生命盡頭的端粒密碼：壽命的極限會在哪？

出品：科普中國

作者：程藝青、章鵬（中國科學院合肥物質科學研究院 強磁場科學中心）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

據(jù)史書記載，秦始皇曾經為了能夠長生不老多次派方士去海外尋仙丹，漢武帝為求長生一再受騙卻仍執(zhí)迷不悟……不難看出，在中華文明數(shù)千年的歷史長河之中，一直充斥著一種對長生不老的無限向往與狂熱追求。

不論是帝王將相還是平民百姓，都渴求得到一種永生的辦法。不僅如此，流傳于人間的各種神話傳說，呈現(xiàn)在大眾視野的各種影視作品，甚至是生活中諸如“長命百歲”“壽比南山”這樣簡單溫馨的美好祝福也都映射出了人類對于“長生”的無限憧憬。

生老病死乃人之常情

（圖片來源：veer圖庫）

然而，了解故事結局的人都知道，那些追求長生不老的人最終都逃脫不了死亡的宿命。于是，人們慢慢接受了生老病死是一種自然發(fā)生的客觀規(guī)律，意識到長生不老這種有悖常理的事情只不過是一種不切實際的妄念。

細胞分裂的極限：人類壽命的終點

隨著時代的發(fā)展、科技的進步，人類開始以科學的角度重新觀察和審視這個世界?？茖W家們開始由表及里，探索生命內部的世界，也一步步揭開了有關生命的奧秘。實際上，不論是衰老還是死亡，這些生命現(xiàn)象的“自然發(fā)生”都有跡可循。

二十世紀60年代，Hayflick等科學家研究發(fā)現(xiàn)，正常人類的胚胎細胞的分裂次數(shù)存在上限，當分裂到一定次數(shù)之后細胞將停止分裂，人的生命也將結束。基于這個理論，人類壽命的極限大約是 120-150歲左右。

那么，為什么細胞會停止分裂呢？究竟是什么在限制著人類的壽命？

生命的時鐘——端粒

我們都知道，染色體是遺傳信息的重要載體，它能在每次細胞分裂過程中精準地將遺傳信息傳遞給子代細胞，也正是因為它的存在才能讓每個物種在保持自身獨特性的同時又能代代相傳，從而實現(xiàn)“種瓜得瓜，種豆得豆”，使得自然界的各個生物有條不紊地生生不息。因此，染色體對于生命的重要性就不言而喻了。

端粒

（圖片來源：veer圖庫）

端粒是細胞中染色體末端的一小段由DNA和蛋白質組成的結構，它們像帽子一樣蓋住并保護染色體的末端。端粒不僅保護著染色體的完整性，還控制著人體細胞的分裂周期。

現(xiàn)代分子生物學研究發(fā)現(xiàn)，每一次的細胞分裂都伴隨著染色體的復制，而每一次的染色體復制又會以損失一部分末端（即端粒部分）為代價。因此，隨著細胞分裂次數(shù)的增加，端粒變得越來越短，直至它們短到細胞無法再正常分裂，細胞將不再更新，只剩凋亡。所以現(xiàn)在科學界的主流觀點認為，端粒的長度指示了細胞衰老和死亡的進程，進而決定了人類的壽命。

衰老過程

（圖片來源：veer圖庫）

也就是說，沒有外傷和疾病的情況下，隨著端粒的逐漸縮短，人體會不斷衰老直至死亡。有研究表明，對于個體而言，端粒越長的人活得越久。極短的端粒長度與造血系統(tǒng)惡性腫瘤、心血管疾病、消化與呼吸系統(tǒng)疾病、藥物等引起的死亡息息相關。有趣的是，有科學家通過研究比較男性和女性的T淋巴細胞發(fā)現(xiàn)，端粒的平均長度還存在性別差異：女性的端粒長于男性，平均比男性“年輕”8歲。

兩種方法比較的男女T細胞端粒平均長度

（圖片來源：參考文獻[4]）

另外，除了先天性的因素會影響端粒的長度之外，后天的環(huán)境也會對其造成影響。例如有科學家研究發(fā)現(xiàn)，心理壓力也會導致端粒的損傷。由此可見，保持一個積極良好的生活心態(tài)對于健康和長壽來說也是十分重要的。那么，端?？梢员谎娱L嗎？

心理壓力導致的端粒損傷

（圖片來源：參考文獻[2]）

端粒酶——長壽的鑰匙？

事實上，早在2009年，幾位美國科學家在發(fā)現(xiàn)了端粒的同時，也發(fā)現(xiàn)了在體內存在一種可以催化延長端粒的物質——端粒酶。端粒酶是一種RNA-蛋白質復合體，以其自身攜帶的RNA為模板，通過逆轉錄過程可以實現(xiàn)對染色體末端DNA的延長。

人類端粒酶的催化核心葉(藍色)與組蛋白(粉色和棕色)和端粒DNA復合

（圖片來源：veer圖庫）

按理說，端粒酶的存在可以彌補端粒因細胞分裂而造成的損耗，使得細胞能夠無限分裂。然而，普通體細胞中的端粒酶活性很低，即端粒酶延長端粒的速度遠不及端粒被消耗的速度。這也就是為什么盡管人體內存在端粒酶，但它并不能阻止普通體細胞中端?？s短的大趨勢，也就無法使細胞永生了。

雖然普通體細胞中的端粒酶活性很低，但是還有些特殊的細胞，如胚胎細胞、生殖細胞中端粒酶的活性都很高，其中的端粒DNA并不隨細胞分裂次數(shù)的增加而縮短，具有無限增殖的能力。

那么是否可以通過某種方法激活普通體細胞中的端粒酶活性從而實現(xiàn)人體永生呢？

生命的抉擇：永生還是死亡？

事實上，人體中確實有些體細胞的端粒酶活性會突然增高從而實現(xiàn)了細胞的無限增殖——這就是癌細胞。沒錯，令人類聞風喪膽的癌細胞就是永生的。因此，如若將普通體細胞中端粒酶的活性激活，細胞將無限分裂并進一步發(fā)展成癌細胞，生長不受控制的癌細胞最終會發(fā)展成腫瘤，造成的結果就是：細胞永生了，人卻沒了。

帶有端粒的染色體

（圖片來源：veer圖庫）

從這個角度來看，端粒酶的活性在人類體細胞中受到限制，使得端粒在每一次細胞分裂過程中都在縮短，似乎為生命提供了一種限制腫瘤發(fā)生的天然機制，將癌細胞扼殺在搖籃中。

由此可見，人體內的各種運行機制都是十分精密的。端粒的正?？s短是人類保持健康很重要的一環(huán)，它們在限制細胞壽命和人體的壽命之間實現(xiàn)了必要的平衡，阻止了癌癥的發(fā)生，也讓生命有了壽命的限制。

目前看來，能不能在未來的某一天實現(xiàn)永生還是未知的，但能確定的是，科學家們一直在努力探求生命的真相。隨著科學家們對人類機體和端?？s短機制更深的研究以及醫(yī)療科技的不斷發(fā)展，人類的平均壽命一定會逐步延長。

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