人體的壽命時(shí)鐘

李剛

美國(guó)科學(xué)家伊麗莎白·布萊克本、卡羅爾·格雷德和杰克·紹斯塔克憑借研究細(xì)胞老化的重大問(wèn)題，獲得了2009年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞分裂時(shí)，染色體如何完整地自我復(fù)制以及染色體如何受到保護(hù)免于退化。這一研究向我們展示了抗衰老、抗癌的新途徑——即依靠存在于染色體末端的端粒體和形成端粒的酶(端粒酶)。

一、端粒體和端粒酶影響細(xì)胞生命活動(dòng)

1遺傳基因的載體——染色體

在生物的細(xì)胞核中，有一種易被堿性染料染色的線(xiàn)狀物質(zhì)，故得名為染色體。染色體是由遺傳基因雙螺旋的DNA鏈形成的，只有在細(xì)胞分裂的時(shí)候，DNA才會(huì)“濃縮”擰在一起，形成雙螺旋的DNA鏈形結(jié)構(gòu)，而這兩條螺旋形的DNA鏈在細(xì)胞分裂的過(guò)程中，分別進(jìn)入兩個(gè)不同的細(xì)胞核里面，進(jìn)行復(fù)制、分裂，周而復(fù)始，連綿不斷。

正常人的細(xì)胞有23對(duì)染色體，它們對(duì)人類(lèi)生命具有重要意義，例如：決定男女性別的就是其中一對(duì)染色體。

2端粒體和端粒酶

(1)端粒體

端粒體位于染色體的兩端。它具有穩(wěn)定染色體末端結(jié)構(gòu)，防止染色體間末端連接的功能。有關(guān)專(zhuān)家形象地把端粒比喻成鞋帶兩頭的塑料套子，有了它，鞋帶頭就不會(huì)被磨損。

端粒體不僅與染色體的穩(wěn)定性密切相關(guān)，而且還涉及細(xì)胞的壽命、衰老與死亡等。簡(jiǎn)而言之，隨著年齡的增長(zhǎng)，端粒體逐漸受到“磨損”而變短，細(xì)胞就發(fā)生老化，它越來(lái)越短，直到最后短到無(wú)法分裂，生命就結(jié)束了。

(2)端粒酶

端粒酶是端粒體復(fù)制所必需的一種特殊的DNA聚合酶，它在正常人體細(xì)胞中沒(méi)有活性。端粒酶具有延長(zhǎng)端粒體，使端粒體的長(zhǎng)度及結(jié)構(gòu)得到穩(wěn)定的功能。在一般情況下，兒童的端粒酶活性很高，成人細(xì)胞內(nèi)的大部分端粒酶都在沉睡中待命(酶的活性處于抑制狀態(tài))，只有當(dāng)端粒體受到損傷的時(shí)候，端粒酶才被激活，它將端粒體修復(fù)好之后，繼續(xù)沉睡(又處于抑制狀態(tài))；當(dāng)端粒酶的活性減弱的時(shí)候，端粒體就會(huì)加速變短。端粒體太短會(huì)造成細(xì)胞的凋亡，同時(shí)引起染色體的不穩(wěn)定，染色體不穩(wěn)定而失去保護(hù)，容易受損造成基因突變，就變成了癌細(xì)胞。端粒酶活性低是不好的，但臨床發(fā)現(xiàn)，90％以上的惡性癌細(xì)胞內(nèi)的端粒酶活性都過(guò)高，較高的端粒酶活性會(huì)使癌細(xì)胞分裂無(wú)限生長(zhǎng)，四處轉(zhuǎn)移。因此，端粒酶的活性過(guò)高同樣也不好，關(guān)鍵是端粒體的功能正常，才能穩(wěn)定染色體，使它免受損害，不引起細(xì)胞基因突變。

研究發(fā)現(xiàn)，端粒酶不僅影響端粒體的長(zhǎng)短，還與細(xì)胞的分化密切相關(guān)。端粒體和端粒酶影響著細(xì)胞的一些最基本的生命活動(dòng)，包括分裂復(fù)制、凋亡以及分化，因此理解它們的機(jī)制，才能更好地開(kāi)展疾病的預(yù)防和治療。

二、端粒體是人體的壽命時(shí)鐘

1細(xì)胞的分裂造成端粒的磨損

細(xì)胞分裂是一個(gè)奇妙的過(guò)程，為了保持遺傳信息不變，每次分裂前染色體都要被復(fù)制，因復(fù)制過(guò)程的進(jìn)行，人體才能從微小的受精卵長(zhǎng)成成人，機(jī)體的傷口才可能愈合，新老細(xì)胞才能更換和新陳代謝，這就是人慢慢長(zhǎng)大的過(guò)程。但人的生長(zhǎng)不可能永無(wú)休止進(jìn)行下去，每一種細(xì)胞都有一定的壽命，它們?cè)诜至训揭欢ù鷶?shù)后，就會(huì)停止分裂，趨于死亡。

細(xì)胞之所以停止分裂，與端粒體的磨損有關(guān)?？茖W(xué)家對(duì)患有早衰綜合征的兒童的細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，其端粒體長(zhǎng)度與正常人相比，明顯變短，這與細(xì)胞的復(fù)制能力降低相關(guān)；對(duì)唐氏綜合征患者外周血淋巴細(xì)胞的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，端粒體的磨損程度是同齡正常人的3倍以上。

因此，當(dāng)人類(lèi)從胎兒到老人，在外觀(guān)和器官老化的同時(shí)，控制生命長(zhǎng)短的端粒體也在不斷地耗損，最終引起生命的死亡。所以端粒體是人體的壽命時(shí)鐘。

2端粒與衰老和癌癥的關(guān)系

端粒體的頂端是動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，正常細(xì)胞的端粒體隨衰老而縮短，細(xì)胞分裂時(shí)都會(huì)失去一部分端粒體片段，隨著年齡的增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂的端粒體長(zhǎng)度顯著縮短。端粒體的長(zhǎng)度決定細(xì)胞的壽命，隨著細(xì)胞不斷分裂，端粒的長(zhǎng)度越來(lái)越短，當(dāng)達(dá)到一個(gè)臨界長(zhǎng)度，細(xì)胞染色體即失去穩(wěn)定性，此時(shí)阻止細(xì)胞進(jìn)一步分裂的信號(hào)便發(fā)出，端粒酶不再具有活性，細(xì)胞也就喪失了無(wú)限增殖的能力而發(fā)生凋亡。所以，端粒體的長(zhǎng)度決定細(xì)胞的壽命。

但有少數(shù)細(xì)胞不死，獲得永生，此時(shí)端粒體雖短，但端粒酶卻處于激活狀態(tài)，它發(fā)揮合成端粒體的功能，補(bǔ)充正常的端粒體丟失。但是它仍達(dá)不到臨界長(zhǎng)度，此時(shí)這些細(xì)胞不能進(jìn)入正常的老化和衰亡，而是永久地分裂增殖，這就進(jìn)入腫瘤細(xì)胞的惡性增殖過(guò)程中，繼而腫瘤就發(fā)生了。因此，永生化是癌細(xì)胞所具有的特點(diǎn)。

綜上所述，端粒體、端粒酶和染色體與細(xì)胞衰老有關(guān)，但并非唯一的因素。生命衰老是一個(gè)非常復(fù)雜的進(jìn)程，它有許多不同的影響因素，端粒體是其中的重要因素。鑒于端粒體與端粒酶同衰老和癌癥有著密不可分的關(guān)系，科學(xué)家都在進(jìn)一步研究和探索它們之間存在的聯(lián)系和規(guī)律，以便更好地進(jìn)行癌癥的預(yù)防和治療。