生物科技新进展之人类长寿.doc

生物科技新进展之人类长寿生命科学与技术学院 生物工程*班107710* 赵*【摘要】健康长寿是每一个人的梦想，但影响健康长寿的因素很多，包括性别、遗传、生活习惯和生活环境及其相互作用等。在年龄大于85岁的人群中女性约占70-85%，而男性仅为15-30%。尽管女性的长寿优势可见于已经报道的所有人种，但原因尚不明确。本文将结合基因工程以及最新进展来揭开人类长寿的秘密。关键词： 长寿 基因 端粒（酶） 调控 修饰1长寿基因的最新发现北京大学分子医学研究所人类群体遗传研究室田小利教授与国家发展研究院中国经济研究中心曾毅教授联合研究组发现FOXO1A和FOXO3A基因与长寿相关。他们的研究表明FOXO1A与我国女性的长寿相关，而FOXO3A基因则没有性别差异。田小利教授研究组首次发现FOXO1A基因与女性的长寿相关，将有助于解释女性长寿之谜。FOXO3A基因曾报道与其他的人群（如日本人、德国人和意大利人等）的长寿相关。中国人FOXO3A基因的长寿位点与其他人群的长寿位点共存于一个单倍型中。FOXO1A和FOXO3A是胰岛素或胰岛素样生长因子介导的下游信号通路分子,与细胞周期、生长、凋亡以及血管新生等有密切关系。在代谢方面，它们的主要功能是平衡胰岛素的敏感性和抗性，参与癌症、自身免疫病以及心血管疾病如缺血性心脏病、心肌肥大等。田小利教授等推测FOXO3A可能通过调节胰岛素抗性和长寿相关，而FOXO1A则除调节胰岛素抗性外，可能还通过与女性生殖系统相互作用而影响人的寿命。目前，北京大学健康长寿跨学科研究团队正在研究社会、行为、环境与FOXO1A及FOXO3A基因的相互作用，期望发现遗传、社会、行为、环境因素等相互作用影响老年人的健康与长寿的可能机制【1】。2长寿基因的作用机理犹太大学医学院的研究人员发现端粒酶过度活跃以及端粒长度二者与长寿有关。端粒(Telomeres)是位于染色体末端的一种特殊结构，在衰老、癌变及其他生物学过程中有重要作用，细胞每分裂一次，其端粒就相应磨损一部分，当端粒变短细胞停止分裂时，即进入细胞衰老期(cell senescence)。课题组的研究人员以德系犹太人（Ashkenazi Jews）为研究对象，并将实验参与者分为三组：第一组86名平均年龄为97岁身体健康的老人；第二组为175名这些老人的后代；对照组为93名父母均是正常寿命的子女。课题组希望通过该项研究回答两个疑问：1）寿命较长的人是不是有更长的端粒？ 2）如果是，那么端粒较长是否与编码端粒酶的基因发生变异有关？通过研究发现，上述两个问题的答案都为“是”。课题组发现，寿命更长的人其端粒的长度在细胞分裂过程中保持得更好，长寿的部分原因也可能和细胞内负责端粒维持的基因发生有利变异有关。而且，研究人员发现，长寿的老人基因组所携带的突变基因能够使产生端粒酶的系统过度活跃，从而能够更高效的维持端粒的长度，这些老人中大多数还能幸免于诸如心血管疾病和糖尿病等老年人常发生的疾病。这项研究表明，端粒长度以及端粒酶基因变异这两个原因将使人类的寿命更长。【2】3长寿基因的调控与修饰中科院遗传与发育生物学研究所韩敬东实验室的组蛋白修饰对衰老的调控机制研究。这项研究通过生物化学、分子生物学、遗传学和系统生物学相结合的方法，发现组蛋白H3K27me2/3去甲基酶UTX-1/UTX对衰老发挥了重要的调控作用。在秀丽线虫中，该基因的杂合突变体及野生型的RNAi敲降后都能极大地延长线虫寿命，使其抗逆性也大大加强。遗传学分析发现其功能依赖于胰岛素样信号通路。这种通过重新建立组蛋白修饰模式的作用方式，揭示了细胞的重编程在抑制衰老过程中的重要作用，并提示其作用机制在哺乳动物细胞中同样存在。【3】已知Sir2家族的基因通过对组蛋白脱乙酰作用的一个效应来影响酵母、线虫和其他生物的寿命。这便提出一个问题：其他组蛋白修饰是否也影响寿命？Greer等人发现，组蛋白甲基化调控线虫的寿命。被称为“ASH-2复合物”的一个保守的染色质蛋白复合物（该复合物在赖氨酸-4(H3K4)处使组蛋白H3发生“三甲基化”）的构成成分的缺失都会延长线虫寿命。相反，H3K4脱甲基酶rbr-2是维持正常寿命所必需的，这与认为过多的H3K4“三甲基化”缩短寿命的观点是一致的。这种寿命延长要求一个完好的成年生殖细胞系的存在以及成熟卵的持续产生，这说明体细胞的寿命是由生殖细胞中一个H3K4甲基转移酶/脱甲基酶复合物调控的。【4】4与长寿基因有关的实践科学家发现了一种能够延年益寿的药物，而且已经在小白鼠身上进行实验，首次获得成功。 这种神奇的药物就是由亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸这3种氨基酸组成的混合物，学名“支链氨基酸”。在实验过程中，研究人员给被试小白鼠喝的水里加入了这3种氨基酸，结果发现它们的寿命平均达到了869天，而普通小白鼠则只能存活大约774天。也就是说，“支链氨基酸”使小白鼠的生命延长了12%。在延长寿命的同时，小白鼠的机体内还发生了一系列积极的生物反应，比如细胞得以摄取更多的能量、自由基减少等。自由基是机体氧化反应中产生的有害化合物，具有强氧化性，可损害机体的组织和细胞，进而引起慢性疾病及衰老效应。经过这些体内变化，小白鼠看起来充满活力，而且肌肉协调能力有所提高。研究人员介绍说，“支链氨基酸”是一种十分重要和有效的营养补剂，它可以帮助生物体自然地、没有任何副作用地增强肌肉或获得更多能量。去年，科学家已经发现这种氨基酸混合物在延长单细胞酵母寿命上的巨大作用。“人类首次证明了氨基酸混合物能够延长小白鼠的寿命，”这项研究的主要研究员、来自意大利米兰大学的恩佐尼索里教授表示。他还指出，如果在此基础上发明氨基酸补剂，那么它很可能在未来造福人类，对于老年人或病人有很大帮助，尤其是那些患有以细胞能级降低为特征的疾病的人，比如心力衰竭或慢性肺病患者等。【5】 综上所述，人类长寿的已经不是遥不可及的梦想了，新的曙光即将到来。但是伴随着长寿而来问题也不可忽视，比如人类是否会破坏自然的平衡，生物伦理是否会发生改变，人类的进化将走向何方等。科技是一把双刃剑，也许最后将人类推向灭亡的正是我们自己，所以我们要明辨科技，完善自我。参考文献：【1】人类分子遗传学（Human Molecular Genetics），doi:10.1093/hmg/ddp459。田小利教授与国家发展研究院中国经济研究中心曾毅教授联合研究组发现FOXO1A和FOXO3A基因与长寿相关。【2】Proceedings of the National Academy of Sciences，犹太大学医学院的研究人员最近发现端粒酶过度活跃以及端粒长度二者与长寿