作者：黄必录，福建三明市人，长期从事生物衰老的理论研究，1998年出版的题为《衰老的机理意义及治疗》的专著中最早提出，个体衰老是由成体干细胞中的端粒等重复DNA缩减导致的，类似的理论在13年后由美国科学家发表在顶级期刊Nature上。

摘要：简单来说，个体衰老是由成体干细胞衰老导致的，而成体干细胞衰老是由端粒DNA和rDNA拷贝数缩减导致的，因此，增加成体干细胞的端粒DNA和rDNA的拷贝数就能逆转衰老。

发表在自然子刊Nature Aging的一篇论文所述：全球人的预期寿命延长1年所产生的价值为38万亿美元，10年为367万亿美元[1]。但比经济更重要的是，每个人都想长生久视，而且地球早晚不适于人类生存，就象6500万年前的恐龙灭绝一样，我们可能会随时在毫无征兆下被灭绝，因此，鸡蛋不能放在同一个篮子里，人类必须走出太阳系，寻找适于人类生存的星球，这就是美国最杰出的企业家和科学家的埃隆·马斯克强烈提出：人类必须要成为多星球物种的理由！

1 为什么人类需要超级长寿

在茫茫的星辰大海中，离地球最近的比邻星(Proxima Centauri)就有4.22光年，以人类目前最快的飞行器太阳神2号（每小时25万公里左右）计算，也要飞行18260年。可是，人类寿命通常只能活80多年，要想到茫茫宇宙中寻找适于人类生存的星球，必须要超级长寿才能在星辰大海中发现新大陆。因此，超级长寿是超人类主义(Transhumanism)的首要选项，因为没有生命谈超人类主义就没有任何意义。

但是，要想实现超级长寿，第一步是要先解决肉体的衰老问题，然后才有充足的时间去解决最难的意识上传电脑的永生方法。而要想解决肉体衰老问题，首先要弄清楚人体为什么会衰老，才能明确地设计出让人体逆转衰老和永葆青春的可行方法。

2 目前还没有发现大幅度延长寿命的方法

目前人类对衰老机制的认识还处于百家争鸣状态，对延寿方法的探索就象盲人摸象，靠经验和运气进行无数次的试错。试来试去，最终发现无路可走。例如，换血疗法已发现老的个体没变年轻，年轻的个体却变衰老了[2]。清除衰老细胞疗法，发现从青年时期开始清除小鼠的衰老细胞，反而加速了衰老[3]。小分子和大分子的延寿药物已经研究了几十年，至今没有一种被FDA批准。因此，盲目的试错不但浪费钱财，而且还不知道要等到猴年马月才能实现超级长寿。为此，必须要有一个清晰的衰老学说或理论，指导伟大的人类实现肉体的不老。

3 衰老原因的“损伤积累论”和“程序论”

关于生物为什么会衰老和死亡的问题，学者们已提出了300多种假说，但总的来说可分为“损伤积累论”和“程序论”。

损伤积累论认为，导致机体衰老的原因，主要是因为蛋白质或DNA等分子发生了损伤并积累导致的。但是，损伤积累论无法说明寿命从只有10几天的秀丽隐杆线虫到4~5百年的北极蛤之间的寿命为何有着如此巨大的差距，也无法解释人体内寿命从只有几天的一些细胞到寿命与人相同的心肌细胞和神经细胞之间的寿命为何有着如此巨大的差距。最近也发现，细胞核的DNA突变不会引起衰老[4]，因此，损伤积累论是不成立的。

程序论是根据每种生物都有一个相对固定的发育、成熟和死亡的时间表而提出的，蝌蚪尾巴消失和长腿，人类长胡子和秃头，蚕蛹很快长出翅膀和产卵后很快死亡，成熟的肝细胞停止表达甲胎蛋白，转而表达白蛋白等等的现象都支持了程序论，因此，发育与衰老的本质是可能是一种遗传程序。

4 个体衰老是由成体干细胞衰老导致的

程序论只是说明衰老是一种程序，那么，具体一点来说，个体是如何衰老的？

首先，组成个体的各种组织和器官都是由功能各异的各种“功能细胞”和“成体干细胞”组成的（心脏没有发现干细胞）。功能细胞会因为细胞衰老、基因突变或病毒感染等因素而被免疫系统清除掉（肿瘤的产生是因为免疫系统的缺陷或免疫系统的衰老，导致对突变的细胞不能有效地清除）。

成体干细胞的作用是自我复制和分化为功能细胞，用于补充损失掉的自己和功能细胞。但是，成体干细胞本身也会逐渐衰老，而由衰老的成体干细胞复制和分化的成体干细胞和功能细胞也是衰老的成体干细胞和功能细胞，从而导致了组织、器官和个体的逐渐衰老[5-6]。例如，下丘脑中的腺垂体中有6种体细胞，包括分泌生长激素细胞、促甲状腺激素细胞、促肾上腺皮质激素细胞、促性腺激素细胞、催乳素细胞和一种负责分化为这5种分泌激素细胞的腺垂体干细胞组成。随着年龄增长，腺垂体干细胞会越来越衰老，因此，由衰老的腺垂体干细胞分化的这5种分泌激素的功能细胞也是越来越衰老的功能细胞，从而导致内分泌系统的增龄性的变化。

因此，导致个体衰老的原因，归根结底是由成体干细胞本身衰老导致的。

5 人体有几十种成体干细胞

人体由各种不同的组织和器官组成的，而且每种组织和器官都有专一性的成体干细胞。再加上同一类型的成体干细胞也是没有完全相同的，例如，头发、眉毛和毫毛虽然都是毛，但是其毛的长度和直径各不相同，因此，各种不同的毛的毛囊干细胞也是不尽相同的，这就是为什么用头发毛囊种植的眉毛要天天修剪的原因。

总之，人体有几十种成体干细胞，如果只单单移植几种年轻的成体干细胞，根本上无法让衰老的个体完全返老还童。而当前盛行的注射各种来自胎盘或脐带的异体干细胞的抗衰老方法，更是无稽之谈。

6 决定细胞衰老的部位是细胞核

既然导致个体衰老的原因，归根结底是成体干细胞本身衰老导致的。那么，成体干细胞是如何衰老的？

早在上个世纪60年代，Hayflick等把年轻的女性细胞核植入去核的老年男性细胞质中，结果细胞恢复了分裂，说明决定细胞衰老的部位是细胞核[7]，而非细胞质中的突变的线粒、糖基化或羰基化蛋白聚合物（aggregates）、错误折叠蛋白和脂褐素等等的垃圾分子的积累。

7 导致细胞衰老的根本原因不在于基因上

既然决定细胞衰老的部位在细胞核，而且基因主要是存储在细胞核中，那么，细胞核是如何调控细胞衰老的？

首先，虽然已经发现了成百上千种能够影响衰老速率的基因，但是，导致细胞衰老的根本原因不在于这些基因上，因为衰老是一种以时间为变量的函数，例如，ATP、总蛋白质和基因表达谱都会随着年龄的增长而不断发生变化，而这些影响衰老速率的基因的DNA排序和拷贝数从儿童到老年都没有发生变化，因此，基因仅仅是众多影响衰老速率的因素之一，而非导致衰老的根本原因。也有人会说，这些基因的表观遗传修饰是有变化的，细胞衰老可能是由表观遗传修饰决定的。但是，这些基因的表观遗传修饰的变化也不是这些基因本身决定的，而是由其它因素决定的，只要从所谓的其它因素的线索顺藤摸瓜下去，就会找到导致衰老的根本原因。

8 细胞衰老的表现是活力和功能的退化，以及功能的改变

与年轻细胞相比，衰老的细胞主要表现是细胞的活力和功能的退化，以及在同一分化类型的细胞发生了功能的改变。

由于细胞的分裂生长和新陈代谢等等的过程都需要消耗ATP和蛋白质，因此，细胞的活力和功能的退化与ATP和总蛋白质合成速率下调有关。例如，大鼠肝组织ATP水平：幼年组为0.24±0.06 nmol/L，成年组为0.19±0.10 nmol/L，老年组为0.06±0.03 nmol/L[8]。和年轻大鼠相比，老年大鼠淋巴细胞的rRNA与mRNA和蛋白质合成下调了近20倍。

而在同一分化类型的细胞中发生了功能的改变与基因表达谱的改变有关，例如，肝细胞在胎儿期表达甲胎蛋白，出生到成年期停止表达甲胎蛋白，转而表达白蛋白，到了老年期逐渐停止表达白蛋白，转而表达另一种蛋白。

9 各种衰老现象都与P53有关

那么，细胞在衰老过程中，为什么ATP和总蛋白质的合成速率会下调？基因的表达谱会改变?笔者认为这可能都与肿瘤抑制蛋白P53有着直接和间接的关系，因为各种细胞在衰老过程中，P53水平都会逐渐升高，并且各种衰老现象都与P53有关。例如，P53能够抑制线粒体产生ATP；P53能够间接下调组蛋白乙酰化水平，而组蛋白乙酰化水平的下调会使组蛋白与DNA结合的更紧密，影响了DNA的转录，从而导致总蛋白质合成速率的下调。

衰老的细胞会产生一组炎症因子或称为衰老相关分泌表型(Senescence-associated secretory phenotype，SASP)，IL - 1β、IL - 6和IL-22等等都是属于SASP。而衰老细胞表达IL - 1β、IL - 6也是由P53介导的[9]；P53会结合在L-22启动子促进L-22基因转录[10]；P53会激活下游基因p21，再由P21通过降低Rb的磷酸化促进SASP的产生[11]。

而与DNA修复有关的基因表达下调，就会使基因组不稳定性和突变积累，也就是说，个体中的细胞或免疫系统的衰老才导致突变的DNA或突变的细胞的积累，而不是突变的DNA或突变的细胞的积累导致了个体的衰老[4]。

衰老细胞处于不可逆转的周期停滞状态，也是因为P53激活下游基因p21和p16，使得复制中必不可少的Rb蛋白失去活性，细胞无法开始进行DNA复制[12]。因此，单纯抑制P53或敲除p53基因就能使细胞无限增殖[13-14]。提示，P53可能是调控细胞衰老的总控因子。

细胞衰老过程中基因表达谱的变化，主要特征是大部分基因表达下调，少数基因表达显著低于或高于平均水平，从而导致了细胞和个体的增龄性变化，以此驱动着个体的发育和衰老。因此，基因表达谱随着年龄的增长而变化，其本质就是一种驱动个体发育和衰老的遗传程序。

在衰老的细胞中，少数表达上调的基因通常是对细胞和个体有负面作用的基因，如SASP等等。

10 发育和衰老的遗传程序的运行机制

细胞衰老过程中基因表达谱的变化，主要是由P53选择性沉默或激活不同基因造成的。例如，P53能够抑制下游基因如c-myc表达，而C-MYC蛋白可激活a-胸腺素基因和热休克蛋白hsp70基因转录，也可沉默金属硫蛋白、前a2胶源蛋白基因启动子。成年人肝细胞停止表达甲胎蛋白也是因为P53会结合到甲胎蛋白基因的启动子上。因此，只要一个P53活性或浓度的水平变化，经过级联放大，就会导致下游众多的基因表达的变化。由于细胞衰老过程中，P53水平是逐渐稳定的上升的，因此，随着P53水平的逐渐上调，在同一分化类型的细胞中，基因就会呈现出程序化表达。

由于人体中有200多种分化类型的细胞，再加上细胞在衰老过程中，基因的表达谱也会逐渐发生变化，因此就会产生更加丰富的功能和表型组合，足以应付生命活动过程中各种繁杂任务的需要。

那么，细胞在衰老过程，P53的水平为什么会逐渐上调？最新理论认为，细胞衰老过程，端粒和rDNA的缩减是导致P53水平稳定的逐渐上调的根本原因[15]。

虽然DNA损伤等因素也会使P53水平上调，但这是暂时性的，与细胞衰老过程中上调的P53能够稳定的保持不同，DNA损伤等因素上调的P53水平不会一直稳定地保持着，当损伤修复好后，P53水平又会下调到没有损伤时的水平，这因为，DNA损伤时上调的P53的作用，是为了修复损伤或损伤无法修复时启动凋亡的。

11 提高组蛋白的乙酰化水平可能会缩短寿命

上述提到衰老细胞的组蛋白乙酰化水平是下调的，那么，是不是上调组蛋白的乙酰化水平就能延长寿命？答案是不但不能延长寿命，反而会缩短寿命，因为这样做有利于DNA转录和蛋白质合成，从而提高新陈代谢率和加速端粒与rDNA的缩减。

KAT7基因是中国科学家花费6年时间筛选出的一种有效影响寿命的基因，KAT7基因编码的是组蛋白乙酰化酶，因此，抑制KAT7能减少组蛋白乙酰化水平，从而不利于DNA的转录和蛋白质的合成。而蛋白质合成过程需要合成占RNA总量82%的rRNA，因此，核糖体生物合成占据了多达80%的能量[16]。rDNA是多拷贝的串联重复序列，本来稳定性很差，在转录或复制时需要剥离掉组蛋白，裸露出DNA，并解开DNA双链，此时很容易受到各种因素的损伤和干扰而导致拷贝的丢失。果蝇吃太多也会使rDNA缩减。rDNA缩减会导致肿瘤抑制蛋白P53浓度升高，使细胞进入衰老状态[15]。因此，热量限制(Calorie restriction,  CR)延长动物寿命的根本原因，可能是通过减缓端粒和rDNA的缩减。也就是说，抑制KAT7延长寿命的机制，相当或等于热量限制。

12 降低甲基化年龄能延长寿命吗

与年轻细胞相比，衰老细胞的DNA的总甲基化水平是下调的，根据甲基化变化曲线，可以用作一种表示生理年龄的指标--表观遗传时钟。但是，由衰老导致的表观遗传的变化并非是导致细胞衰老的根本原因，而是细胞衰老的结果。

包裹在有甲基化的DNA外面的组蛋白，通常是呈低乙酰化的，这样有利于沉默DNA转录。

DNA甲基化水平的高低与DNA转录频率有关，也就是说，DNA转录时会去甲基化，不转录时会增加甲基化，而不是DNA甲基化了就不会转录。由于DNA会自发低水平的转录，因此，DNA甲基化的意义可能只是为了更加有效的沉默DNA转录，以阻止无谓的转录或有害的DNA序列的转录。

DNA转录过程会去甲基化的机制如下：

长非编码RNA是一种反义RNA（antisense lncRNA），通常是由编码蛋白质的基因的反义链转录的，并与该基因的mRNA存在序列重叠。占70%的基因均有反义lncRNA。反义lncRNA的转录往往与其基因的正义链转录存在相关性。反义lncRNA的转录时，会使该位点的DNA被DNA去甲基化酶TET3识别，从而清除掉该位点胞嘧啶的甲基化修饰[17]。

那么，是不是逆转表观遗传时钟或者说表观遗传年龄就一定能够延长寿命？答案是不一定，甚至有可能会缩短寿命。因此，表观遗传的年轻化只是表示了基因的转录频率的高低或基因的表达谱的变化，而非是衰老的根本原因的逆转。例如，生长激素能够逆转表观遗传时钟[18]，但实际上却缩短了小鼠寿命。因为生长激素会加速蛋白质合成和新陈代谢，据此推测，生长激素能加速端粒与rDNA缩减。而小鼠的生长激素受体基因敲除实验显示，其寿命延长了2/3。

13 抑制P53能让人体返老还童吗

上述提到P53可能是调控细胞衰老的总控因子，那么，敲除p53基因或持续抑制P53蛋白，能不能让人体返老还童？

由于组织细胞的数量和分布是有严格的定数，例如，肝脏切除一部分很容易再生，但不多不少只能长成原来的形状和大小，而敲除p53基因或持续抑制P53蛋白就会让细胞不受控制的无限增殖，这样就会使肝脏产生巨大的肿瘤。

还有，组织细胞都负担着个体的重要的生理功能，而敲除p53基因或持续抑制P53蛋白，基因表达谱也会一直定格在细胞的增殖期和胚胎期的状态，这样就会导致功能细胞无法执行相应的功能，从而给个体的生理造成致命的破坏并导致个体的死亡。因此，如果抑制肝脏P53，首先基因表达谱就会切换到细胞增殖期和胚胎期的模式，这样就会让肝脏丧失原有的功能，从而导致个体死亡。例如，大鼠肝脏切除70%能在1周恢复原体积，但在肝细胞增殖高峰时期，表达了胎肝细胞特有的甲胎蛋白，胆汁分泌及清除能力均下降[19]。

体内重编程抗衰老实验中，如果长时间表达山中因子（Oct4，Sox2，Klf4，和c-Myc），就会造成小鼠虚弱和死亡，原因也是因为细胞的基因表达谱被强行切换和改变。

无限增殖和基因表达谱定格在增殖期和胚胎期的状态正好都是肿瘤细胞的特征或属性，例如，成年人的肝细胞不会表达甲胎蛋白，但胎肝细胞和处于增殖期的成年人肝细胞都会表达甲胎蛋白，一旦成年人肝细胞发生癌变，又会恢复表达甲胎蛋白。也就是说，正常细胞敲除p53或持续抑制P53后就变成了实实在在的肝癌细胞。因此，敲除p53或持续抑制P53的衰老细胞虽然返老还童了，但是，不但不能让个体发生返老还童，反而会让个体死亡。

阿尔茨海默病（AD）是属于衰老性疾病，因为AD患者大脑和皮肤有着高水平的P53。但如果想通过药物抑制AD患者的P53，轻点抑制没问题，但对于AD的治疗效果不理想，而过度抑制P53就会要人命，因为过度抑制P53会让体细胞变成了肿瘤细胞的特征或属性。

14 有没有长效的让细胞P53水平下调又不无限增殖的途径

退一歩来说，如果抑制P53能让细胞和个体返老还童，但产生的效果是暂时性的，一旦停药就会恢复原来的衰老程度，这样会疲于奔命，不是长久之计，就象采用清除淀粉样蛋白的途径治疗AD，结果是收效甚微，都以失败告终！也就是说，想靠激活或抑制什么信号通路来逆转衰老的可能性不高。例如，在短时重编程中，虽然细胞实验表明短时间表达山中因子可以逆转多项衰老标志物，但是，一旦停止山中因子表达后，这些衰老症状又很快开始积累，包括甲基化年龄恢复原状。

那么，有没有长效的让细胞P53水平下调又不无限增殖的途径？

在细胞分裂过程中，的染色体的复制会导致端粒缩短，而端粒长度或端粒DNA的拷贝数与P53水平是呈负相关的。但是，在个体内也有不分裂或很少分裂的体细胞和会分裂但端粒又不会缩短的体细胞，例如，成熟的心肌细胞几乎不再分裂，端粒很少缩短。Egan等[20]研究不同年龄的人角膜内皮细胞中的端粒长度时发现，角膜内皮细胞终身保持长的端粒且无端粒酶活性，它们复制能力的限制不是来自于端粒的缩短，而是其它原因。说明端粒并不是调控细胞衰老的唯一因素，除了端粒之外，应该还有另一种作用与端粒相当的串联重复序列DNA在调控着细胞的衰老，它们的拷贝数与P53水平也是呈负相关的，最新的衰老理论或学说认为是rDNA[15]，也就是说，染色体中存在2套控制细胞分裂或衰老的“计数器”。据此，可以通过延长端粒和增加rDNA拷贝数来下调P53水平，这样就能让细胞P53水平长效下调，又不会让细胞无限增殖。由于不涉及基因的修改，而是恢复年轻细胞本来的端粒和rDNA的布置，因此是一种安全的逆转衰老的途径。

再说很早就有人实验发现，延长端粒不但能够增加细胞分裂次数，又不会导致细胞癌变，而且能增加小鼠的寿命。延长端粒的技术已经具备，因此，返老还童术中只剩下的就是要研究如何增加rDNA拷贝数了。

15 rDNA的结构可能是专门为了作为第2套控制细胞分裂和衰老的“计数器”而设计的

那么，为什么除了端粒，还有类似端粒作用的rDNA控制着细胞的衰老进程？

这是因为，为了能让个体中不再分裂或很少分裂的细胞也会逐渐衰老，必须还要有另一套能让细胞P53水平上调的时钟物质。

从理论上说，如果rDNA只是为了合成rRNA，那么，rDNA可以以多拷贝但无需以串联重复序列的形式存在染色体中。然而，鉴于rDNA具有高度不稳定性、rDNA能与长寿蛋白Sir2和衰老总控蛋白P53的结合，rDNA的多拷贝串联重复序列，以及rDNA转录时很容易受到损伤和能量消耗与rDNA拷贝丢失之间产生关联性来看，rDNA的结构和属性是专门为了作为第2套控制细胞分裂和衰老的“计数器”而设计的。-原创：黄必录

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