人类寿命的基因调控 作者：雍飞龙昌一李上达王爽王怡然 摘要：在不考虑环境的影响条件下，人类寿命的长短在一定程度上由 基因决定，本文就将侧重讲解人类长寿基因对人类寿命的延长的决定 作用，通过基因预测人类寿命的可行性，以及转基因人类的可行性和 未来有可能产生的转基因人类带来的社会影响。 关键词：长寿基因基因预测人类寿命转基因人类 自古以来，长生不老就是无数人的梦想，无限的寿命意味着无限的能力和无 限的知识，然而即使在科技如此发达的今天，也没有人能够破解长寿的密码，我 们现在所研究的一切仅仅是站在长寿的门外所做的一些探索和假想，它的真实性 是值得怀疑的，当然所有的真理都是经过反复研究得到的，我们每提出一种错的 假设都让我们离真理更进一步，就像人类寿命的具体调控机制我们现在无从知 晓，但它必定与人类基因密不可分，因此，讨论人类寿命的基因影响是必要的。 1人类体内的两组长寿基因 1.1SR2基因家族基因 SR2基因家族的酶学活性和蛋白质结构虽然相当保守，但它们的蛋白质在亚 细胞定位和作用底物上各不相同，使得它们的功能是非常广泛的。 SR2基因家族在古细菌、模式植物、酵母菌、哺乳动物的体内都存在类似 同源基因，本文着重研究人类的SR2基因，因此把哺乳动物的该类基因作为重 点。哺乳动物有7个SIR2同源基因，非别命名为SRT1到SRT7,SIRT1,SRT6, SIRT7位于细胞核，SIRT3,SRT4,SIRT5位于线粒体，SIRT2定位于细胞质 中。SRT1的研究报道最多，他在调节细胞分化、代谢、细胞周期和细胞调亡等 过程中起到十分重要的作用。己知的SRT1的底物有：组蛋白、P53肿瘤抑制因 子、转录因子FOXO、AF168、Ku70和PGC-1a。研究发现SIRT1在体内的底物 并不具有序列或结构性特异作用，而是一种蛋白质与蛋白质之间的作用。SRT2 在心脏，脑，睾丸及骨骼肌中高度表达，其表达水平受细胞周期调节，在有丝分 裂期间SRT2的表达明显增强，在G2M转换时被磷酸化。研究表明，SRT2可
人类寿命的基因调控 作者：雍飞 龙昌一 李上达 王爽 王怡然 摘要：在不考虑环境的影响条件下，人类寿命的长短在一定程度上由 基因决定，本文就将侧重讲解人类长寿基因对人类寿命的延长的决定 作用，通过基因预测人类寿命的可行性，以及转基因人类的可行性和 未来有可能产生的转基因人类带来的社会影响。 关键词：长寿基因 基因预测 人类寿命 转基因人类 自古以来，长生不老就是无数人的梦想，无限的寿命意味着无限的能力和无 限的知识，然而即使在科技如此发达的今天，也没有人能够破解长寿的密码，我 们现在所研究的一切仅仅是站在长寿的门外所做的一些探索和假想，它的真实性 是值得怀疑的，当然所有的真理都是经过反复研究得到的，我们每提出一种错的 假设都让我们离真理更进一步，就像人类寿命的具体调控机制我们现在无从知 晓，但它必定与人类基因密不可分，因此，讨论人类寿命的基因影响是必要的。 1 人类体内的两组长寿基因 1.1 SIR2 基因家族基因 SIR2 基因家族的酶学活性和蛋白质结构虽然相当保守，但它们的蛋白质在亚 细胞定位和作用底物上各不相同，使得它们的功能是非常广泛的。 SIR2 基因家族在古细菌、模式植物、酵母菌、哺乳动物的体内都存在类似 同源基因，本文着重研究人类的 SIR2 基因，因此把哺乳动物的该类基因作为重 点。哺乳动物有 7 个 SIR2 同源基因，非别命名为 SIRT1 到 SIRT7,SIRT1，SIRT6， SIRT7 位于细胞核，SIRT3 ，SIRT4，SIRT5 位于线粒体，SIRT2 定位于细胞质 中。SIRT1 的研究报道最多，他在调节细胞分化、代谢、细胞周期和细胞凋亡等 过程中起到十分重要的作用。已知的 SIRT1 的底物有：组蛋白、P53 肿瘤抑制因 子、转录因子 FOXO、AF168、Ku70 和 PGC-1α。研究发现 SIRT1 在体内的底物 并不具有序列或结构性特异作用，而是一种蛋白质与蛋白质之间的作用。SIRT2 在心脏，脑，睾丸及骨骼肌中高度表达，其表达水平受细胞周期调节，在有丝分 裂期间 SIRT2 的表达明显增强，在 G2/M 转换时被磷酸化。研究表明，SIRT2 可
使α微管蛋白的第四十个赖氨酸去乙酰化，因此它是以微管蛋白为底物调节细胞 调节细胞分裂。SRT3在灰色脂肪组织中的表达，研究表明，饥饿和冷处理可以 上调SRT3的表达，它的持续性表达可能通过降低膜电势、增强细胞的呼吸作用 和抑制活性氧形成等过程，减少氧化损伤并延缓衰老。SRT5主要在心肌细胞和 成淋巴细胞中表达。SIRT6在多种组织中表达，可能与DNA修复有关。SIRT7 主要在血液与CD33+骨髓细胞中表达，在卵巢及骨骼肌中也有少量表达，功能 未知。 1.2 Klotho基因 Klotho(KI)基因是由Kuro-o等[1]在1997年研究自发性高血压时偶然发现的， 后确认K1otho基因缺失鼠(K1-/-)的表型类似人类的衰老表现，包括寿命缩短、动 脉硬化、皮肤肌肉萎缩、认知障碍、运动神经元受损、软组织钙化、听力下降、 骨质疏松[2~4]。反之，K1otho基因高表达可延长实验动物的寿命[2]，说明它是 一个衰老抑制基因。当KI表达异常时，出现一系列与衰老及与衰老密切相关的 疾病[5]，提示K1oho基因在衰老和衰老相关疾病的发生中起着重要作用。同时 在一些病理状态下，KI表达变化也和疾病的发展、预后密切相关。近年研究发 现，KI抗衰老的作用主要是通过抗氧化、抗调亡功能实现的，本文就这方面研 究作一综述。 K1基因1997年由Kuro-o等1]首先从表现为衰老的模型小鼠中克隆成功，随 后发现人和大鼠中也存在K1基因，且它们之间具有较高的同源性(83%)。K1基 因在人和小鼠中均定位于第13号染色体(13q12),基因全长50kb,包含5个外 显子，可通过选择性拼接产生两种蛋白产物上，一种为膜型K1蛋白，人的膜型 K1蛋白全长有1012个氨基酸残基（小鼠为1024个），为跨膜蛋白，该类型主要在 肾脏、胎盘、小肠和前列腺中表达：另一种为分泌型K1蛋白，人的分泌型K1蛋 白全长有549个氨基酸残基（小鼠为550个），该类型缺乏跨膜结构和胞内结构， 它以游离的形式发挥功能，在人的大脑、海马、胎盘、肾脏、前列腺和小肠等组 织中均检测到其存在，在血清中也检测到K1蛋白的存在[6]。目前认为血循环中 的KI蛋白作为一种激素参与对机体功能的调节，它可与细胞表面的受体结合， 抑制细胞内胰岛素和胰岛素样生长因子-l(insulin/IGF)的信号转导通路，对多种 靶器官发挥生理效应[7刀]
使 α 微管蛋白的第四十个赖氨酸去乙酰化，因此它是以微管蛋白为底物调节细胞 调节细胞分裂。SIRT3 在灰色脂肪组织中的表达，研究表明，饥饿和冷处理可以 上调 SIRT3 的表达，它的持续性表达可能通过降低膜电势、增强细胞的呼吸作用 和抑制活性氧形成等过程，减少氧化损伤并延缓衰老。SIRT5 主要在心肌细胞和 成淋巴细胞中表达。SIRT6 在多种组织中表达，可能与 DNA 修复有关。SIRT7 主要在血液与 CD33+骨髓细胞中表达，在卵巢及骨骼肌中也有少量表达，功能 未知。 1.2 Klotho 基因 Klotho(Kl)基因是由 Kuro-o 等[1]在 1997 年研究自发性高血压时偶然发现的， 后确认 Klotho 基因缺失鼠(Kl-/-)的表型类似人类的衰老表现，包括寿命缩短、动 脉硬化、皮肤肌肉萎缩、认知障碍、运动神经元受损、软组织钙化、听力下降、 骨质疏松[2～4]。反之，Klotho 基因高表达可延长实验动物的寿命[2]，说明它是 一个衰老抑制基因。当 Kl 表达异常时，出现一系列与衰老及与衰老密切相关的 疾病[5]，提示 Klotho 基因在衰老和衰老相关疾病的发生中起着重要作用。同时 在一些病理状态下，Kl 表达变化也和疾病的发展、预后密切相关。近年研究发 现，Kl 抗衰老的作用主要是通过抗氧化、抗凋亡功能实现的，本文就这方面研 究作一综述。 Kl 基因 1997 年由 Kuro-o 等[1]首先从表现为衰老的模型小鼠中克隆成功，随 后发现人和大鼠中也存在 Kl 基因，且它们之间具有较高的同源性(83%)。Kl 基 因在人和小鼠中均定位于第 13 号染色体(13q12)，基因全长 50 kb，包含 5 个外 显子，可通过选择性拼接产生两种蛋白产物上，一种为膜型 Kl 蛋白，人的膜型 Kl 蛋白全长有 1012 个氨基酸残基(小鼠为 1024 个)，为跨膜蛋白，该类型主要在 肾脏、胎盘、小肠和前列腺中表达;另一种为分泌型 Kl 蛋白，人的分泌型 Kl 蛋 白全长有 549 个氨基酸残基(小鼠为 550 个)，该类型缺乏跨膜结构和胞内结构， 它以游离的形式发挥功能，在人的大脑、海马、胎盘、肾脏、前列腺和小肠等组 织中均检测到其存在，在血清中也检测到 Kl 蛋白的存在[6]。目前认为血循环中 的 Kl 蛋白作为一种激素参与对机体功能的调节，它可与细胞表面的受体结合， 抑制细胞内胰岛素和胰岛素样生长因子-1(insulin/IGF)的信号转导通路，对多种 靶器官发挥生理效应[7]
组织损伤中的作用日益引起人们的重视，氧化应激是缺血再灌注引起急性肾 损伤的一个重要原因[8]。动物实验和体外实验都证实了ROS在组织损伤中的作 用，并把清除氧自由基作为治疗的重要方法之一。有研究表明动物在应激状态下 体内KI mRNA和蛋白表达下降。Mitobe等[9]对小鼠肾脏内髓集合管3细胞 (Mouse inner medullary collecting duct3,mIMCD3)进行培养观察发现，在过氧 化氢(H2O2)诱导的氧化应激状态下K1表达降低，调亡细胞数目增加，并且这种 改变和剂量、时间的变化呈正相关，可将其作为氧化应激状态下组织细胞调凋亡的 一个指标[10]。Haruna,Y[11]等发现肾小球肾炎的小鼠动物模型在40周时肾组织 凋亡细胞数较转KI基因小鼠(ICGN/KITG)增多明显，并伴有抗调亡蛋白Bcl-2的 下调及凋亡蛋白Bax的上调。Yamamoto等[12]观察了KI高表达转基因小鼠 (EFmKL48)和野生型小鼠尿中8-OdG(活体内DNA氧化损伤的生物标记)的分泌 量发现，EFmKL48鼠尿中8-OhdG分泌量仅为野生型小鼠的一半，提示K1的高 表达能降低体内DNA的氧化损伤；在服用致死剂量的百草枯（除草剂，可产生过 氧化物)后EFmKL48鼠的寿命长于野生型小鼠；在培养HeLa细胞的培养基中加 入百草枯，处理组中加入可溶性的K1蛋白，观察细胞脂质氧化。和对照组比较， 处理组脂质过氧化情况较对照组明显减轻；在中国仓鼠卵巢细胞(CHO)细胞培养 基中加入百草枯，处理组中加入可溶性K1蛋白，发现和对照组相比处理组中细 胞凋亡数目明显降低，以上实验均提示K1具有抗氧化、抗应激、抗凋亡的作用， 并认为其机理可能为KI蛋白和细胞表面的K]受体结合抑制特异性转录因子 FOXO的磷酸化，加速了FOXO的核转位，细胞核的FOXO直接和超氧化物歧 化酶2(SOD2)启动子相结合使SOD2表达增加，有利于对过氧化物的清除。但 Ikushima等[13]发现KI也可抑制由依托泊苷诱导的凋亡反应，依托泊苷是一种 拓扑异构酶Ⅱ的抑制剂，其诱导的凋亡和氧化应激有一定的关系，说明K1抑制 凋亡可能还可通过另一条通路进行，即insulin/IGF-MnSOD通路，通路激活二氧 化锰超氧化物歧化酶(MSOD)的活性减轻氧化应激诱导的调亡反应[12]。 Ikushima等[13]用20nM浓度的Klotho蛋白处理人脐静脉上皮细胞(HUVEC)后， 和对照组比较，caspase?3和caspase9的活性明显降低，但细胞活性升高明显，提 示Kl还可能通过抑制caspase9-caspase3通路抑制凋亡反应。 K]是哺乳动物体内第一个过表达延长生命、低表达加速衰老的衰老抑制基
组织损伤中的作用日益引起人们的重视，氧化应激是缺血再灌注引起急性肾 损伤的一个重要原因[8]。动物实验和体外实验都证实了 ROS 在组织损伤中的作 用，并把清除氧自由基作为治疗的重要方法之一。有研究表明动物在应激状态下 体内 Kl mRNA 和蛋白表达下降。Mitobe 等[9]对小鼠肾脏内髓集合管 3 细胞 (Mouse inner medullary collecting duct 3 ，mIMCD 3)进行培养观察发现，在过氧 化氢(H2O2)诱导的氧化应激状态下 Kl 表达降低，凋亡细胞数目增加，并且这种 改变和剂量、时间的变化呈正相关，可将其作为氧化应激状态下组织细胞凋亡的 一个指标[10]。Haruna,Y[11]等发现肾小球肾炎的小鼠动物模型在 40 周时肾组织 凋亡细胞数较转 Kl 基因小鼠(ICGN/KlTG)增多明显，并伴有抗凋亡蛋白 Bcl-2 的 下调及凋亡蛋白 Bax 的上调。Yamamoto 等[12]观察了 Kl 高表达转基因小鼠 (EFmKL48)和野生型小鼠尿中 8-OhdG(活体内 DNA 氧化损伤的生物标记)的分泌 量发现，EFmKL48 鼠尿中 8-OhdG 分泌量仅为野生型小鼠的一半，提示 Kl 的高 表达能降低体内 DNA 的氧化损伤;在服用致死剂量的百草枯(除草剂，可产生过 氧化物)后 EFmKL48 鼠的寿命长于野生型小鼠;在培养 HeLa 细胞的培养基中加 入百草枯，处理组中加入可溶性的 Kl 蛋白，观察细胞脂质氧化。和对照组比较， 处理组脂质过氧化情况较对照组明显减轻;在中国仓鼠卵巢细胞(CHO)细胞培养 基中加入百草枯，处理组中加入可溶性 Kl 蛋白，发现和对照组相比处理组中细 胞凋亡数目明显降低，以上实验均提示 Kl 具有抗氧化、抗应激、抗凋亡的作用， 并认为其机理可能为 Kl 蛋白和细胞表面的 Kl 受体结合抑制特异性转录因子 FOXO 的磷酸化，加速了 FOXO 的核转位，细胞核的 FOXO 直接和超氧化物歧 化酶 2(SOD2)启动子相结合使 SOD2 表达增加，有利于对过氧化物的清除。但 Ikushima 等[13]发现 Kl 也可抑制由依托泊苷诱导的凋亡反应，依托泊苷是一种 拓扑异构酶Ⅱ的抑制剂，其诱导的凋亡和氧化应激有一定的关系，说明 Kl 抑制 凋亡可能还可通过另一条通路进行，即 insulin/IGF- MnSOD 通路，通路激活二氧 化锰超氧化物歧化酶(MnSOD)的活性减轻氧化应激诱导的凋亡反应[12]。 Ikushima 等[13]用 20 nM 浓度的 Klotho 蛋白处理人脐静脉上皮细胞(HUVEC)后， 和对照组比较，caspase3 和 caspase9 的活性明显降低，但细胞活性升高明显，提 示 Kl 还可能通过抑制 caspase9-caspase3 通路抑制凋亡反应。 Kl 是哺乳动物体内第一个过表达延长生命、低表达加速衰老的衰老抑制基
因。K1的单核苷酸多态性和机体寿命、骨质疏松、脑血管事件、冠状动脉疾病 有关，而且随着年龄的增长，血清KI浓度呈下降趋势[6]，说明K1基因参与到 与机体寿命及衰老相关疾病的调节中。有资料表明其抗衰老作用与抗氧化作用紧 密相关。Kurosu等[14]用两组无关的高表达K1基因的转基因小鼠EFmKL46和 EFmKL48,并和具有相同基因背景的野生型小鼠相比较发现EFmKL46和 EFmKL48两组的寿命均明显长于野生型组。Ikushima等[13]用Klotho蛋白处理 由H2O2诱导衰老的HUVEC后发现，和衰老相关的B半乳糖酐酶明显降低，同 时处理组p53和p21的降低明显，提示KI抗细胞衰老途径是通过抑制p53p21 途径完成的。Kurosu等14]将KI基因转入K1完全缺失(K1-/-)的衰老小鼠模型中 干扰insulin/IGF-1信号通路，发现小鼠的衰老症状明显改善。目前认为Kl缺失 引起衰老的原因主要有两点：1)K1缺失时引起1,25(OH2D3产生过多，引起体 内钙、磷代谢紊乱[15]：2)K1缺失时氧化应激对insulin/IGF-1信号通路抑制作用增 加[14]，抑制insulin/IGF-1信号转导通路是抑制衰老的高度进化保守机制，其机 理可能为KIl抑制insulin/IGF-l受体络氨酸磷酸化，使胰岛素受体底物(insulin receptor substrate,IRS)1、2和磷脂酰肌醇激3(PI3-kinase)活性降低，从而抑制 insulin/IGF-1信号转导。 2基因预测寿命可行性 2.1基因控制端粒进而预测寿命 2.1.1端粒、端粒酶假说 GyfR等于1997年提出了关于细胞衰老和永生学说，认为人的正常体细胞 分裂次数达到界限时，染色体端粒长度缩短到一定程度，有丝分裂便不可逆地被 阻断在细胞周期的G1期和G2期之间的某个时期，这时的细胞便进入了老化 期，随后死亡。如果细胞被病毒感染，或p53、RB、p16NK4、ATM、APC等肿 瘤抑制基因发生突变，或K.ras等原癌基因被激活，或DNA错配修复基因发生突 变，或某些基因DNA序列发生了高度甲基化，或仅发生了低度甲基化，从而（在 未发生核甘酸突变的情况下)改变了该基因的表达，此时细胞便能越过阻断点继 续进行有丝分裂。随着有丝分裂进行，端粒长度不断缩短，缩短到一定程度时， 染色体发生结构畸变，大部分细胞便死亡，少部分细胞激活了端粒酶活性，不断 合成端粒DNA补充端粒的长度，端粒不再缩短，细胞便获得无限分裂增生能力
因。Kl 的单核苷酸多态性和机体寿命、骨质疏松、脑血管事件、冠状动脉疾病 有关，而且随着年龄的增长，血清 Kl 浓度呈下降趋势[6]，说明 Kl 基因参与到 与机体寿命及衰老相关疾病的调节中。有资料表明其抗衰老作用与抗氧化作用紧 密相关。Kurosu 等[14]用两组无关的高表达 Kl 基因的转基因小鼠 EFmKL46 和 EFmKL48，并和具有相同基因背景的野生型小鼠相比较发现 EFmKL46 和 EFmKL48 两组的寿命均明显长于野生型组。Ikushima 等[13]用 Klotho 蛋白处理 由 H2O2 诱导衰老的 HUVEC 后发现，和衰老相关的 Β 半乳糖酐酶明显降低，同 时处理组 p53 和 p21 的降低明显，提示 Kl 抗细胞衰老途径是通过抑制 p53/p21 途径完成的。Kurosu 等[14]将 Kl 基因转入 Kl 完全缺失(Kl-/-)的衰老小鼠模型中 干扰 insulin/IGF-1 信号通路，发现小鼠的衰老症状明显改善。目前认为 Kl 缺失 引起衰老的原因主要有两点：1)Kl 缺失时引起 1,25(OH)2D3 产生过多，引起体 内钙、磷代谢紊乱[15];2)Kl 缺失时氧化应激对 insulin/IGF-1 信号通路抑制作用增 加[14]，抑制 insulin/IGF-1 信号转导通路是抑制衰老的高度进化保守机制，其机 理可能为 Kl 抑制 insulin/IGF-1 受体络氨酸磷酸化，使胰岛素受体底物(insulin receptor substrate，IRS) 1、2 和磷脂酰肌醇激 3(PI3-kinase)活性降低，从而抑制 insulin/IGF-1 信号转导。 2 基因预测寿命可行性 2.1 基因控制端粒进而预测寿命 2.1.1 端粒、端粒酶假说 GryfeR 等于 1997 年提出了关于细胞衰老和永生学说, 认为人的正常体细胞 分裂次数达到界限时, 染色体端粒长度缩短到一定程度, 有丝分裂便不可逆地被 阻断在细胞周期的 G1 期和 G2 期之间的某个时期, 这时的细胞便进入了老化 期, 随后死亡。如果细胞被病毒感染, 或 p53、RB、p16INK4、ATM、APC 等肿 瘤抑制基因发生突变, 或K..ras等原癌基因被激活, 或DNA错配修复基因发生突 变,或某些基因 DNA 序列发生了高度甲基化, 或仅发生了低度甲基化, 从而(在 未发生核甘酸突变的情况下)改变了该基因的表达, 此时细胞便能越过阻断点继 续进行有丝分裂。随着有丝分裂进行, 端粒长度不断缩短, 缩短到一定程度时, 染色体发生结构畸变, 大部分细胞便死亡, 少部分细胞激活了端粒酶活性, 不断 合成端粒 DNA 补充端粒的长度, 端粒不再缩短, 细胞便获得无限分裂增生能力
而成为永生化细胞。这说是端粒。端粒酶假说。该假说已为越来越多的研究所证 实，如Hastie发现人结肠端粒限制性片段(TRF)随着供体年龄增加而逐渐缩短， 平均每年丢失33bp的重复序列。A llospp等用人成纤维细胞研究端粒长度与年 龄及有丝分裂能力的关系时也发现，年龄越小，初始端粒长度越长，有丝分裂能 力亦越强，反之，在一些早老性疾病患者体细胞中，TF长度明显短于同龄正常 人，体外培养这些细胞时，其有丝分裂能力较正常人也明显减弱。杨仕明等人在 分析正常人胃粘膜TRF长度时，也得出相似的结论，随着年龄的增加，其TF 长度有递减的趋势，且供体年龄与TRF长度呈明显负相关。 2.1.2端粒与衰老 研究证明，端粒与细胞寿命的控制密切相关。人类端粒长度大约2~15kb,由 于存在末端复制问题，DNA每复制1次，端粒DNA就会丢失50~20Obp,随着细 胞分裂次数的增加，端粒DNA也在进行性地缩短，当缩短到一定限度后，便不 能维持染色体的稳定，细胞失去了分裂增殖能力而衰老死亡，这种缩短就是衰老 的标志。因此，端粒也被称为细胞的生命钟。 1973年O lovfn ikov博士首次提出了端粒丢失与衰老关系的理论。他认为 端粒的丢失可能是因为某种与端粒相关的基因发生了致死性的缺失，以后许多 人对该理论进行了进一步阐明。目前认为，细胞内端粒酶活性的缺失将导致端粒 缩短，这种缩短使得端粒最终成为不能被细胞识别的末端。这并不是说端粒不存 在了，而是说端粒短到了一个临界长度，端粒一旦短于此长度，就可能导致染色 体双链的断裂，并激活细胞自身的检验系统，从而使细胞进入M1期死亡状态。 随着端粒的进一步丢失，将会发生染色体重排，双着丝粒染色体和非整倍体染色 体的形成，这将进一步导致危机的产生，即M2期死亡状态。如果细胞要维持其 正常分裂，那么就必须阻止端粒的进一步丢失，并激活端粒酶，细胞进行正常染 色体复制。对于那些无法激活端粒酶的细胞将只能面临衰老的结果。端粒长度的 缩短可以激发细胞老化，一种可能是染色体末端端粒DNA序列的丢失释放了端 粒结合转录因子，该因子或者激活了衰老诱导基因，或者灭活了细胞周期进行所 必需的某些基因。另一种可能是端粒长度缩短诱导了DNA损伤反应，导致细胞 周期受阻。沉默基因机制认为：染色体末端端粒长度缩短破坏了端粒周围染色质 结构的完整性，导致这一区域的基因表达而诱导细胞衰老。可见，端粒结构不仅
而成为永生化细胞。这说是端粒- 端粒酶假说。该假说已为越来越多的研究所证 实，如 H astie 发现人结肠端粒限制性片段( TRF)随着供体年龄增加而逐渐缩短, 平均每年丢失 33 bp 的重复序列 。A llospp 等用人成纤维细胞研究端粒长度与年 龄及有丝分裂能力的关系时也发现, 年龄越小, 初始端粒长度越长, 有丝分裂能 力亦越强; 反之, 在一些早老性疾病患者体细胞中, TRF 长度明显短于同龄正常 人, 体外培养这些细胞时, 其有丝分裂能力较正常人也明显减弱 。杨仕明等人在 分析正常人胃粘膜 TRF 长度时, 也得出相似的结论, 随着年龄的增加, 其 TRF 长度有递减的趋势, 且供体年龄与 TRF 长度呈明显负相关。 2.1.2 端粒与衰老 研究证明, 端粒与细胞寿命的控制密切相关。人类端粒长度大约 2~ 15 kb, 由 于存在末端复制问题,DNA 每复制 1 次, 端粒 DNA 就会丢失 50~ 200bp, 随着细 胞分裂次数的增加, 端粒 DNA 也在进行性地缩短, 当缩短到一定限度后, 便不 能维持染色体的稳定,细胞失去了分裂增殖能力而衰老死亡, 这种缩短就是衰老 的标志。因此, 端粒也被称为细胞的生命钟。 1973 年 O lovfn ikov 博士首次提出了端粒丢失与衰老关系的理论 。他认为 端粒的丢失可能是因为某种与端粒相关的基因发生了致死性的缺失, 以后许多 人对该理论进行了进一步阐明。目前认为, 细胞内端粒酶活性的缺失将导致端粒 缩短, 这种缩短使得端粒最终成为不能被细胞识别的末端。这并不是说端粒不存 在了, 而是说端粒短到了一个临界长度, 端粒一旦短于此长度, 就可能导致染色 体双链的断裂, 并激活细胞自身的检验系统, 从而使细胞进入 M 1 期死亡状态。 随着端粒的进一步丢失, 将会发生染色体重排, 双着丝粒染色体和非整倍体染色 体的形成, 这将进一步导致危机的产生, 即 M2 期死亡状态。如果细胞要维持其 正常分裂, 那么就必须阻止端粒的进一步丢失, 并激活端粒酶, 细胞进行正常染 色体复制。对于那些无法激活端粒酶的细胞将只能面临衰老的结果。端粒长度的 缩短可以激发细胞老化, 一种可能是染色体末端端粒 DNA 序列的丢失释放了端 粒结合转录因子, 该因子或者激活了衰老诱导基因, 或者灭活了细胞周期进行所 必需的某些基因。另一种可能是端粒长度缩短诱导了 DNA 损伤反应, 导致细胞 周期受阻。沉默基因机制认为: 染色体末端端粒长度缩短破坏了端粒周围染色质 结构的完整性, 导致这一区域的基因表达而诱导细胞衰老。可见, 端粒结构不仅
仅是在于维持染色体长度所必需的，而且端粒的变化可引起生命状态的变化。 2.1.3端粒、端粒酶与衰老的实验研究 尽管端粒激发细胞衰老的确切机制需要进一步阐明，但大量的实验数据证明， 端粒、端粒酶同衰老之间存在相关性。目前在正常组织中的支持证据有：(1)在多 数体细胞中，老年个体的端粒长度较年轻个体短得多，某些细胞，如T、B淋巴 细胞中的端粒酶活性随年龄的增加而下降。(2)年轻个体细胞中的端粒随年龄增 长而逐渐缩短。(3)需要无限分裂能力的谱系细胞、干细胞的端粒长度较长，且 具有较高的端粒酶活性；而大多数具有有限增生能力的体细胞的端粒较短，不表 达或仅低度表达端粒酶的活性。(4)增生能力强的细胞及永生细胞表达端粒酶活 性，即使同一组织的不同部分，其分裂能力也与端粒酶活性成正比，如在毛发生 长初期的毛囊中，含有分裂活性细胞的部分表达端酶活性，而低度分裂活性细胞 部分则表达较低水平的酶活性。(5)端粒酶阴性的细胞在引入端粒酶后，可维持 端粒的长度，细胞增生能力增强，甚至细胞永生化。 国内研究人员曾经在广西巴马县长寿村落选取健康个体49人作为长寿组， 另选取一般地区健康个体51人作为对照组，研究长寿的秘诀。运用地高辛探针 标记的Southern印迹杂交方法测量人群外周血白细胞端粒DNA限制性片断(TRF) 长度。结果以年龄为协变量，对长寿组和对照组外周血白细胞端粒DNA长度作协 方差分析，长寿组端粒DNA长度明显长于对照组：长寿组和对照组内，不同年龄段 的端粒DNA长度明显不同，端粒DNA长度随年龄的增加而降低。端粒可能是促 进广西巴马长寿的一个有利因素。At忆mon发现德系犹太百岁老人的端粒较长与 人端粒酶逆转录酶基因和人端粒酶RNA基因发生同义突变、内含子突变有关。 这些基因突变有助于调节相关基因的表达，从而激活端粒酶，在细胞分裂过程中更 好地维持端粒的长度。 2.2基因直接预测寿命的可行性 科学家们通过对比基因相同的同卵双生的双胞胎发现，他们的外形和习惯都 相同，甚至40多年后，哪一根头发先变白，何处会受伤、哪个内脏器官有疾病 等等，他们都相同。科学家还观察一出生就被安排在不同环境下成长的同卵双胞 胎，虽然他们讲不同的语言，吃不同的食物，接受不同的文化.但他们仍拥有相
仅是在于维持染色体长度所必需的, 而且端粒的变化可引起生命状态的变化。 2.1.3 端粒、端粒酶与衰老的实验研究 尽管端粒激发细胞衰老的确切机制需要进一步阐明, 但大量的实验数据证明, 端粒、端粒酶同衰老之间存在相关性。目前在正常组织中的支持证据有: ( 1)在多 数体细胞中, 老年个体的端粒长度较年轻个体短得多, 某些细胞, 如 T、B 淋巴 细胞中的端粒酶活性随年龄的增加而下降。( 2) 年轻个体细胞中的端粒随年龄增 长而逐渐缩短。( 3)需要无限分裂能力的谱系细胞、干细胞的端粒长度较长, 且 具有较高的端粒酶活性;而大多数具有有限增生能力的体细胞的端粒较短, 不表 达或仅低度表达端粒酶的活性。( 4)增生能力强的细胞及永生细胞表达端粒酶活 性, 即使同一组织的不同部分, 其分裂能力也与端粒酶活性成正比, 如在毛发生 长初期的毛囊中, 含有分裂活性细胞的部分表达端酶活性,而低度分裂活性细胞 部分则表达较低水平的酶活性。( 5) 端粒酶阴性的细胞在引入端粒酶后, 可维持 端粒的长度, 细胞增生能力增强, 甚至细胞永生化。 国内研究人员曾经在广西巴马县长寿村落选取健康个体 49 人作为长寿组, 另选取一般地区健康个体 51 人作为对照组，研究长寿的秘诀。运用地高辛探针 标记的 Southern 印迹杂交方法测量人群外周血白细胞端粒 DNA 限制性片断(TRF) 长度。结果以年龄为协变量,对长寿组和对照组外周血白细胞端粒 DNA 长度作协 方差分析,长寿组端粒 DNA 长度明显长于对照组;长寿组和对照组内,不同年龄段 的端粒 DNA 长度明显不同,端粒 DNA 长度随年龄的增加而降低。端粒可能是促 进广西巴马长寿的一个有利因素。Atzmon 发现德系犹太百岁老人的端粒较长与 人端粒酶逆转录酶基因和人端粒酶 RNA 基因发生同义突变、内含子突变有关。 这些基因突变有助于调节相关基因的表达,从而激活端粒酶,在细胞分裂过程中更 好地维持端粒的长度。 2.2 基因直接预测寿命的可行性 科学家们通过对比基因相同的同卵双生的双胞胎发现，他们的外形和习惯都 相同，甚至 40 多年后，哪一根头发先变白，何处会受伤、哪个内脏器官有疾病 等等，他们都相同。科学家还观察一出生就被安排在不同环境下成长的同卵双胞 胎，虽然他们讲不同的语言，吃不同的食物，接受不同的文化．但他们仍拥有相
同的外表、体格、喜好、选择同色系的颜色、留同样款式的头发、做同样的运动、 有类似的学校成绩.也就是说，环境对人的改变并不大。 科学家还发现，一对同卵双胞胎，一个比较爱惜身体，一个吸烟喝酒胡乱来， 当后者死亡时，前者虽然表面上看很健康，但一检查还是发现相同的疾病，没过 几年前者也去世了。也就是说，后天努力并不能带来很大的变化。 不过科学家也发现了少数特例。有一对同卵双胞胎，一个长得高大肥胖，另 一个则娇小瘦削，原来后者一直用非常强的意志力控制节食减重，最终改变了自 己的体型。科学家发现，在人的基因中，有的是显性基因，能决定人的性状：有 的则是隐形基因，当人的主观意识非常强烈，再加上持之以恒的行动，最后就能 改变DNA的发展。不过科学家发现，如果一个人天生的能力只有二级（假设最 高十级)，经过后天努力，也许能提高到六级，突破DNA的限制，不过不是天 才硬要去做天才的事，结果仍然会受限制。 现在人们普遍认识到，基因不光决定人的物质特性，如身高、肤色、遗传疾 病等，还极大地影响着人精神方面的东西，如智力、人格、脾气、酗酒和成瘾行 为等。不过基因并不是故事的全部，环境和个体后天的努力也对人的命运带来一 些改变。 参考文献： [1]Mahlknecht U et al.Cytogenetic and Genome Research.2006 .[2]Zhao K et al.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.2004 [3]Mostoslavsky R et al.Cell.2006 [4]Imai S et al.Nature.2000 [5]Voelter-Mahlknecht S et al.International Journal of Oncology.2006 [6]Khan AN et al.Journal of Biological Chemistry.2005 [7]Frye RA.Biochemical and Biophysical Research Communications. 1999 [8]Chang JH et al.Journal of Biological Chemistry.2002 [9]Lamming DW et al.Science.2005 [10]Michishita E et al.Molecular Biology of the Cell.2005 [11]罗兰，高政南，程丽静，杨泽。S承T1与基因转录).中国生物化学与分 子生物学报.2007(03)
同的外表、体格、喜好、选择同色系的颜色、留同样款式的头发、做同样的运动、 有类似的学校成绩……也就是说，环境对人的改变并不大。 科学家还发现，一对同卵双胞胎，一个比较爱惜身体，一个吸烟喝酒胡乱来， 当后者死亡时，前者虽然表面上看很健康，但一检查还是发现相同的疾病，没过 几年前者也去世了。也就是说，后天努力并不能带来很大的变化。 不过科学家也发现了少数特例。有一对同卵双胞胎，一个长得高大肥胖，另 一个则娇小瘦削，原来后者一直用非常强的意志力控制节食减重，最终改变了自 己的体型。科学家发现，在人的基因中，有的是显性基因，能决定人的性状；有 的则是隐形基因，当人的主观意识非常强烈，再加上持之以恒的行动，最后就能 改变 DNA 的发展。不过科学家发现，如果一个人天生的能力只有二级（假设最 高十级），经过后天努力，也许能提高到六级，突破 DNA 的限制，不过不是天 才硬要去做天才的事，结果仍然会受限制。 现在人们普遍认识到，基因不光决定人的物质特性，如身高、肤色、遗传疾 病等，还极大地影响着人精神方面的东西，如智力、人格、脾气、酗酒和成瘾行 为等。不过基因并不是故事的全部，环境和个体后天的努力也对人的命运带来一 些改变。 参考文献： [1] Mahlknecht U et al. Cytogenetic and Genome Research . 2006 [2] Zhao K et al. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 2004 [3] Mostoslavsky R et al. Cell . 2006 [4] Imai S et al. Nature . 2000 [5] Voelter-Mahlknecht S et al. International Journal of Oncology . 2006 [6] Khan AN et al. Journal of Biological Chemistry . 2005 [7] Frye RA. Biochemical and Biophysical Research Communications . 1999 [8] Chang JH et al. Journal of Biological Chemistry . 2002 [9] Lamming DW et al. Science . 2005 [10] Michishita E et al. Molecular Biology of the Cell . 2005 [11] 罗兰,高政南,程丽静,杨泽. SIRT1 与基因转录[J]. 中国生物化学与分 子生物学报. 2007(03)
·[12]吕建祎，张业，沈珝琲.哺乳动物Si2家族蛋白的功能.生命的化学 2007(06) ·[13]郭亦琦，施冬云，王君晖，刘珊林.Sit基因家族及其对细胞寿命的调节 [).生物物理学报.2006(01) ·[14]蔡群芳，周鹏.去乙酰化酶Sirtuin研究进展[U.生命科学.2006(02) 。[15]郭晓强，张如春.SIRT6:一个新的哺乳动物抗衰老因子[).生命的化 学.2006(04) ·[16]王丽辉，金炜元，陈勇，王君晖.Si2基因家族的功能和作用机制[.细 胞生物学杂志.2006(06) [17霍晓芳，张俊武.Sirtuin::依赖NAD~+的去乙酰化酶[J.生命的化学 2005(03) ·[18]李晓雪，陆军，罗巅辉，黄百渠.组蛋白去乙酰化酶SR2与染色质沉默 [).遗传.2003(04)
[12] 吕建祎,张业,沈珝琲. 哺乳动物 Sir2 家族蛋白的功能[J]. 生命的化学. 2007(06) [13] 郭亦琦,施冬云,王君晖,刘珊林. Sirt 基因家族及其对细胞寿命的调节 [J]. 生物物理学报. 2006(01) [14] 蔡群芳,周鹏. 去乙酰化酶 Sirtuin 研究进展[J]. 生命科学. 2006(02) [15] 郭晓强,张如春. SIRT6:一个新的哺乳动物抗衰老因子[J]. 生命的化 学. 2006(04) [16] 王丽辉,金炜元,陈勇,王君晖. Sir2 基因家族的功能和作用机制[J]. 细 胞生物学杂志. 2006(06) [17] 霍晓芳,张俊武. Sirtuin:依赖 NAD~+的去乙酰化酶[J]. 生命的化学. 2005(03) [18] 李晓雪,陆军,罗巅辉,黄百渠. 组蛋白去乙酰化酶 SIR2 与染色质沉默 [J]. 遗传. 2003(04)