细胞处于活跃时期时,核仁大小能达到细胞核的25%,但在一些休眠的细胞中,核仁会明显减小。而另一半细胞会由于线粒体的功能失调而衰老,随着能量衰竭时,细胞会逐渐衰老。在细胞生活的早期,它们实际上已在两种衰老途径只选择了一条,并会一直遵循这条衰老轨迹。而在了解细胞的衰老方式后,研究人员发现可以操纵和优化细胞的衰老过程。在进一步的计算机模拟中,他们通过修改细胞的DNA分子和重新编码它们的衰老过程,发现了能显著延长细胞寿命的方式。

 

文章的通讯作者、加利福尼亚大学圣迭戈分校的分子生物学家Nan Hao说:“我们的研究提出了合理设计基因或化学疗法来重新编程人类细胞的衰老过程,目的是有效地延缓人类衰老并延长人类健康。”下一步,他们计划观测更复杂的细胞和生物体中,以寻找相似的衰老途径。同时,他们将评估治疗剂和药物的“鸡尾酒”组合,以期能有效地延缓衰老。

 

长期以来,人们一直在进行抗衰老研究。Cournil 和Kirkwood在2001年发表的关于人类寿命存在遗传效应的研究发现,即使基因型相同的线虫,施以环境控制后,衰老表型和个体寿命的结果是有极大差异的。另外,同卵双胞胎的衰老表型之间也存在显着差异。此外,还有一些细胞分子水平的研究,比如端粒研究。端粒是DNA上的一段保护序列,每复制一次DNA,端粒就会减少一段。一旦端粒被耗尽,那么细胞就无法复制,甚至凋亡。它像是能“计数”细胞分裂,从而控制细胞衰老的“时钟”。根据端粒的研究,有人提出所谓“复制性衰老”(replicative senescence)。即正常的细胞的寿命由端粒决定,也许它是作为一种防止无限复制的肿瘤细胞,形成的保护机制。这听上去也很支持程序性衰老。但之后的研究表明,实际情况是细胞凋亡更多是由于DNA损伤而非端粒损失。相比起衰老程序论,有关后天因素影响衰老的研究更多。比如饮食限制(Dietary restriction, DR)研究。这种实验的影响结果显着,饮食限制能够导致实验动物寿命增加50%。和基因程序相比,DR的动物更能够改变基因的表达。当然,也有研究指出,通过饮食限制延长生命的机制仍然扑朔迷离。最新的衰老研究使得衰老的生物理论,研究主要集中在一些重要的大分子损伤机制。主要理论有以下几个:

体细胞突变理论(Somatic Mutation Theory)——研究认为寿命增长会增加体细胞DNA损伤,寿命长短和DNA修复之间存在显着关系。DNA修复能力都是衰老速度的一个重要决定因素。

端粒损耗理论(Telomere Loss Theory)——人体细胞组织中,随着年龄的增长细胞分裂能力会发生下降。由于端粒逐步缩短导致细胞分裂减慢。有学者进一步认为,体细胞端粒作为一个细胞内在分裂的“计数器”,也许是为了保护我们避免细胞分裂的失控,比如癌症。这个保护机制造成衰老。也有其他研究指出细胞的氧化应激反应,或者其他对生物微环境的应激都可能加速端粒的损失。

线粒体理论(Mitochondrial Theory)——Wallace在1999年提出线粒体DNA(mtDNA)的突变会随年龄积累,造成细胞衰老素。研究发现,细胞年龄的增长与细胞中细胞色素C氧化酶(cytochrome c oxidase,COX,一种和细胞呼吸直接相关的蛋白)缺陷正相关,而这是由mtDNA突变导致的,它们在人类肌肉细胞、脑细胞、肠细胞等的存在均有报道。若细胞中的mtDNA突变达到较高水平,即能阻碍细胞ATP生产、生物能量的供应。

蛋白质改变理论与废料积累理论(Altered Proteins Theory and Waste Accumulation Theory)——蛋白质的新陈代谢。蛋白质的代谢能力会随着年龄推移而下降,其中还包括一系列老年疾病,如白内障、阿尔茨海默氏病、帕金森氏病。Carrard等人在2002年发布了“蛋白酶、蛋白质的活性随着年龄增长而功能下降”的证据。分子伴侣蛋白会因为人体进入衰老而活性降低,或者反过来说,因为分子伴侣蛋白活性降低,所以人体进入衰老。

衰老网络理论(Network Theories of Aging)——细胞衰老存在多种复杂的机制。大多数的研究仍主要集中在单一的机制上。Kirkwood等人提出衰老网络理论,认为多种生命机制和细胞病变共同造成了衰老,它们之间有相互协同的作用,网络理论着重研究它们之间的作用。比如:mtDNA突变随年龄逐渐积累,导致ATP含量逐步下降同时活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)增多。这也使得细胞内蛋白质应激损耗,并且积累废料。这些损耗可以由增殖活跃的组织细胞通过有丝分裂进行稀释,但同时活跃的DNA复制也使得体细胞突变与端粒侵蚀频率增高。这种网络观察法的优势是能涵盖各种细胞衰老的机制,而且也适用于不同的物种之间的差异,或特定类型的分子损伤。

 

以上理论虽然都能解释衰老是细胞内外损伤造成的结果,在一般情况下,组织中的细胞能够被生物信号诱导主动进入细胞凋亡程序。不少研究认为,它们也是由于更长久的细胞损伤积累导致的。生命在衰老和癌症之间做出权衡,即表现为删除和维护受损的细胞之间的平衡。衰老在医学上可以被定性为一个渐进的、广义的功能受损,包括环境对身体的压力增大,身体的脆弱性、生育能力的下降以及疾病和死亡风险的增大。对于大多数自然动物种群来说,外在环境死亡风险,比如恶劣环境、捕食、饥饿、疾病、寒冷等情况,使得死亡总是发生在“衰老”之前。 人类还有一个观察衰老的内部视角,由于我们是宿主,所以还可以考虑体内的微生物如何影响机体的寿命。我们探讨了这么多衰老机制,回过头来或许会发现更基础的结论。衰老发生的原因如果用热力学阐述是很简单的,即生命存在终会远离热动力平衡。生命系统的稳定性会不断受到广泛的内部和外部的压力,并在这些情况下慢慢崩溃。生物原本即被编程为“生存,远离死亡”。衰老研究关注的是一个普遍存在的生命过程,生命会被时间消磨,被命运削弱;但我们依然奋斗、探索、寻求,而不屈服。

 

如今,抗衰老(anti-aging)研究炙手可热。衰老是一种自然的过程,生物分子自然交联学说对此作过比较系统的阐述,生物体是一个不稳定的化学体系,属于耗散结构;体系中各种生物分子具有大量的活泼基团,它们必然相互作用发生化学反应使生物分子缓慢交联以趋向化学活性的稳定;随着时间的推移,交联程度不断增加,生物分子的活泼基团不断消耗减少,原有的分子结构逐渐改变,这些变化的积累会使生物组织逐渐出现衰老现象。当然,人们也总结出来了一些抗衰老的方法,比如实行健康的生活模式(例如饮食均衡,做适量的运动,充足的睡眠,不吸烟、减少饮酒)。

 

 

此外,服用抗衰老药物、以及卡路里控制,也是抗衰老的主要策略,比如,东革阿里由于具有较强的调节免疫系统、缓解疲劳、增加肌肉、增强性功能等方面的的作用,具有抗衰老的作用。睾酮是人体生命活动中重要的性激素之一,具有控制性器官和副性征发育与生长等作用。研究结果表明,睾酮含量在人体20岁时达到顶峰100%,80岁时剩20%左右,平均每年下降约2%。 东革阿里中提取的有效成分“宽缨酮”一方面能促进下丘脑下部和大脑垂体向睾酮分泌系统发送信号,使之产生更多的睾酮。另一方面,宽缨酮还能抑制芳香化酶催化睾丸激素向雌二醇的转化,从而提高机体的睾酮水平。Norzer®东革阿里胶囊采用独家国际专利技术,从天然黄色东革阿里的根茎中经超声纯水工艺提取分离而成,坚持服用即可收到良好效果。

 

 

2020-07-19 21:07:07 来源:中国房产网 浏览:117

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