虽然每年有很多关于衰老领域的论文发表，迄今也提出了超过300多种衰老学说，但仍然没有解开细胞的衰老之谜。为此，笔者提出了“细胞衰老的端粒DNA和核糖体DNA共调控假说”[1]，简单来说，端粒DNA和核糖体DNA(rDNA)的拷贝数缩减会导致肿瘤抑制蛋白P53水平升高，使细胞进入衰老状态。该假说目前还没发现漏洞，现将理论思路介绍如下：

其实衰老原因并没有那么复杂，甚至可以用单一的原因来解释，因为敲除一个p53基因就能让细胞停止衰老，因此，P53蛋白水平升高是导致细胞衰老和产生各种衰老现象的主要原因，只要降低P53水平，细胞就会停止衰老，各种衰老现象就会不攻自破。

1990年，美国科学家哈利在Nature杂志上提出了“细胞衰老的端粒假说”，该假说认为，端粒缩短是导致细胞衰老的原因。1998年，Bodnar 等人[2]实验证明了细胞衰老的端粒假说是正确的，他们将人端拉酶催化亚单位cDNA转染人视网膜色素上皮细胞或成纤维细胞后，衰老速率减慢，但倍增代数只增加了约20代 [3]；斯坦福大学的约翰·拉穆纳斯等人，将经过化学修饰的人的端粒酶mRNA递送到细胞瞬间延长端粒，即使多次延伸端粒，端粒长度保持恒定，但皮肤成纤维细胞也只能多倍增28次，成肌细胞只能多倍增3.4次，然后就永久停止分裂并发生死亡[4]；1998年，Egan等[5]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。

提示，端粒并不是限制细胞衰老的唯一因素，除了端粒，还有另一种东西控制着细胞的衰老进程。为此，笔者提出了“细胞衰老的端粒DNA和核糖体DNA共调控假说”。理论思路如下：

首先，各种细胞在衰老过程，P53的水平会逐渐升高，从而使细胞进入衰老状态。而且单纯抑制P53或敲除p53基因就能使细胞无限增殖[6-7]。说明P53可能是细胞衰老的总控因子。那么，细胞衰老过程，P53水平是如何升高的？

人类有两种多拷贝的串联重复rDNA，分别是5S和45S。5S rDNA则位于1号染色体上，而45S rDNA存在于五条染色体上。45S rDNA位于核仁组织区，转录的45S rRNA会编码为3种rRNA(18S、5.8S和28S rRNA)，并组织核仁的形成。5S rDNA 并不位于核仁组织区[8] 。但由5S rDNA转录的5S rRNA会与分散的tRNA一起定位于核仁边缘，可能参与核仁的维持。在p53基因突变的几种癌症中，出现了5S拷贝数的扩增和45S拷贝数的缩减(https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1006994)。

2017年1月31日，中科院生物物理研究所刘光慧课题组和徐涛课题组，以及中科院动物研究所曲静课题组合作发展了一种新型基因组DNA三维成像工具，利用此工具实现了对衰老伴随的端粒缩短和着丝粒异染色质改变的精准成像，该研究发现，染色体核仁区的rDNA拷贝数会随着细胞的衰老而减少，而且与端粒缩短处于同一水平，核仁区rDNA拷贝数的减少，可以作为人类衰老的新型标志物，在线发表在《Nature》杂志旗下的《细胞研究》杂志。

从酵母菌到小鼠和人类的细胞衰老过程中，都有rDNA拷贝数的缩减，因此，rDNA的缩减可能不只是细胞衰老的标志物，而可能是导致细胞衰老的主要原因之一。

小鼠衰老细胞的端粒长度还剩很长，人类衰老细胞的端粒长度还剩约5 kb或相当儿童细胞端粒长度的一半，因此，把衰老细胞P53水平升高的事实，理解成端粒过短导致的DNA损伤造成的是不合理的。P53主要集中在核仁区，也会与端粒结合蛋白TRF1、TRF2、TRBP1结合而存储在端粒上[9-10]。P53会通过各种降解途径而消耗掉，例如，P53会在核仁中降解[11-12]。提示，端粒DNA和/或rDNA的拷贝数缩减会影响P53的降解，使P53水平升高。反过来P53又会直接和间接抑制rDNA的转录为rRNA。由于rRNA会与核糖体蛋白 (RPs)结合生成核糖体，因此，抑制rDNA转录为rRNA就会留下更多的游离的RPs。而游离的RPs 会与泛素连接酶MDM2结合而阻碍细胞各部位P53的MDM2降解途径，从而导致 P53 水平升进一步高[13-14]，使细胞进入衰老状态。 

既然知道细胞衰老是因为P53水平过高造成的，但为什么不能通过敲除p53基因来让个体停止衰老？这是因为端粒和rDNA是作为遗传程序的驱动器和细胞分裂次数的计数器[1]，如果通过敲除p53基因或持续抑制P53蛋白来让细胞返老还童，细胞分裂就会失控，使细胞无限分裂，这样就和癌细胞同一属性了。因此，只能通过延长端粒和rDNA来下调P53，使细胞既能返老还童，又不会分裂失控。

异体干细胞移植无法在体内长期存活，通常一个月后会被免疫系统逐渐清除掉，因此，要实现真正的抗衰老和再生医学及免疫细胞疗法，关键问题就是开发出延长端粒和rDNA的技术，以让衰老的自体成体干细胞返老还童，以实现自我移植。

参考文献：

 [1] 黄必录.细胞衰老的端粒DNA和核糖体DNA共调控假说[J]. 医学争鸣，2021，12（3）：15–21.

[2] Bodnar AG， Ouellette M， Frolkis M， et al. Extension of life-span by introduction of telomerase into normal human cells. Science. 1998 Jan 16；279(5349)：349-52.

[3] 童坦君，张宗玉.端粒酶的医学应用前景与局限性[J]，中华医学杂志，2000,80(3):170-171.

[4] 约翰·拉穆纳斯,爱德华·雅库博夫, 海伦·M·布劳, 等. 与端粒延伸相关的化合物、组合物、方法和试剂盒:美国,201480021010.1, 2015[P]. 2015-12-16.] ；

[5] Egan CA, Savre TI, Shay JW, et al. Analysis of telomere lengths in human comeal endothelial cells from donors of differen ages.lnvest Ophthalmol Vis Sci,1998,39(3):648-653.

[6] Aksoy O, Chicas A, Zeng T, et al. The atypical E2F family member E2F7 couples the p53 and RB pathways during cellular senescence[J]. Genes Dev, 2012, 26(14):1546–1557. 

[7] 马 迪, 严信祺, 彭承宏. 肝细胞永生化研究进展[J]. 组织工程与重建外科杂志, 2012, 8(1):46–48.

[8] 江 姣，张海英，郭绍贵，等.普通西瓜3个变种45S rDNA和5S rDNA的染色体定位[J].果树学报，2012,29（5）:764-769.

[9] 李 玲, 张 波, 邹万忠, 等. P53与端粒重复序列结合蛋白质1的体外相互作用[J].北京大学学报（医学版）, 2004, 36(5):510–513.

[10] 徐熠熠. 端粒结合因子1对p53和ATM的功能调控及其机理研究[D]. 杭州:浙江大学医学院, 2008:1–128.

[11] 施 回. 核仁因子Def对p53的负调控作用及其对肝脏发育影响的研究[D]. 杭州:浙江大学, 2014:1–96.

[12] 管翊闳. 核仁因子Def磷酸化修饰调控细胞周期和p53降解的研究[D]. 杭州:浙江大学, 2015:1–82.

[13] Boulon S, Westman B J, Hutten S, et al. The nucleolus under stress[J]. Mol Cell, 2010, 40(2):216–227.

 [14] Russo A, Russo G. Ribosomal proteins control or bypass p53  during nucleolar stress[J]. Int J Mol Sci, 2017, 18(1):1–16.