日本分子細胞生物學家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)因其「在細胞自噬機制方面的發現」獲得了2016年諾貝爾生理學和醫學獎。已經有長達50年研究史的「細胞自噬」重新成為抗衰老領域的超新星,迎來了科研和資本的雙重爆發階段。
在深入去聊細胞自噬之前,讓我們先來明確一組概念:
Lifespan(預期壽命),指的是人的預期壽命。
Healthspan(健康壽命),指的是人可以保持健康狀態的時間。
舉個例子,如果一個人的Lifespan=80,意思是預期TA可以活到80歲,但TA的Healthspan可能是60歲,這也就意味著TA在60歲之後的20年時間裡一直被病痛所折磨,生活質量是很低的。如果我們周圍有生病的老人,那這個場景肯定不陌生。
換句話說,當我們說「我們希望可以活得更久」時,我們期待的其實不是更長的Lifespan,而是更長的Healthspan。
Source: Adapted from A. Zenin, Y. Tsepilov, S. Sharapov, et al., 「Identification of 12 Genetic Loci Associated with Human Healthspan,」 Communications Biology 2 (January 2019).
上面這張圖表示了隨著年齡的增長,各種疾病(Cancer癌症,Heart attack心臟病,Diabetes糖尿病,COPD慢阻肺,Stroke中風,Dementia痴呆,等等)發生的概率呈指數級上升。可以看到,癌症和心臟病的發生率都在10負一次方(當然,死亡本身也在這個區間),也就是百分之幾十這個概率區間,這是相當可怕的。同時,這也意味(從概率上講)即便你可以治好一種病,其他疾病也依然會以較高概率發生。這也就是為什麼很多人(包括科學家/醫生們自己)經常會吐槽,現代醫學有一種「打地鼠」的感覺,見到什麼治什麼,其他的就不管了。
但不得不承認,現代醫學本身已經是人類歷史上的巨大成就,如果這都不夠好,還有什麼更好的方法麼?是否存在什麼辦法可以規避掉所有這些病痛呢?
答案是:存在。
幾乎所有的病痛都源於我們細胞的「衰老」本身。
在過往的人類歷史中,我們都把「衰老」當成一種必然的過程。例如我們常說「生老病死」,例如我們常說「葉落歸根」,例如我們常把幼年比喻為春天,青壯年比喻為夏天,中年比喻為秋天,老年比喻為冬天。我們覺得這是一種「天道」,我們知道無數的故事,我們知道秦始皇派徐福求仙訪藥但終不可得,我們知道帝王煉丹求長生卻頂多得到個重金屬中毒。
問題是,春夏秋冬固然是天道,但冬天之後又是春天,那我們在衰老的過程中,也可以實現逆轉麼?
答案可能也是樂觀的。
以癌症為例,我們可以定位導致癌症的基因。然而對於衰老,卻並不存在所謂的「衰老」基因。或者說:
衰老本身並不是「生來註定」的
There is no biological law that says we must age* – Professor David Sinclare
或者說,衰老是一種疾病,而不是所謂的「天道」。既然是病,那就可以治。
就最近的分子生物學前沿的一系列突破性進展而言,人們日常感受到的衰老和疾病都是細胞衰老(Aging)本身導致的九大「標誌性事件」(nine hallmarks) 的表徵,它們包括:
1. DNA損傷導致基因組不穩定 | 2. 端粒體磨損 | 3. 控制基因是否表達的表觀基因組的改變 |
4. 健康蛋白質維持能力的喪失,即蛋白變性 | 5. 由代謝變化引起的養分感應失調 | 6. 線粒體功能障礙 |
7. 衰老的殭屍樣細胞積聚,使健康細胞產生炎症反應 | 8. 幹細胞衰竭 | 9. 細胞通訊的改變和炎症因子的產生 |
Source:Lifespan,Professor David Sinclare
再說的直白點,這些問題是表現,而不是原因。
那麼,好奇寶寶們就要繼續追問了:細胞衰老的底層原因是什麼?
信息丟失
準確點說是「表觀基因組」的信息丟失。
大家平時熟悉的概念是「基因」,基因是記錄每個人信息的基礎單位。而「表觀基因組」決定的是基因如何進行表達的。基因是相對穩定的,不太容易發生變化,而「表觀基因組」是很容易受到外界環境變化影響的。這也就是一對同卵雙胞胎,如果生活的環境差異比較大時,他們的外貌會產生非常大的差異。TA們的基因依然相同,但表觀基因之間有了巨大的差異。
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「表觀基因容易受到環境影響」這個機制本身導致了衰老現象的產生。
再深入來講,其實,也並不存在所謂的「衰老」。「衰老」所導致的各種人體特徵僅僅是表觀基因沒有正常運轉而導致的「表達錯誤」。這有點類似於我本來想和你說「很高興見到你,今天天氣真好啊」,但是我卻說成了「很搞型見刀你,禁天田其臻豪啊」。 (假設不存在「外國人」概念)
嗯,我說錯了,但你會覺得「這傢伙是不是老糊塗了」。
從香農的資訊理論角度看,就是「信息的丟失」。
對,這就是衰老的本質。
接著提問:如果保證表觀基因的正常表達,是否就可以不衰老了?
基本上可以這麼說。但要如何實現,還需要進一步深入到細胞的內部去找答案。
生物化學前沿科學家們發現在幾乎所有真核細胞生物都有自己的「生存迴路」(Survival Circuit)。
所謂生存迴路,就是指當細胞發現自己的基因出問題後,會暫時禁止細胞分裂,因為這個時候分裂就會出現有問題的子細胞。同時釋放化學物質去修復自己的基因。
以上動作都是由表觀基因組來控制的。
但是,隨著年齡的增長(例如進入中年之後)或者外界壓力過大(例如周邊其他衰老細胞釋放毒素,或者長期吸菸和飲酒分別導致的肺部細胞和肝臟細胞壓力過大,或者接受過強射線照射等),DNA損傷就會增加,表觀基因組控制的生存迴路會出現過載。
過載導致的直接結果就是壓力未被排除,基因未被修復,表觀基因釋放出的化學物質未回歸原位的情況下, 細胞就繼續分裂了。並且是在某個基因應該被打開但是卻關閉了的情況下分裂了,是在某個基因應該被關閉但卻打開了的情況下分裂。
是啊,一切都亂套了。
在Lifespan這本書中,David Sinclare教授舉了個聽上去瘋狂但卻真實的例子:
一組衰老的表皮細胞由於表觀基因組的紊亂,從原來100%都是表皮細胞變成了90%表皮細胞和10%其他細胞的混合體,在這10%的其他細胞中有可能存在神經元細胞,也有可能存在腎臟細胞。
Source:Lifespan,Professor David Sinclare
既然找到了理論基礎,那究竟如何控制表觀基因的表達,如何控制生存迴路的工作呢?
如果把抗衰老的科學研究比作賽道,那麼此時此刻,在世界各地,有多個賽道正在如火如荼的彼此競爭著。
目前最火的可能是NMN/NAD概念,某A股上市公司今年7月份在NMN概念下市值單月暴漲125%就是個非常好的例子。
簡單來講,NMN/NAD火是因為:
2013年,David Sinclair在《細胞》上發文:用NMN提升NAD一周後,22個月大的小鼠(相當於人類60歲)和之前判若兩鼠,與6個月大的小鼠(相當於人類20歲)在線粒體穩態、肌肉健康等關鍵指標上有著相似水平。
2016年哈佛大學醫學院David Sinclair教授研究發現:相當於人類年齡70歲的小鼠服用NMN一周後回到20歲的狀態,並且壽命延長了20%。NMN改善衰老指標的研究幾乎得到了Nature、Science 、Cell等眾多權威科學雜誌的支持。
並且,NMN的研究的主要陣地在美國頂級高校,結合美國強大的資本化能力,逐層傳導,導致目前市面上NMN/NAD產品遍地都是。價格從¥200+到¥20000+不等,眼花繚亂。
除了NMN/NAD,還有如二甲雙胍、雷帕黴素等藥用品,也被不斷證明對於衰老過程有著強大的影響力。只不過如二甲雙胍是標準藥用品,如果你不是糖尿病或者糖尿病前期,是沒辦法從醫院之外的地方獲得的,這就大大限制了面向普通消費者的商業化運作。
科學界最具權威的期刊之一《Nature 自然》在今年(2020)5月28日,於Nature Reviews-Drug Discovery 發布了綜述文章The quest to slow ageing through drug discovery,總結了目前13種最熱的抗衰老物質及其在衰老表徵中的作用和表現,如下圖所示:
我們可以看到,除了剛才提到了的NNM/NAD以及雷帕黴素和二甲雙胍,有一個物質能夠覆蓋的衰老表徵是最全面的,它就是亞精胺。
繞了這麼一大圈,我們終於可以來聊聊細胞自噬和亞精胺了。
1963年,比利時化學家克裡斯汀·德·迪夫發現並命名了細胞的自噬作用(Autophagy)。1974年德·迪夫因發現細胞內結構及功能性器官,即溶酶體(自噬作用的主要載體)和過氧物酶體,而與另外兩位科學家共享了該年度的諾貝爾生理學或醫學獎。
1990年代,日本科學家大隅良典因「對細胞自噬機制的發現」(通過對上千個酵母菌變異體的研究,找到了15個自噬作用的關鍵基因)獲得2016年度的諾貝爾生理學或醫學獎。
進入21世紀,關於細胞自噬的研究逐年走高。
目前,細胞自噬已經成為抗衰老和疾病治療領域的前沿陣地,有數百個科學團隊正在進行相關的研究。
細胞自噬的英文是Autophagy。
Autophagy = Auto(希臘語auto,表示「自己,自身」)+ phagy(源自希臘語「phagein」,表示『吃』)。
也就是細胞自己吃自己。
那麼,自己吃自己,吃的究竟是啥?
如下圖所示:
自噬作用把細胞垃圾和蛋白質廢物進行回收並重新分解為胺基酸、脂肪酸、糖類和核苷酸。
可以說,**「環保」**這個詞真的是被寫入每個人的基因裡了(甚至是所有的「真核生物」)。
而細胞自噬所對應的「抗衰老」效果,也就是從這個過程中體現出來的。
當細胞處於年輕有活力的狀態下,自噬作用可以順利的實現這種垃圾回收再利用的過程。而年老的細胞則由於自噬效率下降,導致細胞廢物堆積如山,從而導致細胞受損,惡性循環,出現各種衰老的特徵。最嚴重的情況下,衰老的細胞甚至會變成所謂的「殭屍細胞(Zombie Cells),不僅自己出問題,還會向周邊的細胞釋放毒素,影響周圍正常的年輕細胞。
那邏輯就比較清楚了:如果人體細胞可以一直保持正常而高效的自噬作用,就可以抗衡外部壓力和內部廢物的堆積,從而達到「抗衰老」的效果。
如果上面的解釋依然太「掉書袋」,那讓我們打一個比方來更好得理解細胞自噬:
想像一下你住在一個雜亂無章的小屋中,並用壁爐為小屋供暖。
你的小屋裡到處都是破爛的木製家具,可以扔到壁爐裡當燃料,但是相反,你非要留著破損的家具,然後繼續跑到外面去拿柴火。 由於你的小屋很雜亂,你為了執行日常任務的效率就會變慢,你必須在破損的家具中間穿行,甚至這些破家具會將其他亂七八糟的破爛兒藏在裡面。 有一天,一場暴風雪來了,你不能跑出去拿柴火了,於是你別無選擇,只能在小屋中開始清理那些破爛兒。 首先,你會將損壞的木質家具扔到火中。你扔進去的破家具越多,你在小屋裡的移動效率就會越高。隨著移動效率的提高,還可以找到更多的破家具,如此循環,從而建立一個整潔的井井有條的環境。 暴風雪終於結束了,你屋子裡的雜亂無章也被你終結了。整個世界清靜了。你的小屋也可以接受進一步的升級和優化。
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但是,假設你沒有做那些清理工作,你的小屋依然會亂七八糟雜,並且這時有一隻老鼠偷偷溜了進來。這隻老鼠絕對是個不速之客,它身上還帶著跳蚤和蝨子。如果你的屋子雜亂無章,你就看不到老鼠,或者看到了也因為行動快不起來而抓不住。跳蚤和蝨子會破壞你屋子裡的其他東西,甚至讓其他東西上長出更多的跳蚤和蝨子。如果你的屋子不這麼亂,你就可以快速的抓到老鼠然後把它扔出去,從而避免造成任何損失。
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清理屋子並把破爛家具拿來燃燒生成能量的過程就是自噬過程。屋子就是你的細胞,破爛家具是那些沒用的蛋白質。細胞自噬可以使細胞實現自我更新並保持最佳狀態工作。
自噬是介導溶酶體中細胞成分分解(將木頭放入壁爐中)並確保功能失調的蛋白質和細胞器(破爛家具、老鼠、跳蚤、蝨子)被清除的過程。細胞損傷會激活自噬,尤其是在細胞飢餓(例如採用輕斷食)的狀態下運行效率最高,這時細胞會重新分解利用其自身的成分/蛋白質來獲取能量(首先從不需要的蛋白質開始)。
簡而言之,自噬可以緩解不同類型的細胞面對的生存壓力。
既然細胞自噬這麼牛,那我們有什麼方法可以激活自噬呢?
日常生活中最好的方式是:間歇性斷食。(注意,間歇性斷食,不是斷食,更不是絕食或者辟穀)
呃…這就有點頭大了。
首先,不是所有人都適合斷食,例如孕婦,或者年級較大人群、體重過低人群、有心血管疾病人群;又或者容易低血糖的同學們,斷食一會兒,直接暈倒。
此外,即便是健康正常的人,想要執行間歇性斷食,也最好在專業營養師的指導下來進行,否則也容易損害健康,更不建議去參加什麼辟穀營,搞來搞去可能直接把基礎代謝給弄紊亂了。
那有什麼其他方式可以激活細胞自噬麼?
答案呼之欲出,它就是「亞精胺」。
亞精胺於1927年被發現,但直到2009年亞精胺才被發現可以有效激活細胞的自噬作用。內源性物質亞精胺是一種多胺,它存在於每個細胞中。它的「內源性」意味著人體是可以自行合成亞精胺的。但隨著年紀增大,人體生成亞精胺的能力會下降;同時,由於(前面提到的)各種細胞壓力增大,細胞出現過載,亞精胺且越來越就不夠用了,因此我們的自噬作用也會變弱。
這時,我們就需要通過外源性的物質來補充亞精胺。富含亞精胺的食物有小麥胚芽、雞肝、雞心和牛腸。
但從日常的食物中補充亞精胺也是有難度的。以小麥胚芽為例:
首先,小麥的日常的加工中,胚芽部分基本都被去除掉了,最後的成品都是各種精緻米麵。
那你會說,「我吃全麥麵包」可以麼?也不容易。因為加工工藝的原因,即便是全麥,亞精胺成本其實也所剩無幾,再加上平均含量較低,你可能每天得吃幾斤全麥麵包,也未必真的就補充夠了。
那麼最後剩下的一條路就只剩膳食補充劑了。
之前提到,由於美國的資本加持能力強造就了NMN的火爆;而亞精胺的研究主要在歐洲,尤其是德語區柏林Charité 大學醫學中心的Christoph Drosten教授(SARS病毒的共同發現者之一,並且首批研發出SARS病毒診斷方法)和奧地利格拉茨大學的Frank Madeo教授及其團隊。
第一款投放市場的亞精胺補劑是The Longevity Labs家的spermidineLife?。目前在小米有品和京東國際都有官方正品銷售。
Source:The Longevity Labs
由於亞精胺直接激發細胞自噬,所以它有點「抗衰老領域的阿司匹林」的意思,除了抗衰老本身外,可以給人帶來的益處………有點……..多到讓人咋舌。目前已經通過人體或動物實驗被驗證的包括:
心血管健康
骨骼、關節和軟骨
免疫系統
肝功能
毛髮再生
等等等等
Source:The Longevity Labs | 亞精胺可以支持的健康優化領域:神經退行性疾病,心血管,骨骼關節和軟骨,肌肉,肥胖,毛髮,肝功能,免疫系統等
當然,必須要申明的是:這世界上沒有萬靈藥;並且,不管誰家的產品,亞精胺補劑也不是藥,如果想取得最好的效果,還是要配合良好的生活方式。
如果你期待每天抽幾十根煙,然後想靠亞精胺刺激你的細胞自噬,就把你抽進身體裡的有害物質都排乾淨,那也是想多了。
抗衰老的科學研究就在出現突破性進展(breakthrough)的前夜,首先你需要先活到那個時候。
祝你有健康的生活方式,也祝你在未來擁有健康長久的Healthspan~
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