随着人类寿命的延长,越来越多的人能够活到120岁甚至更长。而且,在科学家的设想中,我们不仅会更长寿,而且会活得更年轻——在1998年,科学家致力于让60岁的人可以保持40岁的身体状态;而到了2030年,这一潜力将急剧增加,90岁的人可以保持40岁的身体状态。年纪大并不意味着衰老。
而在真正到达这个未来世界、让这一“如果”真正发生之前,我们需要了解、做的还有很多很多。在克利夫兰医学中心名誉首席健康官迈克尔·罗伊森(Michael F. Roizen)博士的新书《不老时代》中,他将会带领我们共同探讨以下这些影响着人类寿命、健康与生命质量的问题:
未来30年,有哪些即将席卷世界的医学突破?
我们能够使老化细胞恢复年轻吗?
仿生器官能够修复或替换我们不健康的身体部位吗?
免疫疗法会是治愈癌症和传染病的关键吗?
基因编辑对减少和消除疾病有哪些影响?
如果一个人90岁却拥有40岁的状态,我们该如何工作和生活?
一、DNA操控
2020 年夏天,弗吉尼亚大学的研究人员有了一项新发现,这项发现可能是治愈最致命的癌症之一的重要一环。
他们发现了某种基因——这种基因与至少某些类型的胶质母细胞瘤有关,会引发一种侵袭性的、几乎会致命的脑癌。该致癌基因对于这种特定类型肿瘤的存活至关重要。在胶质母细胞瘤中,癌细胞依附该基因,以飞快的速度实现生长、转移,最终侵害患者的生命。在小鼠实验中,弗吉尼亚大学的研究人员能够识别该胶质细胞瘤特有的基因,并阻断其活性。效果如何?癌细胞被杀死了,而健康细胞没有受到损害。
尽管要确定涉及该基因的疗法是否可以成功治愈胶质母细胞瘤,我们仍有很长的路要走,但是这项研究使人们关注到另一个关于长寿的有前途的领域——基因治疗和基因编辑。
这些认知都源于“人类基因组计划”,这个计划旨在揭开组成人体基因的几十亿个碱基对的秘密,绘制人类基因组图谱——由字母A、C、G和T所代表的4种化学物质,以碱基对的形式决定了你的一切,从头发颜色到疾病易感性;你的基因序列呢?大约有32亿个上述字母构成的22500个基因,这就是你的个人编码;这些编码包含在23对染色体中,每对染色体分别来自父母双方。每条染色体包含数百到数千个基因,这些基因中有指导蛋白质合成的编码,也有控制细胞生长、发挥作用和生存的编码。
从你被询问家族史的次数中,你就知道,基因会影响你的健康。你的基因决定了你是男性还是女性,你是否容易患癌症或心脏病,或任何其他疾病。但有趣的点就在这里。在这22500个DNA基因中,只有大约1500个基因在任何时候都是“开放”的,这表明我们体内的确有生物开关,这也表明我们可以通过选择生活方式(比如饮食和压力管理)来控制其中80%的基因的开放或关闭。
这些“表观遗传”开关一直是人们讨论或困惑的焦点,涉及我们是否能控制基因的问题。但许多生活方式已经被证实对这些开关有影响。记住,健康的细胞会再造健康的细胞,而不健康的细胞会创造更多不健康的细胞。
为什么我们需要改变基因的开启或关闭呢?有些基因缺陷可能是我们与生俱来的,有些DNA可能会随着时间的推移而受损。随着年龄的增长,我们的周围环境和正常的细胞生理过程会对我们的基因及其开关(表观遗传)造成损害。这种损害在人的一生中不断积累,并且会加速衰老。
所有的癌症都是由一个或多个基因突变引起的。这些突变通常是后天的,但偶尔也会遗传。迄今为止,科学家们已经鉴定出超过560种人类癌症基因。获得性致癌基因突变的最常见原因是细胞分裂过程中的随机DNA“错误”。其他原因包括吸烟、衰老、X光、紫外线辐射、放射性物质、化学物质(如橙剂、石棉)、激素、肥胖和病毒等。
因此,基因异常是癌症和其他一些疾病的主要原因,这意味着基因修复很有可能可以让基因恢复正常。其中一种比较引人注目的方法叫CRISPR/Cas9基因编辑技术。
CRISPR技术曾获诺贝尔奖,它的工作原理类似于生物剪刀:将病毒载体插入人体,以检测有缺陷的基因序列;带有RNA和蛋白质的病毒载体会找到出错的确切位置,然后利用蛋白质将其切割,从根本上消除导致错误信息的基因序列,将其切碎并损毁。这个方案的优点在于:这种技术可以标记并记住它们切割的片段,这样它就可以抵御、消除或改变进一步发展的变异或DNA突变。这项技术有望帮助治疗阿尔茨海默病和其他脑部相关疾病。
人们还有可能对诸多基因进行编辑,这些基因与抑郁症、阿尔茨海默病、药物成瘾、关节炎以及其他导致衰老、不健康和死亡的疾病相关。
与基因相关的潜在的抗衰老方法有3大类:
基因疗法:操控衰老及功能失调的基因,使它们表现得更年轻有活力且能正常发挥作用。
基因编辑:去除引起健康问题的根源基因。
表观遗传编辑:在不改变基因的情况下打开或关闭控制特定基因的开关。
研究界对基因治疗和基因编辑在治疗疾病和抵抗衰老方面的作用寄予了厚望。所有的工作、发展和研究都围绕着一个重要的问题,它同时也为我们带来极大的希望,即如果我们能识别出那些在我们体内犯下了生物“罪行”的“有害”基因,我们能把它们改造成“正直”的细胞公民吗?还是说必须得判它们死刑?
如果我们能做到上述两点中的任何一点,我们将在治疗或预防疾病方面取得重大进展,因为我们将能够改变我们基因的功能,将我们最初认为是命中注定的东西变成可以编辑的东西,甚至可以使这些东西回到原始状态重新启动。
来自加州大学戴维斯分校和圣迭戈分校、哈佛大学、麻省理工学院和其他机构的研究小组已经在动物身上实现了这一点,他们在小鼠实验中实现了这种基因重置,这些经过基因重编程的老鼠与同龄老鼠相比具有较高的衰老程度——将小鼠对蛋白质生产过程的控制状态恢复到和它们年轻时一样即可。
找到需要控制/改变的基因很困难(日本科学家山中伸弥曾因发现这些基因而获得诺贝尔奖),但要将蛋白质生产控制在合适的水平更加困难——虽然打开这些基因开关会让老鼠重新变得年轻,但它们很快就会因这些基因疯长而患上癌症。因此,科学家又在实验室里进行了近14年的研究,直到找到了合适剂量和类型的物质,保证在不增加癌症风险的情况下让老鼠恢复青春。
2019年,科学家报告说,他们通过关闭一种与衰老有关的基因,使线虫的寿命延长了一倍。虽然线虫的寿命只是从3周增加到了6周,但线虫与人类的DNA有21%是相同的,而且线虫有许多与人类共同的生物学基本特征,这些特征对人体来说至关重要,这使得这一研究非常具有探索价值。
现在,一个研究小组整合了缅因州MDI生物实验室、加利福尼亚州巴克衰老研究所和中国南京大学的资源,通过关闭两个基因(IIS和TOR基因),将线虫的寿命延长到了其正常寿命的5倍。如果这种延长寿命的方法也适用于人类,那么有一天人类也将有可能活到400岁。
二、表观遗传学
在2020年底,一项研究表明你可以通过处理某些导致基因表达衰老症状的表观遗传变化,让细胞通过自我修复来逆转眼部衰老,眼睛的视网膜和视神经能够因此而再生。但这一成就的意义不仅仅局限于此,它证明了重编程细胞中的甲基化过程可以让细胞实现自我修复或自我取代。
基因编辑和表观遗传开关调控技术并不完美,但它们正在不断被改进。大约有10000种疾病是由单个基因的单个错误引起的。理论上,我们应该可以通过基因编辑将它们一一消灭。如果你知道基因和错误在哪里,你就可以消除它。另一个重要的观点是,你可以通过选择生活方式来改造自身的基因,从而控制你基因的开关。
但其实,我们一直在改变我们基因的功能或表达方式——像运动和饮食这样的行为在任何时候都会影响我们基因的工作方式,也会影响这1500个基因中的哪一个将被表达(制造它对应的蛋白质)。这就是我们所说的“启动”基因,这样它们就能制造对应的蛋白质。
这意味着人体的某些生物学特征和功能不是固定的,而是可变的,即能够受到外界因素的影响。许多生活方式的选择在基因如何启动以及哪些基因被启动方面发挥着作用,这表明你可以改变你的家族遗传史。虽然有点儿难以置信,但是你很可能不必受到你遗传基因的影响。
现在人们认为衰老——特别是使你衰老的基因——是由一个被称为甲基化和去甲基化的过程启动或关闭的。这个过程可以抑制基因,使它们无法被激活或失效。为什么这很重要?如果衰老是由基因表达而不是基因本身的损伤引起的,那么我们应该能够操纵受环境因素影响的DNA,并将控制蛋白质产生的过程恢复到年轻时的水平。这一假说被称为衰老的表观遗传模型。
拥有控制基因的甲基化和去甲基化能力,你就可以控制基因的启动和关闭。从某种程度上来说,这个过程几乎就像生物学形式的人工智能:你可以操纵自己的基因,让它们按照你想要的方式发挥作用,并改变一些不太好的遗传基因。谁不想拥有这种能力呢?它不仅仅是让你感觉更好,还会延长你的黄金岁月,延续你的年轻状态。无论你的年龄是多少,你都有更长的时间来感受年轻,呈现以及保持年轻状态。
本文选自《不老时代》第五章,经中信出版授权转载,作者:迈克尔·罗伊森、彼得·林内曼、阿尔伯特·拉特纳,译者:孙摇遥