人类衰老的原因

  人为什么会衰老?这是千百年来人们一直在探索的奥秘。因为只有了解了衰老的原因和机制,才能有效地延缓衰老,所以有关衰老的学说比任何其他生物学过程的学说都多,兹择其主要者概述如下:

    众多有关衰老原因与机制的学说可分为二大类。

    一类学说认为衰老是机体生活过程中发生的不可逆损伤积累的结果,这些不可逆损伤包括:

    (1).差误蛋白质的合成(差误学说)  细胞在合成蛋白质时可能发生某些差误。有个别氨基酸错误地步人蛋白质的结构,从而形成差误蛋白质(errot-containing  protein)。在酶蛋白合成时有可能形成差误的聚合酶,由此而产生很多差误的蛋白质。差误蛋白质的大量堆积则造成“差误灾难”,导致细胞衰老与死亡。

    (2).生物大分子的交联  人体组织和细胞中有大量可发生交联反应的成分(蛋自质、核酸、脂质、胶原等)可以在交联因子的作用下发生交联反应。随着年龄的增长,这种交联不断增多。促进老化的常见交联因子是人体代谢过程中通过多种途径形成的甲醛、自由基(free  radica1)、过氧化脂质等。此外,吸烟和大气中的某些有害因子也有促进交联的作用。胶原的交联可阻塞营养补给和废物排出的通道,威胁细胞的生存。特别是象DNA,  RNA和细胞内蛋白质发生交联时,可成为细胞内巨大分子,既不能分解又不能排出,形成所谓细胞内“冻结代谢池(ftozen  metabolic  poo1)”而潴留于细胞内,危及细胞的正常代谢和功能。脂质本身的交联,特别是膜脂之间成膜脂与膜蛋白之间的交联,则可造成生物膜的结构和功能障碍,影响细胞的生命活动。

    (3).体细胞的突变  有人认为,机体的体细胞在从DNA一mRNA-蛋白质的转录和翻译过程中,由于某些原因所致的突变使蛋白质合成发生障碍,是衰老的原因。实验证明,老年小鼠肝细胞异常染色体比青年鼠为多。长寿系小鼠体细胞染色体畸变比短寿系有发展较慢。说明体细胞突变是衰老的一个重要因素。导致上述这些损伤的因素,一为来自宇宙射线及其他放射源产生的电离辐射,一为微环境中pH、温度及氧分压的意外变动以及自由基及过氧化物的损伤作用。

    自由基为带有非配对电子的分子或原子团。众所周知,组成机体的分子主要为H、C、O、N、P、S等原子的组合。可以RH代表之。R代表H以外的原子或原子团,两者间以共价键结合,而每一化学键均由一对电子组成,它们进行方向相反的自旋运动,如果共价化学键均裂则生成各带一个不成对电子的R·和H·,这种R·和H·称为自由基,用“·”表示。自由基为极活跃的基团,它可以和机体的其他成分(核酸、蛋白质、脂质)等发生反应,生成此类物质的氧化物或过氧化物。相应的自由基可诱发一系列连锁反应。如氧自由基可氧化不饱和脂肪酸,产生各种脂质自由基,而脂质自由基在损害生物膜的同时又与蛋白质相互作用产生蛋白质自由基,从而引起蛋白质变性。膜脂与膜蛋白的破坏可导致细胞的衰老与死亡。

    另一类学说则认为衰老是由遗传确定的一个有程序的过程(程序说)。

    各种生物寿命不同,同种生物寿命相近。如苍蝇寿命为30天,大鼠为3年,鲤鱼为10年,青蛙为15年,兔为20年,象为60年,人最长寿命约为110年,海龟为175年;松树为1000年。孪生子女寿命大体相同。寿命具有家族遗传关系等现象,说明遗传基因决定生物的寿命。每种生物的寿命都在遗传基因中按照出生、发育、成熟、衰老、死亡这一过程有序地进行。和其他生物一样,人从出生起就按照既定程序,随着时间的推移,一步一步经过生命的各个阶段终至衰老与死亡。犹如时钟一样,每种生物都有自己在遗传上规定的“时间计划”,故又称为“生物钟”。这种遗传程序是在物种进化过程中形成的,是限制个体生命的“工具”。从这个观点来看,世代的迅速交替比永不死亡的个体更具有积极的意义。它可以促进对生存条件更好的适应,避免物种的灭亡。

    这两类学说并不相互矛盾,他们互相联系,从微观与宏观两方面共同解释衰老的原因与机制。   

关于细胞衰老原因的假说

 以往人们对衰老的研究主要局限于生理学范畴,如观察到衰老时心脏搏出量减少,神经传导速率减缓,等等。近十余年来,随着细胞生物学和分子生物学的飞速发展,人们开始从分子层次探讨衰老的原因和本质。虽然衰老机制的研究是当今生命科学研究的一个热点领域,也取得了不少进展,但是由于衰老的原因非常复杂,许多研究至今还是停留在假说阶段。

  遗传决定学说 认为衰老是遗传上的程序化过程,其推动力和决定因素是基因组。控制生长发育和衰老的基因都在特定时期有序地开启或关闭。控制机体衰老的基因或许就是“衰老基因”。长寿者、早老症患者往往具有明显的家族性,后者已被证实是染色体隐性遗传病。这些都促使人们推测,衰老在一定程度上是由遗传决定的。

  氧化损伤学说 早在20世纪50年代,就有科学家提出衰老的自由基理论,以后该理论又不断发展。自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团,普遍存在于生物体内,种类多,数量大,是活性极高的过渡态中间产物。自由基的化学性质活泼,可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂质等大分子物质,造成氧化性损伤,结果导致DNA断裂、交联、碱基羟基化,蛋白质变性失活,膜脂中不饱和脂肪酸氧化而流动性降低。正常细胞内存在清除自由基的防御系统,包括酶系统和非酶系统,前者如超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT),谷胱甘肽过氧化物酶;非酶系统有维生素E,醌类物质等。实验证明,SOD与CAT的活性升高能延缓机体的衰老。研究人员将SOD与CAT基因导入果蝇,转基因果蝇中酶活性显著升高,平均年龄和最高寿限有所延长。但也有研究对SOD等抗氧化因子对衰老的影响提出质疑。例如,有学者将小鼠的谷胱甘肽过氧化物酶基因及SOD1、SOD2、SOD3基因中的一种剔除,结果并未引起衰老的加速。而且,人们在线虫中已发现至少两个与寿命延长相关的基因,它们都与抗氧化作用无关。

  端粒钟学说 端粒是染色体末端的一种特殊结构,其DNA由简单的重复序列组成。在细胞分裂过程中,端粒由于不能为DNA聚合酶完全复制而逐渐变短。1990年,科学家测定了不同年龄段人成纤维细胞染色体的端粒长度,结果发现端粒长度随年龄增长而下降;在体外培养的成纤维细胞中,端粒长度也随分裂次数的增加而下降。在这些研究基础上,科学家提出了端粒钟学说,认为端粒随着细胞的分裂不断缩短,当端粒长度缩短到一定阈值时,细胞就进入衰老过程。后来其他科学家又提出了更令人信服的证据。此外,对提前衰老的克隆羊多莉的研究发现,它的细胞中端粒的长度比同龄羊短20%。这些研究表明,端粒长度的确与衰老有着密切的关系。然而一些研究并不支持这一学说,例如,有研究发现某些小鼠终生保持较长的端粒,但并未因此获得较长的寿命。

  基因转录或翻译差错学说 随着年龄的增长,机体的细胞内不但DNA复制效率下降,而且常常发生核酸、蛋白质、酶等大分子的合成差错,这种与日俱增的差错最终导致细胞功能下降,并逐渐衰老、死亡。

  代谢废物累积学说 由于细胞功能下降,细胞一方面不能将代谢废物及时排出细胞,另一方面又不能将这些代谢废物降解消化,这些代谢废物越积越多,在细胞中占据的空间越来越大,影响细胞代谢废物的运输,以致于阻碍了细胞的正常生理功能,最终引起细胞的衰老。哺乳动物脂褐质的沉积是一个典型的例子。脂褐质是一些长寿命的蛋白质与DNA及脂质共价缩合形成的巨交联物,它主要在次级溶酶体中形成。由于脂褐质结构致密,不能被彻底水解,又不能排出细胞,结果在细胞内沉积增多,阻碍细胞的物质交流和信号传递,最后导致细胞衰老。老年性痴呆(AD)患者脑内的脂褐质、脑血管沉积物中均有β-淀粉样蛋白(β-AP),因此β-AP可做为AD的鉴定指标。

  有关衰老的假说还有很多。近年来,用线虫进行的发育程序与衰老关系的研究取得了显著进展。正常情况下,秀丽隐杆线虫在经历约4 d的幼虫期后进入成虫期,成虫期延续数周后即衰老死亡。但当幼虫遇到不良环境条件时,如虫口过密,食物短缺,幼虫将进入休眠状态达6个月之久;如果环境改善,又可以发育为成虫完成其生活史。遗传分析表明,有两类基因与休眠期幼虫的形成有关,一类是age1和daf2基因,另一类是daf16基因。age1和daf2的正常表达决定了正常的成虫发育;在不良环境里,daf16将表达并使幼虫向休眠期幼虫发育;在某些age1和daf2的突变体中,二者部分表达,其结果是既完成正常成虫的发育,又获得寿命的延长,可延长2~4倍。线虫的特殊发育模式引起研究者们的强烈兴趣,因为这关系到发育方向的决定和寿命的延长。

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