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清除衰老细胞

约翰·斯皮克曼  发表于 2018年05月21日

3年前的7月,我的母亲去世了,在我父亲离世4年之后。当父母中第一位去世的时候,对子女是一次沉重的打击。然而,当父母中第二位去世时,情况还要糟糕得多,因为这时你要完成一项非常困难的任务,那就是整理他们一生中积攒的所有物品,然后决定哪些是有用的,哪些是有纪念意义的,以及哪些需要当作垃圾处理掉。

对我的家庭来说,我们用了一段时间才鼓起勇气来做这件事。然后,这一天真正到来了。我和一个姐姐来到父母自第二次世界大战以来就居住的房子里,在那里,我和姐姐们度过了整个童年时代。这其实是一座简朴的小房子。但是,房子里堆满了过去六十多年来我父母积攒的各种物品。很显然,我父母喜欢囤积东西,其中许多很可能是他们几十年前就该扔掉的。我曾经的卧室,早就变成了一个巨大的储物柜,我们在里面发现了一堆吸尘器,可以一直追溯到20世纪50年代。那些吸尘器全是坏的,仿佛在等待着有朝一日被修理好。在花园的棚屋里,我们还发现了一个二战时期的锡头盔,挂在一个钩子上,似乎正严阵以待下一场可能的入侵。我还发现了我整个中学时期所有的笔记本,也是一副尽职尽责的样子,期待我某天回来查阅球体体积的计算公式,或者提示我法国大革命的起因是什么。此外,屋子里还堆着一摞摞20世纪30年代以来的汽车杂志,里面讲述了一些我出生之前就已经停产了的汽车的维修方法。当我们把这些东西装满袋子拿去扔掉,刚开始时确实让人心烦意乱,尤其是我姐姐。然而,我们不能保留所有这些东西,再等到我们不可避免要离世的时候,让我们的子女来收拾。

尽管如此,与某些人相比,我父母的储物行为算是情节比较轻的。事实上,在2013年,极端储物行为也被列为心理精神障碍之一,与强迫症类似。美国有一个在2009年首播的电视节目,展现了一些极端储物者的日常生活。现在这个节目已经到了第8季,于20161月开播。这个电视节目的长期播出,凸显了具有这种精神障碍的人的魅力。如果你也看这个节目,真的会被这些极端储物者的家所震惊。相比之下,我父母的家简直就是极简主义的典范。那些人的房子被舍不得扔的报纸甚至经常是成袋的垃圾完全填满。最极端的例子之一可能是居住在美国康涅狄格州牛顿镇上一名男子的家,里面不但堆满了杂志、报纸、垃圾袋,还有将近300个装满尿液的5升大小的塑料桶(大约是2年的量)。我之所以说是“之一”,是因为还有比这更为极端的例子!。

在某种形式上,我们的身体和我们的房子很像,随着时间的推移,同样也会积累垃圾。这里的垃圾指的是衰老的细胞。其实,我们体内的细胞不断面临着各种来源的压力和损伤。面对这样的压力,细胞的反应有两种比较极端的形式:一种是完全复原,另一种是死亡并被清除掉。然而,对细胞来说,还有第三种比较不常见的选择,即通常会分裂的细胞(增殖细胞)停止增殖而进入一种永久的停滞状态。这种状态就叫做衰老。

半个世纪前,美国得克萨斯大学加尔维斯顿分校的学者莱昂纳多·海弗利克(Leonard Hayflick)发现了衰老的现象。海弗利克观察到,细胞在培养皿中生长时,一开始分裂得非常快,然而随后生长速度变缓,最终完全停止分裂。即使细胞仍然是活的,也会停止分裂,但依然能发挥正常功能。由于培养皿中尚有充足的营养素来支持细胞的生长,海弗利克提出一个假说,认为细胞能够分裂的次数是固定的,然后就进入衰老状态。在当时,这是一个革命性的观点,由于太具革命性以至于几乎不可能在学术期刊上发表。1999年,我在英国参加一个会议,会上海弗利克被英国衰老研究学会授予科恩爵士奖章。在获奖致辞时,海弗利克展示了他试图发表“细胞分裂次数是有限的”这一观点时收到的所有拒信的照片。在一次令他记忆深刻的拒绝后,期刊编辑甚至给海弗利克所在系的系主任写信,建议将海弗利克解雇,因为他的工作实在太差劲!终于在1965年,这项工作发表在《实验细胞研究》(Experimental Cell Research)杂志上,这是一个还不错的期刊,但算不上一流。海弗利克笑到了最后。迄今为止,他的论文已经被引用了超过3600次,在19611978年间发表的200万篇学术论文中位于被引频次的前100名。细胞进入衰老状态前能够分裂的次数也被称作“海弗利克极限”。

我们体内的细胞可能因为达到了海弗利克极限而衰老,但是一个更为常见的原因是它们受到了损伤。有学者认为,细胞进入衰老状态的一个原因其实是为了避免它们发展成为癌细胞。停止分裂的衰老细胞有点像我们家里的垃圾,它们散落各处,占据空间。随着人们的衰老,身体内衰老细胞的数量也越来越多,就如同我们家里会积攒越来越多逝去生活的纪念品一样。据推测,衰老组织中有超过15%的细胞属于衰老细胞。但是,衰老细胞和家中垃圾有一个很重要的区别。衰老细胞并不是老老实实地待在那儿不动,而是会对能引起它们死亡的信号产生耐受,并且发生一系列生理学上的变化,包括上调编码了许多分泌性蛋白的基因的表达等。21世纪初有几个研究小组分别发现了这种分泌行为,其中主要的一个是加利福尼亚巴克研究所的朱迪·卡姆皮斯(Judith Campisi)领导的研究组。分泌性蛋白的混合组成被叫作SASPthe Senescence Associated Secretory Phenotype,衰老相关的分泌表型)。这些SASP蛋白对周围非衰老细胞的功能有很大的影响。尤为突出的是,这些分泌性蛋白能扰乱正常的细胞,并促进癌前病变细胞的生长。这多少有点讽刺意味,因为如前文提到的,细胞进入衰老状态可能主要是为了阻止其朝癌细胞的方向发展。所以,虽然衰老细胞本身不能复制而变成癌症,但是能够加速它们周围的癌症的发展。如此看来,在衰老的过程中,衰老细胞远非我们的身体组织所携带着的善意旅客。实际上,这些衰老细胞可能恰恰是衰老本身的主要诱因。

那么,一个显而易见的问题是,如果我们把体内所有的衰老细胞都清除干净,后果会是什么?我们会活得更久吗?美国梅奥临床医学院癌症研究专家简·范德尔森(Jan van Deursen)教授领导的研究团队,刚刚完成了一项以小鼠为研究对象的实验,结果发表在20162月的《自然》(Nature)杂志上。这项研究首先要解决的一个难题是如何选择性地只杀死衰老细胞。他们的方法是通过插入一个基因对小鼠进行基因改造,插入的这个基因能被外源性注射的一种叫AP20187的药物激活。激活这个基因能导致衰老细胞自我破坏。研究人员先将小鼠养到中年(1岁),然后给一部分小鼠注射这种药物,一周两次。虽然不是100%有效,但确实能将衰老细胞的数量降低约60%。这种处理对小鼠身体的影响是显著的。接受能诱发衰老细胞死亡药物注射的小鼠,心脏和肾脏功能表现出显著的改善。并且,从行为学上观察,经此处理的小鼠,行为就像年轻得多的个体——更加活跃,在新环境中表现出更多的探索行为。此外,它们的寿命也更长。研究人员分别对两个品系雌雄两种性别的小鼠进行了测试。第一个品系中,衰老细胞清除和未清除小鼠的寿命(雌雄平均寿命)分别是793天和624天,前者的寿命延长了27%。第二个品系中,衰老细胞清除和未清除小鼠的寿命分别是866天和699天,前者的寿命延长了24%。范德尔森本人在媒体采访中也表示,仅仅移除60%的衰老细胞就能如此大幅度地延长寿命,他感到非常惊讶。

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图:虽然这两只小鼠的年龄相同,但右边那只显得更年轻,因为研究人员去除了它体内的衰老细胞。  图/Jan van Deursen,Darren Baker


 

回到人类的情形。中国人的平均寿命是75岁,如果24%27%的寿命延长能够在中国人群中复现,那么寿命将增加到94岁左右,也就是说每个人能多活19年。当然了,延长寿命并不是一切。我曾经在英国一个科学节上应邀为公众讲过延长寿命的科学策略。演讲结束时,一位敏锐的听众指出了一个重要问题,他说:“延长寿命的问题在于,生命所得到的额外时间总是叠加在生命的尽头。而那些时间并不是人们真正想要的。我们真正想要延长的是那些在‘人生中间’的岁月。”小鼠清除衰老细胞后生命得到了延长,与此同时,它们的健康和行为也有相应的改善,这一点非常重要。然而,还有一些与年龄相关的表现并没有变化。它们的记忆力、肌肉力量、身体协调性和平衡能力等与同龄未经处理的对照组小鼠相比,没有什么改善。因此,额外的寿命不完全算是增加到了“生命尽头”,但也不完全是在“生命中间”。

在人体中清除衰老细胞的现实性如何?毕竟小鼠需要首先进行基因工程改造,使得药物能够特异性地作用于衰老细胞。但显然这并非遥不可及。《自然》杂志上小鼠研究的领导者范德尔森,同时是一家名为“统一生物科技”公司(www.unitybiotechnology.com)的联合创始人,这家公司于《自然》文章发表的同一天成立,目标是通过清除衰老细胞来调控衰老。有意思的是,前文提到的朱迪·卡姆皮斯,即首先发现SASP现象的科学家之一,也是这个公司的科学联合创始人。显然,这家公司已经拥有一系列药物的知识产权,这些药物能在没有被基因工程改造的正常小鼠中有效地杀死衰老细胞。如果这些药物能被证实确实具有延长小鼠寿命和生命中的健康时间的作用,那么针对人群的初步临床研究也不会太遥远。也许,清理垃圾真能成为延长“生命中间”的岁月的最好策略。


(本文发表于《科学世界》2016年第5期)



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