生物衰老的过程,和生长发育的过程一样,都是由程序控制的,对寿命的调控分为代谢层面调控和DNA层面调控。代谢层面调控主要通过四条信号通路来实现,其中胰岛素/IGF-1信号通路和mTOR信号通路在食物充足时加快新陈代谢率,缩短寿命;与此相反,AMPK信号通路和Sirtuin信号通路感知食物不足的状况,降低新陈代谢率,延长寿命。这4条信号通路在所有动物中,甚至在酵母中都存在,工作原理也高度一致。
在恒温动物,为了维持恒定的体温和细胞的更新率,新陈代谢率不能过低,因此,对上述4条信号通路的各个节点进行代谢调控有着很低的天花板,只能小幅度延长寿命,通常小分子抗衰老药对寿命的延长幅度都低于10%,而且会随着寿命延长幅度越大,副作用也越大,例如,目前最好的抗衰老药雷帕霉素只能让狨猴中位寿命延长15%。而且实验采取每天 1 毫克/千克,这是一个相当高的剂量,为了防止免疫抑制导致的感染,它们生活在无病原体的环境中;为了防止肿瘤,选择了不易患癌的狨猴。而人类生活在接触各种病原体中,又容易患癌,故而不能每天服用和超大剂量服用。也就是说,对寿命在代谢层面的药物调控是一个不切实际的方向,也不可能筛选出能大幅度延长寿命的单一药或组合药。
降低新陈代谢率的副作用是ATP下降,头昏眼花,手脚发软,免疫力下降,导致与外界接触的容易磨损的口腔和胃肠黏膜破损。
不同动物的寿命可以相差1万倍,这是DNA层面调控的。因此,要想超过120岁甚至长生不老,要研究一下DNA层面的调控。
实际上,代谢层面对寿命的调控也是通过调控DNA层面来实现的,根据《细胞衰老的端粒DNA和核糖体DNA共调控假说》认为,寿命的DNA层面的调控基础物质是多拷贝的串联重复序列的端粒DNA和核糖体DNA(rDNA),雷帕霉素抗衰老作用是通过减少端粒DNA和rDNA缩短来延长寿命的。例如,雷帕霉素通过抑制mTOR1来减少细胞复制,从而减少了端粒缩短和复制性衰老。小鼠造血干细胞的rDNA拷贝数会随着mTOR1的激活而缩减[Xu B,Li H,Perry JM,et al.Ribosomal DNA copy number loss and sequence variation in cancer[J].PLoS Genet, 2017,13(6): e1006771.]。过量进食的果蝇,会过度刺激mTOR1,从而加速rDNA拷贝数的缩减[Aldrich JC, Maggert KA.Transgenerational inheritance of Diet-induced Genome Rearrangements in Drosophila[J]. PLoS Genet,2015, 11(4):e1005148.]。-原创:黄必录
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