衰老是如何引起的？2013年，国际顶级期刊《Cell》上发表的一篇研究报告：衰老的标志（The Hallmarks of Aging）[1]。从细胞水平对衰老的标志作出明确划分，一共是9大类。随后，由于衰老研究领域涌现了许多新发现，提出9大衰老标识的原班人马重新集结，提出了新的12大衰老标识，分为基本标识（负面影响）、拮抗标识（低水平有益高水平有害）、综合标识（直接影响组织稳态和功能）三类[2]：

（1）基本标识：基因组不稳定（genomic instability）；端粒磨损（telomere attrition）；表观遗传改变（epigenetic alterations）；蛋白质稳态失衡（loss of proteostasis）；巨自噬失活（disabled macroautophagy）。

（2）拮抗标识：营养感应失调（deregulated nutrient-sensing）；线粒体功能障碍（mitochondrial dysfunction）；细胞衰老（cellular senescence）。

（3）综合标识：干细胞耗竭（stem cell exhaustion）；细胞间通讯改变（altered intercellular communication）；慢性炎症（chronic inflammation）；肠道微生物失调（dysbiosis）。

图1  2022年11月新的12大衰老标识

但是，衰老标识都不是孤立存在，而是牵一发而动全身，它们与8个健康标识、8个层次相互关联，具体关系如下图：

图2  12个衰老标识、8个健康标识、8个层次之间的关系

最近，笔者比较关注运动延缓衰老的一些研究资料，拟从以上关于衰老理论及运动对其影响来逐一探讨。首先，以分子生物学的端粒磨损为题作为第一篇先说。

端粒（Telomere）是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体，其短重复序列与结合蛋白一起构成了特殊的“帽子”结构，以保持染色体的完整性和控制细胞分裂周期。端粒的长度反映细胞复制史及复制潜能，被称作细胞寿命的“有丝分裂钟”。

在新细胞中，细胞每分裂一次，染色体顶端的端粒就缩短一次，当端粒不能再缩短时，细胞就无法继续分裂了。这时候细胞也就到了普遍认为的分裂100次的极限并开始死亡。因此，端粒被科学家们视为“生命时钟”。

早在1930年代，缪勒（Muller）和麦克林托克（Meclintock）等发现了端粒结构的存在。1978年，四膜虫的端粒结构首先被测定。1984年，分子生物学家在对单细胞生物进行研究后，发现了一种能维持端粒长度的端粒酶，并揭示了它在人体内的奇特作用：除了人类生殖细胞和部分体细胞外，端粒酶几乎对其他所有细胞不起作用，但它却能维持癌细胞端粒的长度，使其无限制扩增。1990年起，凯文·哈里（Calvin Harley）就把端粒与人体衰老挂上了钩：

第一、细胞愈老，其端粒长度愈短；细胞愈年轻，端粒愈长，端粒与细胞老化有关系。衰老细胞中的一些端粒丢失了大部分端粒重复序列。当细胞端粒的功能受损时，就出现衰老，而当端粒缩短至关键长度后，衰老加速，临近死亡。

第二、正常细胞端粒较短。细胞分裂会使端粒变短，分裂一次，缩短一点，就像磨损铁杆一样，如果磨损得只剩下一个残根时，细胞就接近衰老。细胞分裂一次其端粒的DNA丢失约30～200bp（碱基对）。

第三、研究发现，细胞中存在一种酶，它合成端粒。端粒的复制不能由经典的DNA聚合酶催化进行，而是由一种特殊的逆转录酶——端粒酶完成。端粒酶在正常人体细胞中检测不到，但在生殖细胞、睾丸、卵巢、胎盘及胎儿细胞中此酶为阳性，恶性肿瘤细胞具有高活性的端粒酶。

2009年，旧金山大学的伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth Blackburn）、约翰·霍普金斯医学院的卡罗尔·格雷德（Carol Greider）、哈佛医学院的杰克·绍斯塔克（Jack Szostak）等三位美国科学家，凭借“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”这一成果，揭开了人类衰老和罹患癌症等严重疾病的奥秘，获得了诺贝尔生理学或医学奖。

端粒长度的维持是细胞持续分裂的前提条件。在旺盛分裂或需要保持分裂潜能的细胞，如生殖细胞、干细胞和大多数癌细胞（约85%）中，端粒酶被激活，它在端粒末端添加端粒序列，保证这些细胞中端粒长度的稳定，维持细胞的持续分裂能力。

随着年龄的增长，我们的端粒会不断缩短。这是因为人体细胞处于不断分裂进程中的，细胞每分裂一次，位于细胞内的端粒就随之缩短一些，当端粒短到一定程度，细胞便无法再分裂，从而走向衰亡，人体便开始走向衰老。因此从根本上来说，保护端粒长度保持细胞活性是保持年轻的关键。

俗话常说“要长寿，多走路”“饭后走一走，能活九十九”，走路养生这一方式在民间广为流行。有趣的是，这一从古流传至今的长寿方式，如今被逐渐发现其背后的科学合理性。英国莱斯特大学科研团队通过实验证实，快步走能拉长端粒，延长寿命16年。2022年，他们在世界顶级科学刊物《Communications Biology》发表这一成果。在实验中，科研人员将英国生物样本库中40万名中年人列为实验对象，其平均年龄为56岁，这些实验对象佩戴专业腕带记录其运动数据。

科学家根据人体正常机能将步行速度定义为：慢速（每小时少于4.8公里）、中等速度（每小时4.8-6.4公里）和快速（每小时超过6.4公里）。最终从这些参与者的基因数据、腕带加速度计记录以及参与者自我报告的步行速度这三个方面的数据，分析得出实验结果，发现快步走的人端粒更长，快速步行者与慢性步行者端粒长度差异相当于16岁的生物年龄。

在另外一项研究中，研究人员测量了长跑运动员和经常做运动的人白细胞中染色体端粒的长度，并将其与相同年龄段、身体健康、从不吸烟但运动量很小的人作对比。

结果显示，前者与后者相比心率较慢，血压和胆固醇水平较低。不仅如此，前者比后者白细胞染色体端粒长度更长，且端粒酶活性更高，有助于保持端粒长度。研究负责人、德国萨尔大学临床和实验医学教授说：“这直接证明运动具有抗衰老作用。”

接下来的问题是，为了保持染色体端粒长度，人们需要多大运动量？是不是每个人都要把自己变成马拉松运动员？有没有硬性标准？

还有研究表明：每周只需3到5次持续40分钟的有氧运动，就能有效增加端粒长度。这项研究于2018年发表在Ageing Research Reviews（老化研究评论）期刊上，中文译作“有氧运动可延长端粒并减轻家庭照顾者的压力：一项随机对照试验——Curt Richter Award Paper 2018”。

为了探究有氧运动对护理人员（长期照顾生病家属的人）端粒酶水平和端粒长度变化的影响，研究人员进行了一项随机对照试验。他们将68名报告有高压力且缺乏体力活动的护理人员随机分配到高度监督的有氧运动干预组和对照组。

这些护理人员通常保持久坐不动的生活方式，长期处于压力之下，因此患疾病的风险很高。有观察报告表明护理人员的细胞衰老速度会加快，白细胞的端粒长度也比较短。

干预组每周完成约3-5次的40分钟有氧运动，共持续24周，每周120分钟有氧运动的坚持率实际高达81%。在干预前后，研究人员对参与者的平均白细胞端粒长度和外周血单个核细胞的端粒酶活性进行测量。结果发现，干预组和对照组的端粒酶活性随时间变化没有显著差异，但端粒长度随时间变化却呈现出显著差异。

此外，与对照组参与者相比，干预组参与者的体重指数和感知压力相对降低，心肺健康指数也相对增加。这说明在高度干预的情况下，有氧运动能明显延长端粒，从而改善健康指标，并减缓细胞老化。

参考文献

[1]López-Otín, C., Blasco, M., Partridge, L., Serrano, M., & Kroemer, G. (2023). Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell. doi: 10.1016/j.cell.2022.11.001

[2]López-Otín, C., Blasco, M., Partridge, L., Serrano, M., & Kroemer, G. (2013). The Hallmarks of Aging. Cell, 153(6), 1194-1217. doi: 10.1016/j.cell.2013.05.039