锻炼。社会关系。防晒霜。似乎不乏关于如何保持年轻的建议,但对于科学家来说,衰老背后的确切生理学仍然未知。塔夫茨大学现在请生物学教授米奇·麦克维解读为什么所有生物物种逐渐衰退的最新和最流行的解释,并分享他对衰老研究真正目标的看法。提示:这不是永生。
塔夫茨现在:在我们深入研究衰老生物学之前,从根本上来说,为什么人类以及所有生物都会衰老?是基因编程吗?类似内置过时的东西,但对于人们来说?
米奇·麦克维:嗯,这是一个价值百万美元的问题,不幸的是,我只能告诉你,我们并不真正知道我们衰老的原因。科学家们提出了许多不同的理论,目前我们很清楚如何做到这一点,但不知道为什么。
至于内置的过时,例如,如果您考虑一辆汽车,汽车内的各种系统都会出现故障和磨损。汽车和生物体之间的区别在于,生物体具有恢复活力的潜力。细胞可以自我修复。DNA可以自我修复。有一些证据表明,如果我们知道如何调整这些修复和恢复活力的途径,我们实际上可以做到这一点,但目前我们还远远不能做到。
作为一名衰老研究者,您如何定义衰老?这个概念是如何演变的?随着时间的推移,您对它的理解是否发生了变化?
定义衰老的方法有很多种。它在多个层面上发挥作用,包括分子、细胞、组织和整个生物体。虽然衰老肯定与遗传因素有关,但它具有显着的可塑性,并且会受到饮食、化学物质暴露和生活方式选择等环境因素的极大影响。包括癌症在内的许多疾病的最大危险因素是高龄,但健康人也会衰老。这是一个正常的过程。
当我开始这个领域的研究时,我才20多岁,我读到的很多内容对我来说仍然是抽象的。几年前,我开始教授一门名为“衰老生物学”的课程,大约五年后,我实际上开始经历我所教授的一些症状。这令人不安,因为从某种意义上说,这是非常学术性的,而从另一种意义上说,这完全是个人的,因为它发生在你身上。
长期以来,人们认为衰老是不可避免的。然后在20世纪90年代,研究实验室发表的论文表明,他们可以通过在基因组中进行单一突变来极大地延长模式生物的寿命,这导致其他科学家也加入了衰老的行列。
从那时起,我们已经能够开发出激活或抑制相关遗传途径的药物,从而在不进行基因操作的情况下影响寿命。然而,这两种方法尚未被证明对人类有效,并且操纵人类基因组存在严重的伦理问题。时间会证明延长模型生物寿命的疗法是否对人类也有类似的效果。
那么,从生物学角度来说,衰老过程中到底发生了什么?有哪些比较流行的理论?
同样,它们的数量也不少。其中之一是衰老的进化理论,该理论认为控制衰老过程的基因受到自然选择的影响。为了验证他的观点,由阿拉巴马大学伯明翰分校的科学家兼教授史蒂文·奥斯塔德领导的研究小组用负鼠进行了实验。
他们正在观察一群生活在距离乔治亚州海岸几英里的岛屿上的群体。他提出,与生活在大陆上的动物相比,那里的动物较少受到捕食等力量的影响,甚至不会被汽车碾压。而且由于岛上的负鼠更加安全,它们快速繁殖的选择压力也较小。奥斯塔德假设这将使后代的寿命更长,他的团队的数据表明这确实是正确的。
另一组理论与细胞水平上发生的事情有关。举个例子,氧化损伤理论指出,我们接触到的大量物质都会对我们细胞内的不同成分(DNA、蛋白质、脂质等)造成损害。该理论认为,如果我们能找到一种方法来最大限度地减少氧化损伤,我们就有可能减缓衰老的速度,要么通过减少接触有害物质,要么通过启动细胞内的修复过程。
该领域是否有令您兴奋的更新理论、最新发展?
基因组维持理论是我觉得很有趣的一个。想想这样一个事实:在我们的每个细胞中,都有一堆DNA,其中包含该细胞将发生的一切的指令,从发育到生存到繁殖。因为细胞不断分裂,每次分裂时,它们都必须复制所有DNA。随着时间的推移,DNA的完整性可能会受到损害。基本上,基因组维护崩溃了。
我们已经开始在实验室中采用一个新方向,我们不确定它如何与基因组维护联系起来(如果有的话),但它是对源自美国农业部人类营养衰老研究中心的一些研究的后续研究在塔夫茨。我们与一位名叫吉米·克罗特的科学家合作,他发现了一种可以减缓小鼠结肠癌发展的特殊细菌。
你可能会问,这和衰老有什么关系?通常,随着年龄的增长,患癌症的机会会大大增加。我们想,如果我们将这种特殊的细菌喂给果蝇,不仅可以帮助它们不患癌症,还可能延长它们的寿命吗?我们惊讶地发现它使果蝇的寿命延长了30%–40%。
我们发现的一件事是,随着果蝇年龄的增长,它们的消化系统往往会变得更渗漏。随着时间的推移,在喂食这种细菌的果蝇中,这种渗漏现象被抑制了。肠漏较少,炎症也较少。值得注意的是,炎症已被证明对衰老非常不利。甚至为此创造了一个术语,称为“炎症”。
这是否意味着控制衰老的秘密可能与我们的基因关系不大,而与我们体内的其他生物有关?
就是这个想法。可能有一些不在我们自身细胞内的东西对衰老过程产生重大影响。果蝇的寿命增加了30%–40%,这一点很有趣,因为果蝇中发现的许多基因也存在于人类身上。
虽然我们测试的特定细菌种类在果蝇微生物组中没有发现,但它是人类微生物组的正常组成部分。因此,这些细菌可能会影响人类的衰老过程。我们认为这与细菌的抗炎特性有关,现在正在对此进行测试。
将果蝇的寿命(大约40到50天)与人类的寿命进行比较,我很好奇为什么不同物种的衰老速度不同。与尺寸有关吗?
似乎有两种趋势。首先,对于哺乳动物来说,趋势是体型较大的动物往往具有较长的平均寿命,尽管这两个方向肯定都存在异常值。例如,裸鼹鼠的寿命远高于趋势线。其次,在单一物种中,较小的动物往往比较大的动物寿命更长。一个常见的例子是狗,尽管异常值也很常见。
人类的寿命比根据其体型预测的要长,这可能是他们操纵环境的能力的结果。尽管过去20年发表的一些分析表明,身材矮小可能会延长寿命,但身高是否较高的人寿命是否较短仍存在争议。
在反思了所有已经完成的研究之后,您认为我们距离衰老科学真正的重大突破还有多远?
我的学生每天都会问这个问题。我希望我能读懂茶叶并知道。虽然我们可能会在一两年内从根本上改变人们的衰老速度,但我认为更重要的目标是找到促进健康寿命延长的方法。我们希望确保人们更少患骨质疏松症、心脏病和阿尔茨海默氏症,这些与年龄相关的疾病会影响我们晚年的生活质量。
我们的目标是延长我们处于健康状态的时间,让我们能够尽可能长时间地照顾自己并继续独立生活,从生活中获得最大的享受。这就是我从事这个领域的原因。对于我和我的许多同事来说,这是为了找到延长人们健康寿命的方法,而不仅仅是延长人们的寿命。