人體衰老的本質——細胞分裂
我們每個人的生命過程都是從受精卵開始到死亡結束的,人體在沒有任何不利因素影響下的自然壽命是120歲,中間有幼年、少年、青年、中年、老年這幾個階段,看上去也非常符合時間箭頭有序向無序發展的趨勢,但人體的衰老不是一句時間箭頭就可以讓人信服的,畢竟是關乎生死的大事。
人體衰老的特徵主要表現為機體細胞和構成物質的喪失,機體代謝率的減緩,機體和器官功能減退,其本質上還是細胞的衰老,染色體無法繼續複製,細胞無法再次分裂宣告結構崩塌。一個人一生中細胞的分裂次數為50-100次,考慮到每種細胞自身的壽命,人體細胞相當於每2.4年更新一代,每年你會老一歲,可每2.4年你真的會向衰老邁進一步。
端粒——控制染色體複製
細胞會分裂就會有損耗,很容易推斷出就是因為有損耗因此才會有分裂次數限制,可是其中損耗的物質是什麼呢?科學家在研究生物死亡時,發現了一種叫做端粒的存在於染色體頂端的物質,他就像帽子一樣蓋在染色體頂端,屬於一小段DNA-蛋白質複合體,它就是控制細胞分裂周期的主要物質。
細胞線性DNA複製時末端會消失,這會使端粒變短,分裂一次,縮短一點,由於端粒變短,染色體也會慢慢變得不穩定,當細胞端粒縮至一定長度時,因為沒有物質能供給細胞分裂時產生的損耗,細胞停止分裂,處於靜止狀態,因此也有人稱端粒為正常細胞的「分裂鍾」。端粒的長短和穩定性決定了細胞壽命,保證了末端染色體的完整性,並且因為有端粒的存在,染色體之間無法親密接觸,這也很好的防止了染色體相互融合。
舉個形象點的例子,這就好比我們的鞋帶,每一條鞋帶兩端都由塑料殼將鞋帶綑紮為圓柱體,這個塑料殼就是端粒,因為長期繫鞋帶,塑料殼也在不斷磨損,當其開裂到一定程度,裡面的鞋帶展開,你這鞋帶想要從鞋孔中穿過也就難上加難了,如果不想重新換一根鞋帶,我們就只能尋找修復這個帽子的方法。
端粒酶——在端粒複製時彌補損失
近代研究發現,細胞中存在一種酶,它的作用就是合成端粒,因此它也就有了自己的名字,端粒酶。這是一種核糖核蛋白,由RNA與蛋白質構成,它可以將端粒DNA加至染色體末端,彌補染色體複製時的端粒損耗,修復並延長端粒。也就是說,有了端粒酶,細胞就可以無限制的分裂下去,器官也就永遠不會衰老,人也就能獲得永久的生命!
但這也只是理論上能成功的事情,現實中有個很嚴重的問題導致端粒酶的活性並沒有那麼強,這就是細胞的多樣性。在人體中,只有那些必須不斷複製的細胞中才能探測到活性端粒酶的身影,當細胞分化成熟後,會慢慢變得「志同道不合」。人體功能的需要使它們留在了各個器官中,用以器官日常物質交換,在這些細胞中端粒酶的活性就會逐漸消失,對於這些細胞來說,它們生存的目標從分裂變成了維持器官運作。
不過工作重心的轉移也就導致細胞的生命縮短,這就好比為家庭奔波的人們,重心是維持家庭運轉,而不是養生來延長自己的壽命,有得必有失。
惡性腫瘤內部端粒酶活性極強
自從人類發現了端粒與端粒酶,人們就一直在研究如何讓這些分化成熟的細胞再次擁有無限複製的能力,因為人類需要的不是一直癱在病床上永遠不會去世,而是要永駐青春可以做更多的事,在此過程中科學家的目標逐漸放在了腫瘤身上。我們知道癌細胞最可怕的地方就在於它的複製能力,短期內就可以侵佔你身體的各個角落,因為它體內擁有極高活性的端粒酶,快速彌補端粒的長度,使其能夠無限擴增,但這種超強度的端粒酶也僅存在於惡性腫瘤中。
1991年,Calvin Harley提出了端粒-端粒酶假說,其中認為細胞衰亡會經過兩個階段,第一致死期M1期與第二致死期M2期,當細胞中染色體端粒縮短到一定長度時,染色體會變得不穩定,細胞進入到M1期,此時細胞會退出分裂周期慢慢老化死亡,但如果此細胞已被病毒感染,癌基因激活或者抑癌基因失活,細胞就會繞過M1期進入M2期,會再次分裂20-30次,端粒再次縮短,多數細胞會因端粒太短而死亡,但少數細胞中的端粒酶會被激活,逆境重生,並再次繞過M2期獲得永生!
發現端粒酶的一種蛋白質
早年美國科學家傑裡·謝伊和伍德林·賴特在採集的包皮細胞中添加了某種基因,使細胞再次產生了端粒酶,奇蹟出現了,一般包皮細胞的分裂次數為60次,而這種產生了端粒酶的包皮細胞已經分裂了300次並毫無停止的意思,也沒有出現任何異常現象!在這之後他們的同事採用人體視網膜細胞做了相同的實驗,結果這些實驗細胞也可以像獲得永生一樣永久分裂,這也能夠說明端粒酶確實能在這些成熟細胞中起到本來的作用。
近年來科學家又發現了一種極似端粒酶的蛋白質,這為抗癌開闢了新的道路,並且如果能將端粒酶含有的所有蛋白質一一發現,細胞的無限分裂也就指日可待!