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基因遗传与长寿

已有 1615 次阅读 2023-3-31 13:19 |个人分类:人类寿命与衰老|系统分类:观点评述

人都会变老,头发变白,皮肤增粗,皱纹加深,走路时关节吱吱作响,发出的奇怪的声音和各种各样的疼痛,这些都是衰老来临的最初迹象。有关衰老的许多研究一直都在进行着,目的是为了确定衰老的原因和方式,同时研究也在探讨,为什么有些人天生就能长寿? 

从遗传学角度来看,每个人个体的基因特点的确与寿命相关。科学家们已经确定了几种与长寿有关联的基因变异,统计学分析显示这些基因与人寿命的增加相关。更重要的是,这些特殊的基因变异显示不仅与长寿有关,而且是与“健康的长寿”形影相随。 

研究与长寿有关的基因,能帮助我们在分子和细胞水平上,了解机体是怎样努力维持健康长寿的生存状态的。无论你是否携带与长寿相关的特定基因,弄清楚这些能有助于保持健康长寿的有效途径,这对每个人来说都是很重要的。对长寿基因的认识就包括了,通过研究所支持的方法,在现实世界中模拟“良好长寿基因”对机体所能产生的良好效果。 

理想的长寿应该不仅仅是活的时间长,也应该是一个健康的长寿生活。国人2022年的平均寿命是78岁,北美人的平均寿命大约为 80 岁。人们通常会心安理得的认命的,认为人活的就应该是“这样的寿命”。但是,在现实生活中,有些人活到了100岁以上,仍然相对健康,少数人能活到110或120岁。 

当你看看动物世界的情景时,会发现与人类不同的状况。大多数实验室小鼠和大鼠的寿命为2到3年,这与其他小型哺乳动物是一致的。但裸鼹鼠在圈养中可以生活30年以上,是其它鼠类的10倍。研究类似裸鼹鼠这样的长寿动物,有助于了解对延长健康寿命来说,哪些是重要的因素。 

那么为什么有些人能比其他人多活个20年或30年,而不死于像心脏病,糖尿病,癌症,老年痴呆症等与衰老有关的慢性疾病呢?人们可能会立即这样猜想到:每个寿命更长的人可能在防止衰老的日常细节上,都做对了每件事情,比如:锻炼,冥想,充足的睡眠,保持平和的心态,吃最好或最合理的饮食,等等。但事实上并非全然如此,研究人员估计,人类个体间的寿命差异大约25%是由于基因遗传因素造成的。怎样才能过上健康长寿的生活呢?避免吸烟,不要太多饮酒,预防癌症发生和坚持健康的生活方式等,这在以往80多年的时间里的确很重要,在将来的年代里也非常重要。除此之外,了解长寿人群的遗传变异特点,和增加对基因遗传学在人类健康长寿生命过程中的潜在作用的认知也变得非常重要。 

关于长寿,基因遗传学都能告诉我们什么呢? 

总体来说,检测某些患者的基因变异,主要目的是要看看哪些基因变异导致了这种病变或与这种疾病有关。其中主要内容包括:1. 对那些可能引起某种病变的已知基因变异进行检测;2. 研究特定的基因遗传变异与环境状态之间有哪些相互作用和相互影响,以及可能导致何种结果;3. 查看一个大量人群的全基因组特点,看看患有某种疾病的人基因变异水平是否与正常人群之间具有统计学意义上的不同。 

应用基因检测数据的指导,医生已经开始用来治疗某些与衰老有关的疾病。而令人感兴趣的新进展是对能促进人类长寿状态的基因变异的观察和认知。活到100岁的百岁老人,可能来自各种各样的人文背景。比如,不同的种族,不同的地域,不同的生活习俗,不同的饮食条件,不同的环境因素。这些多样性使得研究衰老的流行病学调查变得很难。然而,百岁老人可能有着共同的或相似的基因遗传基础,通过基因测序获得的大量长寿老人的全基因组数据,加上现代计算机系统的强大运算分析能力,将会越来越多在基因水平上揭示人类长寿基因的奥密。 

有关预期寿命的统计学研究认为,100年前出生且能活到今天的老人的比率不超过1%。如果你是70年代出生的一个女性,那你活到100岁的机会将会达到20%。总体而言,预期寿命的趋势是增加的。自1970年以来,美国的平均预期寿命增加了近十年,从70.8岁增加到现今的79岁。而2011年英国的平均预期寿命为81岁,比美国高出大约2年。

 

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需要说明的是,上述统计分析数据是针对一般人群的总体趋势而言的,而并不是针对某个个人的。虽然基因遗传学背景确实对每个人的寿命起着重要的作用,但许多其他方面,如:生理健康、心理状态、环境条件和生活方式等等也是影响寿命长短的重要因素。

          对百岁老人的研究显示,他们的后代也往往比同龄人活得更久,而且患老年病的人也更少。研究还显示,在百岁老人人群中,他们个体之间存在的差异,并不只是在一个细节,或几个细节上的不同。恰恰相反,他们之间在许多方面都存在着很多不同点,而且,一些小的差异也会影响到健康长寿的许多不同方面。这说明了长寿研究的复杂性,以及基因变异与环境因素之间相互作用的多样性。 

首先需要从细胞水平看看引起衰老都有哪些主要原因 

细胞是构成机体的基本单位,许多器官的细胞在工作过程中一直受到并积累损伤,损伤的细胞也不断被替换掉。细胞损伤和更替在所有年龄段都是如此,这只是人体工作方式的一部分。人类胃肠道细胞的更新周转相当快,为2-6天;而脂肪细胞需要每八年更换一次;相比之下,大多数的脑细胞和心脏细胞基本上从未被替换。正常状态下机体不希望有太多的细胞死亡,或者有失去控制的细胞生长。而细胞的死亡、清除和更替都需要机体的协同工作。 

那么在细胞水平上需要做哪些工作才能实现健康的衰老? 

避免癌症发生对长寿的重要性是不言自明的。当细胞分裂更新时,需要为新生成细胞正确复制DNA(基因)DNA复制过程中会出现误差,如果误差没有得到纠正,该细胞就可能经历细胞凋亡(细胞死亡)的过程。某些特定基因中发生的DNA复制错误和错误不断累积是导致癌症的原因。随着年龄的增长DNA复制错误的几率会增加,这是由于遭遇各种干扰因素的机会增加了,例如,许多毒素都能导致细胞内氧化应激状态增加,进而影响DNA的稳定性。因此,维持细胞稳定避免癌症发生对长寿是十分重要的。 

细胞复制对端粒长度也会造成影响。当细胞更新分裂DNA被复制时,DNA链的末端并不直接暴露在新生细胞中。为了补偿这一点,每个染色体的末端都有一个重复的核苷酸区域,称为端粒。端粒可以保护基因在复制过程中不被切断。随着细胞多次分裂和复制,端粒会不断缩短,最终变得太短时,细胞就会停止分裂。此时,细胞进入衰老阶段并走向死亡。然而,端粒缩短并不像“复制n次即停止”那么简单。端粒可以在端粒酶的协助下再次延长。细胞内部和外部压力(例如:毒素暴露等)都会降低端粒酶的活性。虽然端粒酶看起来是细胞永生的关键因素之一(在某些癌细胞株中,端粒酶的确是导致细胞永生化关键),但端粒酶在某些组织中几乎不存在,例如:肾脏、血管、肝脏、皮肤等。最近的研究显示,端粒酶的基因变异也可能对人类寿命产生影响。 

细胞和组织器官的代谢模式显然也与衰老过程紧密相关。其中限制能量(calories卡路里)摄入能延长实验动物的寿命,尤其对短生存期的动物很有效果。但对于人类和其他长寿哺乳动物似乎没那么有效。但是,这现象说明新陈代谢在某些方面是与长寿交织在一起的。限制卡路里延长寿命的理论基础主要包括:IGF1(胰岛素样生长因子1)和自噬现象的变化。 

IGF1是在肝脏中合成,体内生长激素水平是其主要调节剂之一,可使肝脏增加或减少IGF1的生成.IGF1能与体内不同组织中细胞膜上的受体结合,从而激活了细胞内发生的许多不同的生物学效应,这些效应的主要功能是促进生长。在很多物种中,较低水平的IGF1对寿命的延长寿命的确有利。但是从生长发育等另一个角度来看,至少在人类需要权衡IGF1水平增高和减低的利弊,因为IGF1对维持人类认知功能和大脑可塑性非常重要。维持长寿和延长寿命常常是要权衡利弊的,许多对初始生长和发育至关重要的生物因子,在成年或老年以后的生活中可能会成为问题。IGF1的现象至少在某种程度上集中体现了这种利弊权衡的概念。

自噬现象是指细胞清理受损细胞器和回收细胞废物的生物学功能。细胞自噬与细胞凋亡、细胞衰老一样,是十分重要的生物学现象,参与生物的发育、生长等多种过程。自噬被称为第二类程序性死亡,与凋亡不同,自噬只是细胞在高胁迫的环境中的一种应急机制,旨在为自身提供营养或者降解掉错误折叠蛋白等,不一定引起死亡。细胞自噬的异常也会导致各种疾病的出现。在正常情况下自噬现象可以清除细胞内错误折叠功能异常的蛋白和细胞内微生物。这一过程对维持细胞、组织及器官的稳态以致延缓衰老很重要。 

炎症反应也与寿命息息相关。当你被割伤时,出现的炎症反应对于抵抗细菌感染是必须的过程。但炎症反应的另一面是:炎症增加,尤其是长期的慢性炎症,常常会引发许多慢性疾病,例如,心血管疾病、糖尿病,骨脆性增加以至癌症等。而且血液中白细胞介素-6(IL-6)等炎性细胞因子水平升高多与寿命缩短相关。 

环境中的毒素会影响到人的健康和寿命,也能与人的基因相互作用而发挥生物学效应。基因变异,或者说某些基因类型,会使一些人更富有弹性,可以很容易地代谢并摆脱各种有毒物质。而另一些人的基因变异会对某种有毒物质的解毒途径产生负面影响,当然这只有在该人接触到该物质时才会发生可能的负面效应。 

参与药物或毒物代谢的典型基因是CYP2B6,编码一类参与内源化合物代谢和外源化合物解毒的重要代谢酶。CYP2B6具有高度基因多态性,在基因编码区和非编码区都有许多单碱基突变。遗传学研究表明CYP2B6基因变异与寿命之间存在相关性CYP2B6酶在许多药物(包括他汀类和抗癌药物等)以及杀虫剂的代谢中发挥重要作用。通常,女性CYP2B6水平高于男性,女性的预期寿命通常也高于男性。是否有可能通过CYP2B6对毒物和药物代谢的影响,使患者从癌症中存活下来的机率更大,近一步产生对寿命统计结果影响? 

除了端粒,端粒酶和CYP2B6基因之外,研究认为以下基因及变异与人类寿命具有显著的相关性: 

FOXO3基因:FOXO3A基因(叉头盒O3或FOXO3)与长寿有关。该基因参与调节细胞凋亡(细胞死亡),具有肿瘤抑制作用。此外,还参与营养感知,IGF1调节,以及应对氧化应激反应的过程。 

IGF1R 基因: IGF1R 基因编码胰岛素样生长因子 1 受体。 

CETP基因:CETP基因(胆固醇酯转移蛋白基因),参与胆固醇酯与甘油三酯的交换。CETP基因多态性与长寿相关。 

IPMK基因:IPMK基因编码肌醇多磷酸激酶,是参与增加细胞内钙离子(Ca2+)的信号分子。能影响细胞增殖和mTOR功能(一种丝氨酸/苏氨酸激酶,mTOR信号通路具有促进物质代谢,参与细胞凋亡,自噬等功能)。IPMK基因对维持脑神经可塑性和调节免疫系统中的Toll样受体有重要作用。IPMK基因变异与长寿有关。 

TP53基因:TP53基因编码肿瘤抑制蛋白,TP53基因变异可以丧失对肿瘤的抑制作用,肿瘤发生显然会缩短寿命。 

IL-6基因:IL-6基因的多态性与寿命相关。 

COMT 基因:COMT基因编码参与雌激素、儿茶酚胺神经递质等代谢的II期酶。COMT基因的多态性与长寿相关。

 

 




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