从古代君王炼制丹药祈求长生不老,到17世纪女伯爵浴饮少女之血以永葆青春……从古至今,人们尝试了各种方法来对抗衰老。
这些方法现在看来或荒谬或残忍,如果那时候有一种方法可以测量实际的生理年龄、预测寿命,可能古代君王就不会因为汞中毒而送命,女伯爵也不会如此疯狂,少女不会枉死......
可喜的是,现代科学家们真的发明了能够测量生理年龄的“时钟”——表观遗传学时钟。
这个看起来可能有点熟悉又有点陌生的概念其实不难理解。首先,大家可能对“遗传”的概念比较熟悉,简单来说就是一套基因,我们称之为基因组,从父母传递给子女,这些基因可能决定了你的高矮胖瘦,可能决定了你会得某种遗传病,甚至可能决定了你更喜欢的饮食、更偏好的生活习惯等。但是我们的基因组能完全决定我们是什么样的人吗?
从很久以前,就有哲学家说“环境决定了你是什么样的人”,这一点在现代分子生物学中也得到了证明。这正是我们要谈论的“表观遗传学”。
表观遗传学发现,
在基因的序列(基因型)完全没有改变
(没有任何突变)的情况下,我们的一些外在表现(遗传学中称为表型)也会发生改变并且可以遗传给后代。
这是由于基因上被戴上了许多
“标签”
,
“甲基化”
就是其中的一种标签,它们就像开关一样可以决定基因是否在细胞中发挥作用。我们知道我们的身体是由许许多多的细胞井然有条地组成的,这些细胞都携带了相同的基因组,而正是因为不同的细胞中的这些“标签”不同,才决定了细胞最后不同的发展方向:有的发育为眼睛的细胞,有的发育为脑细胞,有的发育为肝细胞等等。
在正常人的一生中,基因型是无法改变的,但是这些基因所携带的“标签”却是可以由于环境的改变而改变的。
这些标签的改变不仅可以决定细胞的发育方向,也决定了我们会成为什么样的人。
其中最经典的研究就是“如何做一个优秀的鼠妈妈”实验:研究人员将基因型相同的大鼠分为两组,一组的鼠妈妈喜欢舔舐鼠宝宝表示关怀,另一组则对鼠宝宝置之不理。研究发现“关怀组”的鼠宝宝也会成长为关怀自己的宝宝好妈妈,而另一组的宝宝则成长为了对宝宝不管不理的“坏妈妈”,而且这一表型会一直遗传下去。当把两组的鼠宝宝交换时,鼠宝宝会成长为和新组的鼠妈妈一样的好妈妈或坏妈妈,这说明这一表型的遗传与基因型无关。
研究人员又对各组的鼠宝宝的大脑中与“关怀”相关的基因进行了研究,
发现“坏妈妈”组的基因序列虽然没有改变,但是基因上却多出来了很多“甲基化”标签,这些标签使得“关怀基因”不表达,导致了“坏妈妈”的出现
。
表观遗传还可以反映衰老的速度。
来自加州大学洛杉矶分校的生物统计学家Steve Horvath注意到,
甲基化和年龄之间存在某种联系
:随着年龄的增加,某些基因的甲基化增加了,而另一些基因的甲基化会减少,这处于一种
浮动的状态
。
在对大量样本进行机器学习后,Horvath教授发现
每个年龄可以对应一种特定的甲基化图谱
,并开发了
表观遗传学时钟
。令人惊讶的是,利用该时钟判断生理年龄的精度达到了98%以上。
有些人可能会问:我知道自己今年几岁,测量生理年龄又有什么用?
这可大有用途!在对不同样本进行检测后发现:正常人的生理年龄与日历年龄基本一致(正常衰老),艾滋病感染者、癌症患者的生理年龄大于日历年龄(加速衰老),百岁老人子女的生理年龄小于日历年龄(缓慢衰老)。
看出来了吗,
可以通过检测表观遗传时钟判断我们的衰老速度
!
所以如果服用丹药的古代君王使用这个工具检测了生理年龄,他就会发现:天啊,朕加加加加加速衰老了,命不久矣,马上停止炼制丹药!
(
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检测
了解如何
测量生理年龄
)
有些人可能又问了:我知道自己的年龄呀,测量这个所谓的生理年龄有什么用呀?
这可是大有用途!比如,在对不同样本用表观遗传学时钟进行生理年龄测量并与其日历年龄进行比较后发现:正常人的生理年龄与日历年龄基本一致(正常衰老),艾滋病感染者、癌症患者的生理年龄大于日历年龄(加速衰老),百岁老人的子女的生理年龄小于日历年龄(缓慢衰老)。
看出来了吗!
表观遗传学时钟可以判断我们的衰老速度
!
所以如果服用丹药的古代君王使用这个工具检测了自己的生理年龄,他就会发现!天啊,朕加加加加加速衰老了,命不久矣,马上停止炼制丹药!
当然我们不需要都去进行这种检测,但是科学家却可以使用这种工具来找出最佳的对抗衰老途径。现代生活中的抗衰老途径一般有:抗衰老药物、低热量膳食、运动、干细胞移植或干细胞治疗(我国临床尚未批准,仍处于临床前研究状态,值得期待)等等。哪种最有效呢,就可以利用这种时钟通过实验去判断了。
当然,我们不需要都去进行表观遗传时钟的检测,但是科学家却可以使用这种工具找出最佳的抗衰老方式。
饮食因素
关于饮食对表观遗传的影响,研究最多的就是“热量限制”。
在对表观遗传的影响方面,有研究发现,在限制热量的小鼠中年龄相关的甲基化改变被抑制。对恒河猴进行热量限制也可以阻止与年龄有关的DNA甲基化的变化。这些改变是热量限制抗衰老的又一机制。
控制热量摄入可以拨慢时钟,然而民以食为天,断食不是每个人都能做到的,怎么吃才能更青春呢?
一家专门致力于表观遗传的公司也真的应用这种时钟来对可能影响衰老的饮食进行了研究,他们发现,与不食用或少食用
家禽、鱼类、水果或蔬菜
的人相比,饮食结构中这四种食物占比更多的人确实衰老得更慢。而在这四种食物中又数鱼类在减慢衰老进程中最有效。
除此之外
α-和β-胡萝卜素、黄嘌呤
也与
减缓衰老
有关。有趣的是
橄榄油中富含的α-生育酚
可以
减缓衰
老
,而
大豆和花生油中的γ-生育酚
却被发现似乎与
加速衰老
有关。
图注:拨慢键:家禽、鱼类、水果、蔬菜、橄榄油(α-生育酚)、α-和β-胡萝卜素、黄嘌呤
令人惊讶的拨快键:大豆油、花生油(γ-生育酚)
药物
▶二甲双胍
:在用二甲双胍治疗的人类受试者中观察到了升高的SIRT1水平。SIRT1是去乙酰化酶,参与表观遗传。
▶亚精胺
:这是一种天然存在的多胺,可以保持组蛋白H3处于低缩醛化状态。多胺在酵母和人细胞老化过程中导致抗逆和细胞坏死率降低,延长果蝇、线虫和人细胞的寿命。
空气污染
暴露于空气污染中会调节表观遗传中的DNA甲基化,这些变化可能反过来影响炎症、疾病的发展和恶化风险。
一些与交通有关的空气污染成分,包括微粒物质(Pm)、黑碳(BC)、臭氧(O3)、氮氧化物(NOx)和多环芳烃(PAHs),都与DNA甲基化的变化有关,通常在暴露后会降低DNA甲基化。而且
这种影响是累积的
。
昼夜节律
生理节律与能量代谢产物和染色质的结构高度相关,扰乱昼夜节律对不同物种的健康和寿命有负面影响。具有最接近24小时的固有生理周期的小鼠比具有较短或更长的固有生理周期的同品系小鼠寿命更长,进一步突出表明生理节律对于寿命的重要性。
体育锻炼
定期的体育活动可以使全因死亡率降低30%,并与长寿有关,这可能是因为运动影响了染色质的动态。对人类来说,运动与增强AMPK活性、HDAC4和HDAC5的核排斥以及骨骼肌组织中的H3K36乙酰化相关。
除此之外,科研人员正尝试通过直接靶向表观遗传来延长模式生物和人类的寿命。比如通过对组蛋白的甲基化和乙酰化修饰的调节来增加模式生物的寿命,不过还没有实验表明这些实验结果可以推广至人类。
有了表观遗传学时钟,科学家就可以找到真正有效的抗衰老途径,让我们在永葆青春的道路上少走弯路。对于个体,其实表观遗传学时钟也可以预测寿命。虽然我们不能改变自己的基因,但是我们可以通过改变环境和生活习惯来改变我们的表观遗传,让我们自己甚至我们的后代都能够更加的年轻、长寿!
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