博文
衰老遗传学（The genetics of ageing）
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衰老遗传学
辛西娅·J·凯尼恩（Cynthia J.. Kenyon）
美国加州大学旧金山分校生物化学和生物物理学系（94158）
摘要
线虫类动物秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans，C.elegans，以下简称线虫）在几周内衰老直至死亡，而人类寿命可达100年甚至更长。假设人类与线虫类拥有共同的祖先，这就意味着，在这一进化过程中，基因突变导致寿命增加达2000倍以上。何种基因可以延长寿命？人类能否增强其功能以延长寿命？多少世纪以来，人类以婉约的诗歌和奔放的想象思考长寿，如今我们对这些基础性的问题有了答案，并且常常出乎意料。
Kenyon CJ. The genetics of ageing. Nature，2010，464，504-512
多年来，分子生物学家对调节机制感兴趣，而并不研究衰老；因为研究提示，伴随老化所致的组织功能下降，是一个发生方式无规律的、被动的墒衰减过程（entropic process of deterioration）。而现在我们知道，衰老的过程和其他生理过程一样，由经典的信号通路和转录因子所调节。上述信号通路多首先在酵母、蠕虫、果蝇等短寿命小个体生物中发现，但有一部分在哺乳类也会显著延长寿命。本文综述相关信号通路，及由环境和生理信号所致的通路调节机制，并讨论本领域的某些未知事项，最后展望延缓人类衰老的药物。
有很多人认为，假定可通过延缓衰老来延长寿命，还可能死于其他疾病（如阿尔茨海默病）。实际上，衰老是很多疾病最重要的危险因素，我们发现延缓衰老的基因突变，同时也推迟增龄性疾病的发生。这种相关性增加了抗衰老同时对抗其他疾病的可能性。这项课题虽然引人注目，但本文探讨重点并非增龄性疾病，而是衰老本身。
衰老调节通路
很多延长寿命的基因突变作用于应激反应基因或营养感受器。当动物的食物充足或应激程度低下时，这些基因维持机体的生长和繁殖。在恶劣环境中，这些基因的活性发生上调或下调的变化，由此动物将发生全身性的生理功能变化，实现细胞保护和维持。这种变化保护动物幸免于环境应激，同时延长了寿命。
针对许多不同的环境和生理信号，营养和应激感受器介导寿命的延长。其中最著名的信号是饮食限制，可延长许多物种（从酵母到灵长类）的寿命[1]。这一效应是在经济大萧条时期（1929-1933年）的大鼠研究中发现的，当时还担心慢性饥饿可能会缩短大鼠寿命。最初推测，饮食限制可减缓营养代谢所致细胞损伤积聚的速度。然而，最近一项精巧的果蝇（Drosophila）实验显示，饮食限制可导致果蝇死亡率迅速下降，提示饮食限制以一种快速方式对抗衰老。目前已知，饮食限制通过营养感受通路的主动调节产生长寿效应，这一通路涉及雷帕霉素靶蛋白（target of rapamycin，TOR）激酶[3-5]，腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）[6]，沉默信息调节因子-2相关蛋白（sirtuins）[7，8]和胰岛素/胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor，IGF-1）[9，10]的信号调节。在限制饮食延长寿命过程中，何种营养感受器起最重要作用？答案却是，取决于饮食限制的施加方式。例如，饮食限制延长线虫寿命实验中，终身饮食限制、隔日喂养及中年起始饮食限制三种方式，分别通过三种营养感受器延长寿命[11]。
其他多种情况下寿命也可延长，包括热应激[12-14]、氧化应激[15]、环境低温、化学感受信号[16]、感温信号[17]、生殖系统信号[18-19]、线粒体呼吸速率减慢[19-21]或方式转换[3，22-24]。多数情况下（若非全部的话），长寿效应通过特异性调节蛋白的主动调节而实现。
衰老的表现无所不在，而延缓衰老则似乎是一项极具难度的挑战。值得注意的是，即便我们延长了实验动物的寿命，也不能应对衰老个体的所有问题，比如肌力下降、皮肤皱纹和线粒体突变。我们仅仅干预了动物的某个调节基因，而它们却调节着剩下的基因。换言之，动物拥有某种潜力使其较之正常状态存活得更长久。
胰岛素/IGF-1信号通路
在动物中，首个显示可影响衰老的信号通路是胰岛素/IGF-1通路[19]。在线虫中，daf-2基因编码一种类似于胰岛素和IGF-1受体的激素受体，致daf-2活性降低的突变可延长线虫寿命2倍以上。该通路下游存在PI3K/AKT/PDK激酶级联通路，影响该通路的突变亦可延长线虫寿命。这些长寿突变体最显著的情形是，在其他虫体已显老态时，它们仍然在青年状态[25-26]。（设想一下，在三十多岁时，你可能预定在七十岁时举行青春聚会！）抑制胰岛素/IGF-1信号通路影响寿命，是由于改变了以下基因的表达：DAF-16（一种FOXO转录因子）、热休克转录因子1（HSF-1）和SKN-1[27]，某种Nrf样异物反应因子。上述转录因子分别上调或下调不同的基因，从而发挥延长寿命的强烈集聚效应。下游基因同样功能显著，其中包括应激反应基因[如过氧化氢酶、谷胱甘肽硫-转移酶（glutathione S-transferases）、金属硫蛋白（metallothioneins）]，以及编码抗菌肽（antimicrobial peptides）、分子伴侣（chaperones）、载脂蛋白、脂蛋白[28]和通道蛋白（channels）的基因。出乎意料的是，在daf-2突变体中，某些可促进长寿的基因在生殖细胞系正常表达，而在体细胞中异常表达[29]。这种有趣的情况是由于生殖细胞系（由受精卵追溯到受精卵）是永生化细胞。而上述生殖细胞系的基因，在未受精生殖细胞中表达后却导致衰老，同样整个虫体亦显老态，均以daf-2依赖的方式进行[25]。由此可知，生殖细胞系基因仅能解释部分（而非全部）的长寿机制。更普遍的情况是，下游各长寿基因的功能常常完全未明。总之，这一基因宝库在未来将会有更多发现，如某些基因在长寿突变体的活性加倍，假如其活性增加10倍，情况又将如何呢？
自噬（细胞器再回收的过程）亦需通过抑制daf-2延长寿命[30]。自噬使细胞得以更新，也是有力的抗衰老机制。在线虫daf-2突变体中，寿命延长有赖于DAF-16蛋白，但并非自噬所需要[31]，提示通过DAF-16及其他转录因子的共同作用，自噬有可能将细胞内原料回收转化为新的保护性蛋白。
在某一组织中胰岛素/IGF-1通路的扰动（perturbation），会对使其他组织产生反馈效应，从而建立新的稳态（homeostasis）[19]。例如，在另一种野生型线虫，仅在一种组织中增加DAF-16活性，就能够通过表达胰岛素基因的反馈调节方式，增加其他组织的DAF-16活性[32]。另外，daf-16（–）；daf-2（–）双突变体不表现长寿，如仅使其某一组织（如肠道/脂肪组织，或神经元）表达daf-16，就能延长线虫整体的寿命。因此，除调节胰岛素基因表达外，DAF-16还能调节下游的细胞间长寿信号，这些长寿信号能够独立于daf-16，在其他组织中发挥作用。DAF-16并非是通过细胞机制延长寿命的唯一转录因子，其他转录因子，如HSF-1[19]、SKN-1[33]也可非自主地作用于细胞。这一组织间相互作用的网络，有助于协调不同组织间的老化速度。
在这些微小的线虫（大部分由有丝分裂后细胞构成）体内发挥作用的长寿通路，在更复杂的动物也发挥作用本不值得期待；但实际上，胰岛素/IGF-1通路的长寿效应具有进化保守性[19，34]（图1）。在果蝇，系统性抑制胰岛素/IGF-1信号通路，或在脂肪组织特异性增加FOXO[DAF-16在果蝇中的直系同源基因（orthologue）]活性均可延长寿命。与线虫类似，果蝇中FOXO能通过调节胰岛素基因表达，非自主地作用于细胞。在近交系小鼠，IGF-1水平与寿命呈显著负相关，强烈提示IGF-1在调节寿命中有重要意义[35]。另外，抑制胰岛素受体（特别是在脂肪组织）、IGF-1受体[34，36]、上游调节因子[34]和下游效应因子[34，37]的突变，均可延长寿命（某些基因效应并非在各项研究中均有显示）。另一种情况，携带降低IGF-1水平突变的犬类，小体型者较之大体型者寿命更长。要注意的是，在果蝇和小鼠中，胰岛素/IGF-1通路发挥长寿效应，与其体型大小并无关联。至少在线虫和果蝇，生长至成虫阶段后，该通路产生长寿效应。
图1 胰岛素/IGF-1和FOXO信号通路影响小鼠和人类寿命
在小鼠和人类，受脑垂体分泌的生长激素刺激，血浆IGF-1从肝脏产生。此外，一种金属蛋白酶—妊娠相关血浆蛋白（pregnancy-associated plasma protein，PAPPA），通过使IGF-1结合蛋白失活，从而提高可利用的IGF-1水平。（失活PAPPA可衰减IGF-1信号。）IGF-1受体与IGF-1反应，并激活下游信号通路（其中若干蛋白具有延长寿命效应）。图示为胰岛素受体底物蛋白（insulin-receptor substrate proteins 1 and 2，IRS）和AKT（一种磷酸化并失活FOXO转录因子的激酶；在线虫中最初称为DAF-16）通路。上述下游信号蛋白也是胰岛素反应通路（未显示）的成员。除非另有说明，一个星号代表一个长寿突变小鼠品系（左），或代表一个携带长寿DNA突变的人群队列（右）。线下所示为胰岛素受体的研究情况。小鼠IGF-1星号所示的研究显示，在31个小鼠近交系中，IGF-1低水平与长寿相关，这一证据强烈提示该激素可影响小鼠寿命。在某种IGF-1受体突变小鼠品系中，只有其神经系统缺乏该受体；某种IRS2 突变品系也有同样情况。在胰岛素受体突变长寿小鼠，只有脂肪组织缺乏该受体。圆形所示为，类似的突变体在该项研究中未见寿命延长（经鉴定，部分突变体的遗传背景不同）。人群队列中携带IGF-1受体突变者与长寿相关；值得注意的是，经细胞培养分析，显示该突变受体的功能衰减。
每种胰岛素/IGF-1通路突变体均呈现长寿状态；因此，从某种程度来讲，本通路对所有动物都必不可少。事实是，编码肝脏胰岛素受体的基因敲除小鼠会罹患糖尿病。所以，这一通路的细微扰动会导致严重后果。携带部分胰岛素/IGF-1通路基因突变的长寿动物对胰岛素敏感，而剩余部分的基因突变体却产生胰岛素抵抗（2型糖尿病的特征）[34，37]。可能的解释是，只要存在衰减胰岛素/IGF-1信号的突变，或激活DAF-16/FOXO样蛋白，动物体将发生生理变化，实现细胞维持和寿命延长。与这一解释相符，通过抑制胰岛素生成或衰减胰岛素受体信号，在线虫和果蝇中均可延长寿命[19]，然而前一种扰动可导致胰岛素敏感，后者则导致胰岛素抵抗。
对胰岛素/IGF-1活性的扰动能否延长人类寿命？答案似乎是肯定的（见图1）。削弱IGF-1受体功能的突变，在一个德系犹太百岁老人世代（cohort）中过度表达[38]；而胰岛素受体基因的DNA变异型在一个日本人世代中与长寿相关[39]。AKT变异型和FOXO3A变异型分别在3家[40]和8家世代中与长寿相关。FOXO3A变异型世代世界各地均有分布：包括日裔夏威夷人[41]、意大利人[42]、德系犹太人[40]、美国加州人[40]、美国新英格兰人[40]、德国人[43]及中国人[44]。在德国人世代中，FOXO3A变异型在百岁老人中较之90岁老人表现更为频繁，进一步印证这一变异型具有延长寿命作用。FOXO1基因变异型在美国人和中国人世代中亦与长寿相关[44，45]。总之，FOXO变异型与长寿显著相关，这可能由于FOXO蛋白在影响寿命的诸多通路中均发挥作用[19]（图2）。
图2 受多种施加因素刺激，转录因子DAF-16/FOXO可促进线虫寿命延长
蛋白名称左侧箭头示基因表达的增减。过表达SIR-2（sirtuin）、HSF-1（热激转录因子）、LIN-4（定时发育microRNA）、AAK-2（AMP激酶亚基）、Jun激酶1（JNK-1）、或转录延伸因子TCER-1（据预测），均可延长寿命。抑制DAF-2胰岛素/IGF-1受体，或其激酶级联反应的下游成分，也可延长寿命。以上均是通过DAF-16依赖性途径实现。上述某些蛋白可直接调节DAF-16活性，包括AMP激酶（经磷酸化）、JNK-1（经磷酸化）、SIR-2（经去乙酰化）、AKT（为一胰岛素/IGF-1通路激酶，经磷酸化）、TCER-1（可能），均为特异性DAF-16依赖性基因表达所需要。激活上述延长寿命通路的信号包括，饮食限制（中年开始，或隔日饲养）、氧化应激、感受器刺激、发育期性腺生殖细胞前体激光消融（laser ablation）（红叉所示）。图中单列的某些蛋白，可能共同作用于同一通路。如，HSF-1为DAF-2通路一员，为daf-2基因突变延长寿命所需要；AAK-2/AMPK亦部分为daf-2基因突变延长寿命所需要；而TCER-1和SIR-2则否，即TCER-1和SIR-2并不作用于DAF-2下游。针对上述很多情形，相关基因的上位效应（epistasis）实验还未进行。
因为胰岛素/IGF-1通路可感受营养物，且该通路又可通过营养限制而影响线虫发育（讨论见下），所以该通路是通过饮食限制调控寿命的良好候选通路[46]（图3、图4）。但在线虫、果蝇、小鼠，该通路似乎并不完全胜任这一角色（至少在特定情况下）。欲了解是否寿命延长或过早衰老突变，会致使饮食限制通路结构性激活或失活（constitutively active orinactive），需首先确认是否饮食限制可使衰老基因突变体的寿命延长；若否，则该基因为饮食限制的候选基因。如该基因活性或表达受营养物影响，或其他情况能延长该基因突变体的寿命（可提示该突变体并非病态，或早衰为内源性），则将大大强化上述解释。采用这种分析方式提示，线虫隔日饲养可通过抑制胰岛素/IGF-1信号转导而延长寿命[9]。胰岛素/IGF-1通路突变果蝇，对饮食限制发生反应而寿命延长，似乎其基因型可实现某种程度的饮食限制效应[47，48]，故有认为两通路间有交叉。饮食限制可也通过抑制胰岛素/IGF-1信号延长小鼠寿命，但并不能再延长生长激素基因变异长寿小鼠的寿命[10，34]（生长激素通过激活IGF-1信号实现其下游效应）。最后，由于结构性激活胰岛素/IGF-1信号的突变可导致肿瘤，而饮食限制对此种肿瘤无法抑制[49]；故而认为饮食限制仅可能通过下调胰岛素/IGF-1信号而抑制肿瘤。
图3 慢性饮食限制延长寿命的通路
在线虫、果蝇和小鼠（及酵母，未显示），基因和/或表型分析提示，慢性饮食限制可通过下调TOR活性延长寿命。已知TOR通路（紫箭头）可调节自噬和转译。小箭头示上调或下调。在线虫和果蝇，通过抑制TOR延长寿命需要自噬参与；针对这三个物种，通过失活核糖体S6激酶（TOR靶点）而抑制转译，可延长寿命。PHA-4为TOR突变线虫发生自噬所需要。饮食限制时，PHA-4亦可影响应激反应基因的表达；其针对转译的效应尚未检测。在果蝇，TOR活性降低时，线粒体呼吸电子传递链可逃避转译抑制，导致呼吸线粒体呼吸增强。通过激活神经元SKN-1转录因子，慢性饮食限制亦可增强线虫线粒体呼吸（绿箭头）。在线虫和果蝇，线粒体呼吸增强均可促进寿命延长。是否TOR影响线虫线粒体呼吸，是否SKN-1影响果蝇线粒体呼吸，都还不清楚。在果蝇和小鼠，慢性饮食限制延长寿命，至少部分是由于下调胰岛素/IGF-1信号（IIS，红）。Sirtuins为果蝇和小鼠慢性饮食限制延长寿命所需要，但其在胰岛素/IGF-1通路和/或TOR通路中的作用尚不清楚。
图4 不同饮食限制模式下，线虫寿命延长相关的营养物感受器（红）和转录因子（蓝）
eat-2基因突变（可抑制终身饲养）可能通过抑制TOR途径延长寿命，因为再抑制TOR未能进一步延长eat-2突变线虫寿命。抑制TOR需要PHA-4转录因子，同样延长寿命所也需要eat-2突变。慢性饮食限制可通过SKN-1转录因子延长寿命，但SKN-1与TOR的关系尚未查明。奇怪的是，eat-2弱突变（非强突变）线虫似乎需要通过功能性SIR-2.1基因实现寿命延长。中年开始饮食限制情况下，AMP激酶和DAF-16功能基因为延长寿命所需要。上述基因（包括sir-2.1）均非eat-2强突变线虫延长寿命所需要。隔日饲养可能通过抑制胰岛素/IGF-1信号转导（很大程度依赖于daf-16）实现寿命延长，所以并不能进一步延长长寿的daf-2突变体寿命。隔日饲养延长寿命还需要RHEB-1（小GTPase，未显示）参与；作为已知的RHEB靶点，TOR也部分参与。
除了“少吃”，“少闻”、“少尝”或其他方法也可延长线虫寿命[16]，这一效应似乎都是由于降低了胰岛素/IGF-1信号。感觉和知觉也可影响果蝇寿命；事实上，如果果蝇能够嗅到食物，在同等饮食限制情况下，寿命延长程度也是大打折扣[50]。尚不清楚这在人类的情形如何，只能说如果你闻到了食物的美味，你的胰岛素水平也会升高。可能的机制是，感受器刺激可诱发延长寿命的生理变化，从而演变为细胞保护作用，目的是使动物能够迅速感知和应对恶化的环境状况。
在哺乳类，葡萄糖可致胰岛素水平升高，后者升高可预测寿命缩短。而事实上，在线虫的细菌饮食中添加2%葡萄糖可致其寿命缩短，原因在于下调了DAF-16/FOXO和HSF-1的活性[51]。奇怪的是，在哺乳类，这一效应涉及水通道蛋白甘油通道（aquaporin glycerol channels）的抑制，而葡萄糖可抑制该通道。通常情况下，这一发现可能解释为是由于低血糖生成指数（glycaemic index，升糖指数）饮食。出乎意料的是，胰岛素/IGF-1受体突变线虫添加2%葡萄糖，几乎完全抑制线虫寿命延长[51]。尚不清楚以上原因为何；如果哺乳类情况与此相同，那么，对胰岛素/IGF-1通路突变小鼠（本身寿命延长15%-40%）喂饲某种低升糖指数饮食，则可能会进一步延长其寿命。这便引发了一个反直觉的推测，即如果人类采用低升糖指数饮食，可出现胰岛素受体信号抑制的情况，从而会促进长寿。
寿命如何进化？胰岛素/IGF-1生物学为这一问题给出了特别的答案[19]。自然选择的力量使得生物体随增龄而身体虚弱、繁殖力降低，同时危险环境致死的可能性增加。进化生物学家发现，寿命本身的答案并非在于自然选择（selection，物竞天择）。研究发现，某些通路可产生有益于细胞保护和维持的生理变化，从而实现寿命延长。而寿命本身并不能用自然选择学说解释，这些通路的进化只是使动物能够在严酷、危及生命的环境下存活。一旦这些保护性通路各司其职，便自然具有了延长寿命的潜力，从而对抗加速衰老的外界代谢损耗。此外，借助调节因子或下游靶点的变化，相关突变可增强细胞保护通路的基础活性，并可能在进化过程中实现寿命延长。
有趣的是，发育中的线虫幼虫，一旦胰岛素/IGF-1信号急剧减弱，将进入长时间的滞育状态，称为多尔（dauer）幼虫。自然状态下，当环境严酷时，胰岛素/IGF-1信号减弱，幼虫进入多尔状态；当环境改善时，再继续生长。因此，对线虫来说，胰岛素/IGF-1信号减弱可诱导细胞保护性寿命延长通路的表达，而这一表达耦合于滞育状态的表达（滞育状态以生长停止、形态学改变和繁殖延迟为特征）。在进化过程中，多尔形成状态下，这一保护性寿命延长系统还会进一步进行优化。由于多尔形成发生于性成熟之前，多尔幼虫具有的这一更有效的存活机制，可传递到其保护性等位基因。因此，如果这一增强的寿命延长系统，在成年阶段独立表达于另一种多尔状态线虫，就可能导致形态正常的线虫极度长寿而多产，正如胰岛素/IGF-1弱突变体的情形[19]。自然选择的优势可通过导致寿命延长的任何扰动（如饮食限制所致寿命延长），来强化细胞保护、延迟生育。
TOR信号系统
TOR激酶是主要的氨基酸和营养感受器，可刺激生长和阻止补救途径（salvage pathways）（如食物充足时的自噬现象）。从酵母到小鼠的许多物种均可通过抑制TOR通路实现寿命延长[4，5，52-54]。抑制TOR可强化对环境应激的耐受[3]，同时产生有助于保护组织的生理变化。而至少在线虫，TOR抑制似乎可激活另一条通路，即有别于胰岛素/IGF-1通路，独立于延长寿命的DAF-16/FOXO[3，52，53]。
与抑制胰岛素/IGF-1通路类似，抑制TOR延长寿命需要转录水平的变化，至少在线虫（需要PHA-4/FOXA转录因子[55]）和酵母中如此[56]。抑制TOR同时在转译水平具有诱人的效应，涉及到饮食限制所致长寿反应中的线粒体呼吸作用[57]。营养物可致TOR上调转译水平，部分通过激活核糖体亚基S6激酶和抑制4E BP（一种转译抑制因子）实现。当营养物水平和TOR活性降低时，转译水平亦降低。以上效应可影响寿命，如抑制S6激酶可延长寿命（针对酵母、线虫、果蝇和小鼠[3-5，22，58]），通过其他途径抑制转译也可延长寿命（针对酵母、线虫和果蝇[3，5，22-24，59]）。令人惊讶的是，果蝇中编码呼吸电子传递链成份的mRNA，能够相对免受转录关闭（translational shutdown）的影响。抑制TOR导致线粒体呼吸的增强，而抑制这种呼吸增强将抑制寿命延长；通过过表达4E BP以人工激活转译水平，可使寿命延长[57]。S6激酶敲除长寿小鼠全身耗氧率增加[60]，提示这一寿命延长机制可能具有保守性。
抑制TOR亦可激发自噬。在胰岛素/IGF-1突变体，自噬为延长寿命所需要（至少针对线虫和果蝇如此）[31，61，62]。通过抑制TOR激发自噬，可能是间接受到基因调控作用的影响，如在果蝇显示需要PHA-4/FOXA转录因子。
在所有的营养感受通路中，TOR通路与饮食限制相关性是最确切的（图3）。抑制TOR可模拟饮食限制的生理效应；在酵母、线虫和果蝇，抑制TOR所致的寿命延长效应，不能通过饮食限制进一步强化[3-5，62]。与果蝇一致，慢性饮食限制延长线虫寿命，至少部分是通过刺激线粒体呼吸而实现[33，57]。潜在的机制并非仅依赖于转译水平的控制，还需要转录因子SKN-1。S6激酶突变长寿小鼠显示的基因表达模式，与饮食限制诱发的情况类似[58]，提示饮食限制对TOR/S6激酶通路的影响，在哺乳类中同样存在。
减少哺乳类蛋氨酸摄入，或减少果蝇蛋白质摄入均可延长寿命。可能是由于不同的饮食类型促发不同的细胞保护和长寿效应。低升糖指数饮食可促发胰岛素/IGF-1信号低水平，氨基酸限制可促发TOR低水平。但愿有一天，我们将知晓何种饮食能够使我们永葆青春和健康。
AMP激酶
AMP激酶为一种营养物和能量感受器。当细胞AMP/ATP比值升高时，AMP激酶可激活分解代谢通路，并抑制合成代谢通路。AMP激酶过表达可延长线虫寿命[14]。降糖药二甲双胍可激活AMP激酶，能够延长小鼠寿命[63]。AMP激酶亦为胰岛素/IGF-1突变线虫延长寿命所需要[14]，但其参与到这一通路的具体细节尚不清楚。
饮食限制亦可通过AMP激酶实现寿命延长（图2、图4）。在线虫，中年开始饮食限制需通过AMP激酶引发寿命延长，可能经由直接作用于DAF-16/FOXO使其磷酸化并激活之而实现。这一AMP激酶通路并非持续饮食限制延长寿命所需要[14，64]；相反，持续饮食限制延长寿命所需基因（pha-4/FOXA[65]和skn-1/NRF[33]），亦非中年开始饮食限制延长寿命所需要[11]。因此，“吃多少”、“何时吃”，可能会影响到激活不同的寿命延长通路。
Sirtuins
Sirtuins为一组NAD+依赖性蛋白去乙酰酶。据报道，Sirtuins过表达可延长酵母、线虫和果蝇寿命[19]。尚不清楚Siutuins如何影响寿命[66]。据推测，酵母Sir2（sirtuin家族一员）可通过抑制毒性染色体外rDNA环（toxicextrachromosomal ribosomal DNA circles）形成而延长寿命，不过其可能还有其他功能以促进长寿。有趣的是，细胞分裂时，Sir2可促进将受损蛋白（如羰基化蛋白）隔离到母细胞[67]。不过过表达的Sir2虽可延长寿命，但不能增强这种隔离作用。近期研究认为，Sir2延长寿命通过衰老过程中保持端粒的基因沉默而实现[68]。这一通路也可潜在影响后生动物（metazoans，多细胞动物），此类动物无rDNA环。
在线虫，过表达sirtuin基因sir-2.1可延长寿命，似乎是通过直捷通路（激活DAF-16/FOXO）[19，69]实现（图2）。线虫SIR-2.1可能是通过去乙酰化作用直接激活DAF-16；正如氧化应激情况下，已知哺乳类SIRT1可致FOXO蛋白去乙酰化，进而将后者的靶点特异性转向应激耐受相关基因。氧化应激对线虫亦具有相似效应，其可刺激SIR-2.1与DAF-16结合[69]，通过sir-2依赖性和daf-16依赖性途径延长寿命[15]。sirtuins可直接使FOXO去乙酰化，而胰岛素/IGF-1通路突变体并不需要sir-2.1实现长寿；这些发现和事实提示，线虫sirtuins可影响DAF-16/FOXO和寿命，而独立于胰岛素/IGF-1信号通路（图2）。线虫SIR-2.1的情形与另一种应激调节因子jun激酶-1（JNK-1）相似，后者在线虫和果蝇中均可延长寿命[19]。在两物种，寿命延长均需要DAF-16/FOXO参与，后者直接被JNK-1磷酸化。但至少在果蝇，JNK-1还可间接影响胰岛素/IGF-1信号，当然也有脂质运载蛋白（lipocalin）信号的作用
过表达SIR2的长寿果蝇也可过表达一种伴侣分子，从而抑制SIR2所致的细胞死亡[71]，因此，尚需进一步研究证实SIR2确可延长果蝇寿命。尽管还不清楚是否FOXO为上述果蝇延长寿命所需要，但另一种组蛋白去乙酰酶RPD3，和肿瘤抑制因子p53可能与以上相关。
过表达sirtuin尚未显示可延长哺乳类寿命。某项细致观察发现，植物多酚类复合物白藜芦醇（resveratrol），可以sirtuin依赖性方式影响多种途径，从而延长喂饲高脂饮食的小鼠寿命，但对喂饲正常饮食的小鼠无效[72]。该研究结果并不意味着sirtuins不能延长哺乳类寿命，只是说明白藜芦醇与sirtuins之间关系尚不明确；即使在酵母、线虫和果蝇，白藜芦醇也并非总可以延长寿命[66，73]。特别是，白藜芦醇可能并不能实质激活sirtuins，至少并非以简易的方式（见前篇）。白藜芦醇可刺激哺乳类SIRT1，从而使某一荧光底物去乙酰化（该底物并非已检测过的SIRT1的天然底物[66，73]）。另外，线虫SIR-2.1可通过DAF-16/FOXO延长寿命，而白藜芦醇则非[74]。更糟糕的是，此模型中白藜芦醇延长线虫寿命所上调的基因，却是SIR-2.1过表达所下调的基因[74]。不过，至少在某些研究中已显示，白藜芦醇延长线虫寿命需要sir-2.1的激活。同样，在哺乳类疾病模型中，白藜芦醇的诸多效应均有赖于功能性sirtuins，因此还可能有更有趣的解释。
由于NAD+和NADH是重要的代谢调节因子，因此在饮食限制过程中，sirtuins是发生反应的良好候选物（图3、图4）。在野生型酵母，Sir2为饮食限制延长寿命所需要[19，66]；如Sir2不存在，则rDNA环将聚集，并使细胞过早死亡。但即便饮食限制对NAD+和NADH有多种效应，还是可以明确饮食限制不会增强酵母sirtuin活性[66，75，76]。不过情况仍不明朗：例如，近期一项饮食限制研究显示，TOR、尼克酰胺（sirtuin抑制剂）和sirtuins可通过某单一途径实现寿命延长[56]；还有研究显示饮食限制并未激活sir2，且可以明确，针对缺乏sirtuins的细胞，饮食限制通过抑制TOR方式实现寿命延长[4]。
在线虫，已知所有饮食限制方式（温和的慢性饮食限制除外），均可使sir2.1删除突变体寿命显著延长[3，9，11]（图4）。在果蝇，只有一种饮食限制模式经过验证，此模式下sirtuins为延长寿命所需要[7，19]。同样，在SIRT1缺失情况下，慢性饮食限制不能延长在小鼠寿命[78]。与sirtuins作为营养感受器功能相一致，小鼠sirtuins可广泛调节代谢和应激通路，通过某些意想不到的方式对饮食限制作出反应。
线粒体呼吸抑制
针对酵母、线虫、果蝇和小鼠在内的各类物种，温和的线粒体呼吸抑制均可延长寿命[19-21，79，80]。这与饮食限制通过增强线粒体呼吸延长寿命相矛盾；但增强与抑制线粒体呼吸均延长寿命，可能有各自不同的原因。与此观点相一致，饮食限制可增强对环境应激的耐受[3]，而抑制呼吸则否[19，81]。总体来讲，上述发现可以解释自然界的一个典型现象：哺乳类代谢率（随体积而降低）与寿命（大致随体积而升高）之间存在一般的联系。大型哺乳类寿命较长，部分原因可能在于其代谢率较低。这一规律也有例外的情况，但并不能推翻这一假说；因为例外的情况，可以通过其他的寿命通路效应得以解释。例如，小型犬寿命长于大型犬，是由于前者IGF-1水平较低。
在酵母、线虫和哺乳类细胞，抑制线粒体呼吸可激活一个保守的核基因表达反应，称为“逆行反应”（retrograde response）。此种反应可上调相应基因以激活其它的能量生成通路和细胞保护通路。在酵母和线虫，某种突变可抑制产生总体或个别逆行反应的基因，从而抑制该突变体寿命延长[82，83]。因此，抑制线粒体呼吸（类似于上述扰动）也可促发长寿效应。线虫（奇怪的是，并非果蝇）发育期间必须通过抑制线粒体呼吸以延长寿命[19，81]，提示某种事件相关的分子记忆已经建立。相似的情形在小鼠可能同样存在[80]。另外，至少在果蝇，单独抑制神经元线粒体呼吸可延长寿命[21]，再次提示这是一种细胞非自主性调节反应。
来自生殖系统的信号
从生理角度来讲，动物体必须就如何调配自身资源“作出选择”。是否这意味着动物体必须在生殖与长寿之间进行权衡?支持这一观点的事实是，某些物种个体交配后迅速死亡，或交配导致寿命缩短。同样，胰岛素/IGF-1强突变体的生殖反应会延迟或减弱[19]。然而，近期的许多实例显示，轻微抑制或不抑制生殖也能实现寿命延长[19]。胰岛素/IGF-1通路弱突变体可延长寿命，但对生殖几无影响。（实际上，在生命不同阶段，这一通路对生殖和寿命具有特定的效应。）并且，某些长寿突变体较正常个体有更多的后代。在自然界，被过度捕食的孔雀鱼（guppy）在去除捕食者后，就会既长寿又多产，不同于无捕食者的自然生长孔雀鱼。因此，长寿的实现并不以影响生殖为代价。
在线虫，完全去除其生殖系统并不能延长寿命，反证不存在寿命与生殖之间简单的取舍关系。即便如此，生殖系统信号的确影响寿命[18，19，84]（图5）。在去除动物体的生殖细胞（并非机体的生殖组织）后，其寿命可延长约60%。因此，“虚空性腺”（emptygonad）可延长寿命。或许这一现象能够协调动物衰老的程度和生殖的时机：如果生殖细胞系还在“准备”，则动物体将处于衰老前的“等待”。这一途径也可能具有古老的起源，因为在果蝇和线虫成年期，该途径可迫使生殖细胞系干细胞退出有丝分裂期，进入减数分裂期，从而实现寿命的延长。[18，19，85]。并且，FOXO（为延长线虫寿命所需要）活性在上述两种情况下均有所增强。
图5 生殖系统信号途径的寿命调控模式
如果去除线虫生殖细胞但保留其机体生殖组织，线虫寿命能够延长。这一寿命延长模式有赖于DAF-12核激素受体、合成DAF-12配体的基因、DAF-16/FOXO、KRI-1[一种保守的锚蛋白重复序列（ankyrin-repeat）蛋白]和TCER-1（推测为一种转录延伸因子）。生殖细胞系的缺失会诱发小肠细胞（也是线虫的脂肪组织）DAF-16的核聚集，并上调TCER-1的表达。这两类事件均需要小肠蛋白KRI-1的参与。DAF-16的定位（localization）（并非TCER-1的上调）部分需要DAF-12依赖性类固醇信号，故认为DAF-12类固醇信号连同其他未知因子，将线虫的生殖状态信息传递到小肠。TCER-1为线虫的特异性DAF-16依赖性基因表达所需要，提示TCER-1可延长mRNA（其表达由DAF-16所引发）。有趣的是，daf-2/胰岛素/IGF-1通路突变体实现长寿，并不依赖于KRI-1、TCER-1、DAF-12的参与。某一编码脂肪酶的DAF-16转录靶点，参与实现寿命延长。由于小肠DAF-16功能可充分实现线虫整体的寿命延长，因此该脂肪酶所产生下游信号，可能会促发其他组织的寿命延长通路。
缺失生殖细胞系的线虫，可经由某一新机制激活DAF-16/FOXO[18]。生殖细胞系缺失（并不抑制胰岛素/IGF-1信号通路）还可促发正常的DAF-16靶基因表达并延长寿命，这一过程需要KPI-1[一种衔接蛋白（adaptor）]和TCER-1[一种转录延伸/剪接因子同系物（elongation/splicing factor homologue）]的参与。生殖细胞系缺失可进一步大幅延长长寿daf-2突变体的寿命，提示生殖系统通路与daf-2通路之间可能产生叠加效应。因此，随着对生殖系统通路知晓程度的加深，可望揭示能更有力地激活DAF-16/FOXO的新途径。通过类固醇信号系统，或者通过某未知信号激活tcer-1基因表达，生殖细胞系缺失可影响机体其他部位。虽然正常情况下此长寿通路与生殖细胞系相耦合，但也可将两者分割开来。例如，TCER-1过表达可延长寿命，而动物体免于损伤，生殖功能完好。
在DAF-16正常调控脂肪酶基因情况下，线虫生殖细胞系缺失可使其寿命延长[18，28]。生殖细胞系通路中脂肪代谢的作用尚不清楚，最大的可能是：在这一通路中，DAF-16主要作用于小肠（也是线虫的脂肪组织），从而实现寿命延长[18]。去除生殖细胞系可引发小肠DAF-16上调脂肪酶，后者实现寿命延长。这一信号通路可改变小肠/脂肪组织DAF-16活性，从而影响其他组织的寿命（图5），而脂肪酶可能为该通路的一部分。
尚不清楚在哺乳类是否存在类似通路，但哺乳类生殖系统可影响寿命。如将年轻小鼠卵巢移植给老年小鼠，则受体的寿命延长[18，19]。人类女性伴随衰老会自然丢失生殖细胞。有趣的是，将人类机体卵巢组织一并去除，各种因素所致死亡率将会增加[86]。上述现象与线虫的情形不只具有表面相似性，这一结论虽然不能很快认定，但总让人期待。
端粒
由于端粒长度随年龄增加而缩短，故而将端粒作为候选的衰老决定因子。端粒本身的确会发挥作用，但是通过一种独特的方式来实现。如小鼠经设计产生较长端粒，则其寿命也可延长[87]。然而，要实现小鼠长寿，还需对其进行基因修饰以抵抗肿瘤。这就需要设置端粒介导的寿命延长模式，有别于上文讨论的其他寿命延长模式。饮食限制、营养感受器扰动和降低线粒体呼吸，均可抑制肿瘤形成[19，88]。（进化过程中延长寿命的突变也可延迟肿瘤发生，因为在不同物种，肿瘤的发病与生理性衰老密切相关。）总之，上述发现提示，通过将动物转化到保护性生理状态的方式，端粒的延长并不能实现寿命的延长。相反的是，端粒的延长可能在于其他方面的原因，例如阻止干细胞的丢失[87]。感兴趣的是，如果端粒延长，再联合饮食限制或营养感受器突变，是否会出现极度长寿个体（不发生肿瘤？）。
未知因素
在衰老的多个角度，依然存在相当多的疑问。其中首要的问题就是，导致衰老的因素是什么？
衰老的原因
伴随衰老，蛋白质稳态降低，损害积聚。因此，大分子受损导致衰老的观点似乎不言而喻；在近期的一次衰老学术会议上，该领域的研究人士举手表决，大多数人赞成上述观点。但我们并不知道确切的原因。如果这一观点正确，导致衰老的具体损害是什么？首选活性氧（ROS）造成的损害，ROS主要由线粒体呼吸产生。很多长寿突变体可耐受氧化应激，长寿哺乳动物细胞倾向于更能耐受应激（经细胞培养验证）[19]。然而，毕竟线粒体呼吸链的起源相当古老，可以想象，调控ROS的机制将进化到非常精细的程度。早期注意到，酵母细胞分裂时，可将羰基化蛋白（由ROS所致）隔离到母细胞[67]，胚胎干细胞分化时，羰基化蛋白水平降低[89]。同样，在生殖细胞系生殖过程中，缺陷线粒体DNA会被剔除（相关质控机制所知甚少）[90，91]。
关于ROS在衰老过程中的作用，观点众说纷纭，或许需要思维模式的转换[92]。首先，少量ROS对人体有益（过量当然有害）。比如，低水平的胡桃醌（juglone）可产生ROS，也可延长线虫寿命[15]。2-脱氧葡萄糖（2-deoxyglucose）（抑制糖酵解）可激活线虫AMP激酶；不出所料，线虫寿命得以延长。2-脱氧葡萄糖也可增加ROS，同时抗氧化剂基因表达增加；但是同时施加抗氧化剂和2-脱氧葡萄糖，并不延长线虫寿命[93]。因此，2-脱氧葡萄糖导致ROS生成，在寿命延长过程中具有关键作用。在人类，锻炼可激活AMP激酶，后者刺激血糖摄取；抗氧化剂可抑制血糖摄取，提示ROS也针对血糖发挥作用。抗氧化剂超氧化物歧化酶（SOD）过表达，可延长果蝇寿命；但SOD也可促发诸多FOXO靶基因的表达，提示前者可能针对某一信号通路。与此观点相吻合，神经元特异性表达SOD，足以延长果蝇寿命，提示存在细胞非自主性信号通路。SOD基因失效会增强氧化损伤，但并不缩短寿命[19，92]，甚至能够延长寿命。相反，抗氧化剂可降低氧化损伤水平，但并不能延长寿命。虽然多种不同突变体的应激耐受性与寿命之间存在相关性，但两者之间有时并不无耦合关系[19，92]。上述发现并不能驳倒分子损伤导致衰老的观点。事实上，之所以这一假说难以被推翻，因为总会有人提出各种形式的损害，并将其作为“真凶”。至少，如果能够发现某种损害增加或减少与突变体（至少一个物种）寿命相关，也是可喜的。
时间点（time points）
时光流逝，转眼间我们要戴上眼镜，随后女性进入绝经期，脂肪重新分布。发生在人类身上的这些变化的原因是什么？原因可能是，衰老速率调节因子（rate-of-ageing regulator）水平下降，并达到某一阈值，从而促发不同的衰老表现。在线虫，已确定某些基因表达水平会随增龄发生变化，其中很多基因均具有GATA因子结合位点[94]，该位点也可与DAF-16/FOXO结合[29]。在中年期，DAF-16受lin-4（一种microRNA）调节，后者在生长早期调控适时发育[95]。是否这种microRNA（或其他）会随时间推移而改变DAF-16或GATA因子水平，进而影响生命的进程？在酵母[68]和小鼠[96]，sirtuin活性及sirtuin依赖性染色质修饰会随增龄而下降；至少在酵母，这一改变会缩短寿命。在哺乳类，循环的Wnt信号蛋白水平随增龄而增加，可促发肌肉干细胞的衰老[97]。
随着调节分子水平的变化，还会促发哪些衰老相关事件？再进一步，哪些因素可以改变上述调节分子？第二个问题的简易回答是，由分子损伤所致蛋白稳态降低所造成。另一种回答是，调节分子水平潜在受到暂时调节性级联通路（temporal regulatory cascade）的限制，后者一定程度上类似于昼夜节律（circadian rhythms）的各个系统。而各系统实际上也是上述调节机制的候选因素，因为昼夜节律相关转录因子突变小鼠会过早衰老[98]。
中止衰老的进程
有报道，一名17岁女孩仍处于婴儿状态[99]。何种因素中止了她的生长和发育？她是否也会衰老？她可能会带给我们全新的答案。
或然性（chance）
除了基因和环境，还有另外的因素影响衰老：或然性（机会，chance）[26]。同基因线虫或小鼠，在同样的环境下，并不具有同样的寿命；这可以解释，为什么人口寿命呈平滑曲线而非尖锐棱角。随机事件（如代谢损伤或调节基因表达的噪声）会触发表观遗传学改变，或者对运转中的事件链施加影响，从而促进衰老。一种研究随机因素影响寿命的方法是，首先确定某个生命早期的标志物，可以用于预测随后的衰老速度；然后按照此标志物对动物进行分组，发现不同组动物之间的差异；最终建立并验证某项假说。上述方案似乎可行：例如，线虫衰老早期运动功能下降率可预测其寿命[100]；又如，AMP/ATP比值随增龄而升高[14]；还有，热冲击（heat shock）可延长线虫寿命，而因此发生最强转录反应的个体寿命最长[101]。由于或然性具有潜在的巨大效应可影响寿命，阐明其作用机制的意义重大。
大幅延长寿命
抑制线粒体呼吸可使daf-2突变长寿线虫寿命再加倍；激活daf-2突变线虫的生殖系统长寿通路，可将寿命延长6倍[19]。完全敲除胰岛素/IGF-1通路的PI（3）K，可使线虫先进入多尔阶段后再退出，再继续发育成成虫，最终寿命较正常线虫延长10倍[102]。小鼠倾向于中等程度延长寿命，但联合应用基因突变和饮食限制，可使其寿命几乎加倍[34]。寿命大幅延长是何原因？是否附加的不同长寿途径可产生会聚效应，共同作用于同一种长寿效应器？若是，那么只有针对这种超长寿命动物，某种中等程度延长寿命的机制（仅改变某一通路）才会进一步放大。也就是说，不同的延长寿命途径具有不同的机制，可以预期各途径联合起来产生的集聚效应，将导致寿命的大幅延长。
进化过程使寿命呈现丰富的多样性。例如，大鼠和松鼠寿命分别为3年和25年。实际上，寿命可能是一个“易于进化”（easily evolvable）的特征，所以昆虫、鸟类和哺乳类的寿命或长或短。是否调节基因的突变已能够迅速实现寿命延长？已知的是，IGF-1基因突变可延长小型犬寿命；似乎可以假设，影响线粒体呼吸的突变，会促进大型哺乳类寿命延长。在进一步的研究中，可更多地将实验室突变与长寿的进化因素相结合，以揭示是否进化因素通过某种未知途径，同样能够延长寿命。
展望人类寿命的干预
目前来看，延长人类寿命还只是神话传说的素材，而非科学。原因何在？可能是还没有参照物能激发我们抗拒保守的天性吧！因为没有可以飞到月球、发明Twitter和欣赏歌剧的300岁高龄生物。还有，产生延长寿命想法的同时，必然伴随各方面的取舍。不过反对者回避的问题是，我们智慧的人类如何获得我们的自然寿命。
目前已知，长寿实现并不以牺牲健康为代价；有效的参照物有健康长寿的线虫、果蝇和小鼠。人群中也已发现有FOXO变异型。实际上，人类已拥有可能延长寿命的药物。雷帕霉素（一种TOR抑制剂）即使应用于小鼠生命晚期，也可延长其寿命。
由于美国食品药品管理局（FDA）未将衰老作为适应症（主治病症），至少在目前美国批准影响衰老的药物，仅在该药治疗某种疾病情况下。由于诸多增龄性疾病在长寿突变体延迟发生，所以延缓衰老药物可以通过这一途径获得批准。雷帕霉素已经批准人体应用，但其具有的免疫抑制作用，可能会阻止延长寿命效应。另一种批准的药物，预计可以消除导致哈钦森-吉尔福特早老症（Hutchinson–Gilford progeria）的畸变核纤层蛋白（aberrant nuclear lamin）[103]。有趣的是，在正常衰老过程中，畸变核纤层蛋白也会增加，提示常人使用该药可能会延缓衰老。以胆固醇酯转运蛋白（cholesterol-ester transport protein）为靶点的药物尚处于临床试验阶段，该类药物应用于降低血管风险，但其抑制功能可在基因水平发挥延长寿命作用[104]。另一方面，目前正在研发的针对增龄性疾病的药物，如治疗恶性肿瘤的IGF-1通路抑制剂，也可能会延缓衰老、延长寿命。总之，这些药物的实际功效还并不清楚，由于诸多的应激和营养感受器是必需的，所以这些药物可能还会有严重的副作用。尽管如此，即便我们已经理解了衰老，还是有理由想象，在未来进化过程中仍会有延长寿命的突变出现；如果确实是那样，模拟相应效应的药物也应该会发挥作用。
参考文献
1. Colman, R. J. et al. Dietaryrestriction delays disease onset and mortality in rhesus monkeys. Science325, 201–204 （2009）.
2. Mair, W., Goymer, P., Pletcher, S. D. & Partridge,L. Demography of dietary restriction and death in Drosophila.Science301, 1731–1733（2003）.
3. Hansen, M. et al. Lifespanextension by conditions that inhibit translation in Caenorhabditis elegans.Aging Cell6, 95–110（2007）.
4. Kaeberlein, M. et al. Regulationof yeast replicative life span by TOR and Sch9 in response to nutrients.Science310, 1193–1196（2005）.
5. Kapahi, P. et al. Regulationof lifespan in Drosophila by modulation of genes in the TOR signaling pathway.Curr. Biol.14,885–890 （2004）.
6. Greer, E. L. et al. An AMPK–FOXOpathway mediates longevity induced by a novel method of dietary restriction in C.elegans. Curr. Biol.17, 1646–1656 （2007）.
7. Rogina, B. & Helfand, S. L. Sir2mediates longevity in the fly through a pathway related to calorie restriction.Proc. Natl Acad. Sci. USA101, 15998–16003 （2004）.
8. Li, Y., Xu, W., McBurney, M. W. & Longo, V. D.SirT1 inhibition reduces IGF-I/IRS-2/Ras/ERK1/2 signaling and protectsneurons. Cell Metab.8, 38–48 （2008）.
9. Honjoh, S., Yamamoto, T., Uno, M. & Nishida, E.Signalling through RHEB-1 mediates intermittent fasting-inducedlongevity in C. elegans. Nature457, 726–730 （2009）.
10. Arum, O., Bonkowski, M. S., Rocha, J. S. & Bartke,A. The growth hormone receptor gene-disrupted （GHR-KO）mouse fails to respond to an intermittent fasting （IF）diet. Aging Cell8, 756–760（2009）.
11. Greer, E. L. & Brunet, A. Differentdietary restriction regimens extend lifespan by both independent and overlappinggenetic pathways in C. elegans. Aging Cell8, 113–127 （2009）.
This paper shows that differentpathways extend lifespan in response to different methods of dietary restriction.
本篇文献显示，不同饮食限制方法通过不同的通路实现寿命延长
12. Shama, S., Lai, C. Y., Antoniazzi, J. M., Jiang, J.C. & Jazwinski, S. M. Heat stress-induced life span extensionin yeast. Exp. Cell Res.245, 379–388 （1998）.
13. Lithgow, G. J., White, T. M., Melov, S. & Johnson,T. E. Thermotolerance and extended life-span conferred by single-genemutations and induced by thermal stress. Proc. NatlAcad. Sci. USA92, 7540–7544 （1995）.
14. Apfeld, J., O'Connor, G., McDonagh, T., DiStefano,P. S. & Curtis, R. The AMP-activated protein kinase AAK-2 linksenergy levels and insulin-like signals to lifespan in C. elegans.Genes Dev.18, 3004–3009（2004）.
15. Heidlelr, T., Hartwig, K., Daniel, H. & Wenzel,U. Caenorhabditis elegans lifespan extension caused by treatmentwith an orally active ROS-generator is dependent on DAF-16 and SIR-2.1. Biogerontology doi:10.1007/s10522-009-9239-x （2009）.
16. Alcedo, J., Maier, W. & Ch'ng, Q. in Protein Metabolism and Homeostasis in Aging（ed. Tavernarakis, N.）（Landes Bioscience, 2010）; available at <>.
17. Lee, S. J. & Kenyon, C. Regulationof the longevity response to temperature by thermosensory neurons in Caenorhabditiselegans. Curr. Biol.19, 715–722 （2009）.
18. Kenyon, C. A pathway that links reproductivestatus to lifespan in Caenorhabditis elegans. Ann. NY Acad. Sci.（in the press）.
19. Kenyon, C. The plasticity of aging:insights from long-lived mutants. Cell120, 449–460 （2005）.
Most of the pioneering studiesin the field are cited in this review.
本篇综述引用了本领域大多数的开创性研究。
20. Dell'agnello, C. et al. Increasedlongevity and refractoriness to Ca2+-dependent neurodegeneration in Surf1 knockout mice. Hum. Mol. Genet.16, 431–444（2007）.
21. Copeland, J. M. et al. Extensionof Drosophila life span by RNAi of the mitochondrial respiratory chain.Curr. Biol.19,1591–1598 （2009）.
22. Pan, K. Z. et al. Inhibitionof mRNA translation extends lifespan in Caenorhabditis elegans. Aging Cell6, 111–119（2007）.
23. Hamilton, B. et al. A systematicRNAi screen for longevity genes in C. elegans. Genes Dev.19, 1544–1555（2005）.
24. Syntichaki, P., Troulinaki, K. & Tavernarakis,N. eIF4E function in somatic cells modulates ageing in Caenorhabditiselegans. Nature445, 922–926 （2007）.
25. Garigan, D. et al. Geneticanalysis of tissue aging in Caenorhabditis elegans: a role for heat-shockfactor and bacterial proliferation. Genetics161, 1101–1112 （2002）.
26. Herndon, L. A. et al. Stochasticand genetic factors influence tissue-specific decline in ageing C. elegans.Nature419, 808–814（2002）.
This paper lays out a clearcase for stochastic determinants of ageing.
本篇文献列举了一个随机决定因素影响衰老的实例。
27. Tullet, J. M. et al. Directinhibition of the longevity-promoting factor SKN-1 by insulin-like signaling inC. elegans. Cell132, 1025–1038 （2008）.
28. Wang, M. C., O'Rourke, E. J. & Ruvkun, G. Fat metabolism links germline stem cells and longevity in C. elegans.Science322, 957–960（2008）.
29. Curran, S. P., Wu, X., Riedel, C. G. & Ruvkun,G. A soma-to-germline transformation in long-lived Caenorhabditiselegans mutants. Nature459, 1079–1084 （2009）.
30. Melendez, A. et al. Autophagygenes are essential for dauer development and life-span extension in C. elegans.Science301, 1387–1391（2003）.
This study first linked autophagyto lifespan extension.
此项研究首次将自噬与寿命延长相联系。
31. Hansen, M. et al. A role forautophagy in the extension of lifespan by dietary restriction in C. elegans.PLoS Genet.4, e24（2008）.
32. Murphy, C. T., Lee, S. J. & Kenyon, C. Tissue entrainment by feedback regulation of insulin gene expressionin the endoderm of Caenorhabditis elegans. Proc. Natl Acad. Sci. USA104,19046–19050 （2007）.
33. Bishop, N. A. & Guarente, L. Twoneurons mediate diet-restriction-induced longevity in C. elegans.Nature447, 545–549（2007）.
34. Bartke, A. Insulin and aging.Cell Cycle7, 3338–3343（2008）.
35. Yuan, R. et al. Aging in inbredstrains of mice: study design and interim report on median lifespans and circulatingIGF1 levels. Aging Cell8, 277–287 （2009）.
36. Kappeler, L. et al. Brain IGF-1receptors control mammalian growth and lifespan through a neuroendocrine mechanism.PLoS Biol.6, e254（2008）.
37. Selman, C. et al. Evidencefor lifespan extension and delayed age-related biomarkers in insulin receptor substrate1 null mice. FASEB J.22, 807–818 （2008）.
38. Suh, Y. et al. Functionallysignificant insulin-like growth factor I receptor mutations in centenarians.Proc. Natl Acad. Sci. USA105, 3438–3442 （2008）.
39. Kojima, T. et al. Associationanalysis between longevity in the Japanese population and polymorphic variants ofgenes involved in insulin and insulin-like growth factor 1 signaling pathways.Exp. Gerontol.39,1595–1598 （2004）.
40. Pawlikowska, L. et al. Associationof common genetic variation in the insulin/IGF1 signaling pathway with human longevity.Aging Cell8, 460–472（2009）.
41. Willcox, B. J. et al. FOXO3Agenotype is strongly associated with human longevity. Proc. Natl Acad. Sci. USA105,13987–13992 （2008）.
42. Anselmi, C. V. et al. Associationof the FOXO3A locus with extreme longevity in a southern Italian centenarian study.Rejuvenation Res.12,95–104 （2009）.
43. Flachsbart, F. et al. Associationof FOXO3A variation with human longevity confirmed in German centenarians.Proc. Natl Acad. Sci. USA106, 2700–2705 （2009）.
44. Li, Y. et al. Genetic associationof FOXO1A and FOXO3A with longevity trait in Han Chinese populations. Hum. Mol. Genet.18, 4897–4904（2009）.
45. Lunetta, K. L. et al. Geneticcorrelates of longevity and selected age-related phenotypes: a genome-wide associationstudy in the Framingham Study. BMC Med. Genet.8（suppl. 1）, S13 （2007）.
46. Kenyon, C., Chang, J., Gensch, E., Rudner, A. &Tabtiang, R. A. C. elegans mutant that lives twice as longas wild type. Nature366, 461–464 （1993）.
47. Clancy, D. J., Gems, D., Hafen, E., Leevers, S. J.& Partridge, L. Dietary restriction in long-lived dwarf flies.Science296, 319（2002）.
48. Grandison, R. C., Piper, M. D. & Partridge, L.Amino-acid imbalance explains extension of lifespan by dietaryrestriction in Drosophila. Nature462, 1061–1064 （2009）.
49. Kalaany, N. Y. & Sabatini, D. M. Tumors with PI3K activation are resistant to dietary restriction.Nature458, 725–731（2009）.
50. Libert, S. et al. Regulationof Drosophila life span by olfaction and food-derived odors. Science315, 1133–1137（2007）.
51. Lee, S.-J., Murphy, C. & Kenyon, C. Glucose shortens the lifespan of C. elegans by down-regulatingDAF-16/FOXO activity and aquaporin gene expression. Cell Metab.10, 379–391（2009）.
52. Jia, K., Chen, D. & Riddle, D. L. The TOR pathway interacts with the insulin signaling pathway to regulateC. elegans larval development, metabolism and life span. Development131, 3897–3906（2004）.
53. Vellai, T. et al. Genetics:influence of TOR kinase on lifespan in C. elegans. Nature426, 620 （2003）.
54. Harrison, D. E. et al. Rapamycinfed late in life extends lifespan in genetically heterogeneous mice. Nature460, 392–395 （2009）.
This is one of the most excitingdemonstrations of lifespan extension by a drug that inhibits a genetically definedlifespan pathway.
本文显示一种药物可通过抑制明确的遗传性寿命通路实现寿命延长, 这是最为激动人心的进展之一。
55. Sheaffer, K. L., Updike, D. L. & Mango, S. E. The target of rapamycin pathway antagonizes pha-4/FoxA to control developmentand aging. Curr. Biol.18, 1355–1364 （2008）.
56. Medvedik, O., Lamming, D. W., Kim, K. D. & Sinclair,D. A. MSN2 and MSN4 link calorie restriction and TOR to sirtuin-mediatedlifespan extension in Saccharomyces cerevisiae. PLoS Biol.5, e261 （2007）.
57. Zid, B. M. et al. 4E-BP extendslifespan upon dietary restriction by enhancing mitochondrial activity in Drosophila.Cell139, 149–160（2009）.
This study shows that selectivetranslation of respiratory-chain components contributes to lifespan extension byTOR inhibition and dietary restriction.
此项研究显示，通过TOR抑制和饮食限制，选择性转移线粒体呼吸链成分可促进寿命延长。
58. Selman, C. et al.Ribosomal protein S6 kinase 1 signaling regulates mammalian lifespan. Science326,140–144（2009）.
59. Steffen, K. K. et al. Yeastlife span extension by depletion of 60s ribosomal subunits is mediated by Gcn4.Cell133, 292–302（2008）.
60. Um, S. H. et al. Absence ofS6K1 protects against age- and diet-induced obesity while enhancing insulin sensitivity.Nature43, 200–205（2004）.
61. Toth, M. L. et al. Longevitypathways converge on autophagy genes to regulate life span in Caenorhabditis elegans.Autophagy4, 330–338（2008）.
62. Bjedov, I. et al. Mechanismsof life span extension by rapamycin in the fruit fly Drosophila melanogaster.Cell Metab.11,35–46 （2010）.
63. Anisimov, V. N. et al. Metforminslows down aging and extends life span of female SHR mice. Cell Cycle7, 2769–2773（2008）.
64. Lakowski, B. & Hekimi, S. Thegenetics of caloric restriction in Caenorhabditis elegans. Proc. Natl Acad. Sci. USA95,13091–13096 （1998）.
65. Panowski, S. H., Wolff, S., Aguilaniu, H., Durieux,J. & Dillin, A. PHA-4/Foxa mediates diet-restriction-inducedlongevity of C. elegans. Nature447, 550–555 （2007）.
66. Kaeberlein, M. & Powers, R. W. Sir2 and calorie restriction in yeast: a skeptical perspective.Ageing Res. Rev.6,128–140 （2007）.
67. Liu, B. et al. The polarisomeis required for segregation and retrograde transport of protein aggregates.Cell140, 257–267（2010）.
This paper investigates the Sir2-dependentmechanism of polarized segregation of damaged macromolecules to yeast mother cells.
这篇论文研究发现，酵母通过Sir2依赖性机制，将受损大分子极化隔离到母细胞。
68. Dang, W. et al. Histone H4lysine 16 acetylation regulates cellular lifespan. Nature459, 802–807 （2009）.
69. Berdichevsky, A., Viswanathan, M., Horvitz, H. R. &Guarente, L. C. elegans SIR-2.1 interacts with 14-3-3 proteinsto activate DAF-16 and extend life span. Cell125, 1165–1177 （2006）.
70. Hull-Thompson, J. et al. Controlof metabolic homeostasis by stress signaling is mediated by the lipocalin NLaz.PLoS Genet.4, e1000460（2009）.
71. Griswold, A., Chang, K. T., Runko, A. P., Knight, M.A. & Min, K. T. Sir2 mediates apoptosis through JNK-dependentpathways in Drosophila. Proc. Natl Acad. Sci.USA105, 8673–8678 （2008）.
72. Pearson, K. J. et al. Resveratroldelays age-related deterioration and mimics transcriptional aspects of dietary restrictionwithout extending life span. Cell Metab.8, 157–168 （2008）.
73. Beher, D. et al. Resveratrolis not a direct activator of SIRT1 enzyme activity. Chem. Biol. Drug Des.74,619–624 （2009）.
74. Viswanathan, M., Kim, S. K., Berdichevsky, A. &Guarente, L. A role for SIR-2.1 regulation of ER stress responsegenes in determining C. elegans life span. Dev. Cell9, 605–615 （2005）.
This is a powerful geneticdemonstration that resveratrol does not behave as a simple sirtuin activator.
这项研究从基因角度有力证明，白藜芦醇不只是sirtuin激活剂。
75. Smith, D. L. Jr et al. Calorierestriction effects on silencing and recombination at the yeast rDNA. Aging Cell8, 633–642（2009）.
76. Riesen, M. & Morgan, A. Calorierestriction reduces rDNA recombination independently of rDNA silencing. Aging Cell8, 624–632（2009）.
77. Wang, Y. & Tissenbaum, H. A. Overlappingand distinct functions for Caenorhabditis elegans SIR2 and DAF-16/FOXO.Mech. Ageing Dev.127,48–56 （2006）.
78. Li, Y., Xu, W., McBurney, M. W. & Longo, V. D.SirT1 inhibition reduces IGF-I/IRS-2/Ras/ERK1/2 signaling and protectsneurons. Cell Metab.8, 38–48 （2008）.
79. Kayser, E. B., Sedensky, M. M., Morgan, P. G. &Hoppel, C. L. Mitochondrial oxidative phosphorylation is defectivein the long-lived mutant clk-1. J. Biol. Chem.279, 54479–54486 （2004）.
80. Lapointe, J. & Hekimi, S. Earlymitochondrial dysfunction in long-lived Mclk1+/− mice. J. Biol. Chem.283,26217–26227 （2008）.
81. Rea, S. L., Ventura, N. & Johnson, T. E. Relationship between mitochondrial electron transport chain dysfunction,development, and life extension in Caenorhabditis elegans. PLoS Biol.5, e259 （2007）.
82. Kirchman, P. A., Kim, S., Lai, C. Y. & Jazwinski,S. M. Interorganelle signaling is a determinant of longevity inSaccharomyces cerevisiae. Genetics152, 179–190 （1999）.
83. Cristina, D., Cary, M., Lunceford, A., Clarke, C. &Kenyon, C. A regulated response to impaired respiration slows behavioralrates and increases lifespan in Caenorhabditis elegans. PLoS Genet.5, e1000450（2009）.
84. Hsin, H. & Kenyon, C. Signalsfrom the reproductive system regulate the lifespan of C. elegans.Nature399, 362–366（1999）.
85. Flatt, T. et al. Drosophilagerm-line modulation of insulin signaling and lifespan. Proc. Natl Acad. Sci. USA105,6368–6373 （2008）.
86. Parker, W. H. et al. Ovarianconservation at the time of hysterectomy and long-term health outcomes in the nurses'health study. Obstet. Gynecol.113, 1027–1037.
87. Tomas-Loba, A. et al. Telomerasereverse transcriptase delays aging in cancer-resistant mice. Cell135, 609–622 （2008）.
This paper demonstrates a'rate limiting' role for telomere length in mammalian longevity.
本文显示，存在针对端粒长度的“限速”（rate limiting）效应影响哺乳类寿命。
88. Pinkston, J. M., Garigan, D., Hansen, M. & Kenyon,C. Mutations that increase the lifespan of C. elegans inhibittumor growth. Science313, 971–975 （2006）.
89. Hernebring, M., Brolen, G., Aguilaniu, H., Semb, H.& Nystrom, T. Elimination of damaged proteins during differentiationof embryonic stem cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA103, 7700–7705 （2006）.
90. Fan, W. et al. A mouse modelof mitochondrial disease reveals germline selection against severe mtDNA mutations.Science319, 958–962（2008）.
91. Stewart, J. B. et al. Strongpurifying selection in transmission of mammalian mitochondrial DNA. PLoS Biol.6, e10 （2008）.
References 90 and 91 demonstratethe existence of a quality-control mechanism for inheritance of mitochondrial DNA.
文献90、91显示，存在针对线粒体DNA遗传的质控机制。
92. Gems, D. & Doonan, R.Antioxidant defense and aging in C. elegans: is the oxidativedamage theory of aging wrong?Cell Cycle8,1681–1687 （2009）.
93. Schulz, T. J. et al. Glucoserestriction extends Caenorhabditis elegans life span by inducing mitochondrialrespiration and increasing oxidative stress. CellMetab.6, 280–293 （2007）.
94. Budovskaya, Y. V. et al. Anelt-3/elt-5/elt-6 GATA transcription circuit guides aging inC. elegans. Cell134, 291–303 （2008）.
95. Boehm, M. & Slack, F. A developmentaltiming microRNA and its target regulate life span in C. elegans. Science310, 1954–1957（2005）.
This is the first demonstrationthat microRNAs affect ageing; interestingly, this microRNA also regulates the timingof developmental events.
本文首次显示，microRNA影响衰老;有趣的是，该microRNA也调节发育事件的时机选择。
96. Oberdoerffer, P. et al. SIRT1redistribution on chromatin promotes genomic stability but alters gene expressionduring aging. Cell135, 907–918 （2008）.
97. Brack, A. S. et al. IncreasedWnt signaling during aging alters muscle stem cell fate and increases fibrosis.Science317, 807–810（2007）.
98. Gachon, F., Olela, F. F., Schaad, O., Descombes, P.& Schibler, U. The circadian PAR-domain basic leucine zippertranscription factors DBP, TEF, and HLF modulate basal and inducible xenobioticdetoxification. Cell Metab.4, 25–36 （2006）.
99. Walker, R. F. et al. A casestudy of 'disorganized development' and its possible relevance to genetic determinantsof aging. Mech. Ageing Dev.130, 350–356 （2009）.
100. Hsu, A. L., Feng, Z., Hsieh, M. Y. & Xu, X. Z.Identification by machine vision of the rate of motor activitydecline as a lifespan predictor in C. elegans. Neurobiol. Aging30, 1498–1503（2008）.
101. Rea, S. L., Wu, D., Cypser, J. R., Vaupel, J. W. &Johnson, T. E. A stress-sensitive reporter predicts longevity inisogenic populations of Caenorhabditis elegans. Nature Genet.37, 894–898（2005）.
102. Ayyadevara, S. et al. C.elegans PI3K mutants reveal novel genes underlying exceptional stress resistanceand lifespan. Aging Cell8, 706–725 （2009）.
103. Davies, B. S., Fong, L. G., Yang, S. H., Coffinier,C. & Young, S. G. The posttranslational processing of prelaminA and disease. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet.10, 153–174 （2009）.
104. Barzilai, N. et al. Uniquelipoprotein phenotype and genotype associated with exceptional longevity.J. Am. Med. Assoc.290,2030–2040 （2003）.
志谢
因篇幅所限，部分工作未注明出处，谨致歉意。感谢本实验室成员J. Rine，B. Meyer，R. Losick 和原稿的评论和评审人员。
作者信息
复印和许可信息参见http：//www.nature.com/reprints。通信请与作者联系（Email：cynthia.kenyon@ucsf.edu）
利益冲突声明
作者声明存在经济利益冲突。
In this review, the first line of the Figure 2 legend inadvertently states that the arrows depict changes in gene expression. The correct statement is that the arrows depict changes in gene-product activity. In the section entitled ‘Inhibition of respiration’, the second sentence inadvertently states that perhaps increasing respiration extends lifespan for one reason and inhibits it for another. The correct statement is that perhaps increasing respiration extends lifespan for one reason, and inhibiting respiration extends lifespan for another. In Figure 5, the pathways involving the intestinal cell were incorrectly illustrated.
衰老遗传学（The genetics of ageing）.pdf
https://blog.sciencenet.cn/blog-426290-903253.html
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