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关于细胞衰老原因的假说

以往人们对衰老的研究主要局限于生理学范畴，如观察到衰老时心脏搏出量减少，神经传导速率减缓，等等。近十余年来，随着细胞生物学和分子生物学的飞速发展，人们开始从分子层次探讨衰老的原因和本质。虽然衰老机制的研究是当今生命科学研究的一个热点领域，也取得了不少进展，但是由于衰老的原因非常复杂，许多研究至今还是停留在假说阶段。

遗传决定学说 认为衰老是遗传上的程序化过程，其推动力和决定因素是基因组。控制生长发育和衰老的基因都在特定时期有序地开启或关闭。控制机体衰老的基因或许就是“衰老基因”。长寿者、早老症患者往往具有明显的家族性，后者已被证实是染色体隐性遗传病。这些都促使人们推测，衰老在一定程度上是由遗传决定的。

氧化损伤学说 早在20世纪50年代，就有科学家提出衰老的自由基理论，以后该理论又不断发展。自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团，普遍存在于生物体内，种类多，数量大，是活性极高的过渡态中间产物。自由基的化学性质活泼，可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂质等大分子物质，造成氧化性损伤，结果导致DNA断裂、交联、碱基羟基化，蛋白质变性失活，膜脂中不饱和脂肪酸氧化而流动性降低。正常细胞内存在清除自由基的防御系统，包括酶系统和非酶系统，前者如超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT），谷胱甘肽过氧化物酶；非酶系统有维生素E，醌类物质等。实验证明，SOD与CAT的活性升高能延缓机体的衰老。研究人员将SOD与CAT基因导入果蝇，转基因果蝇中酶活性显著升高，平均年龄和最高寿限有所延长。但也有研究对SOD等抗氧化因子对衰老的影响提出质疑。例如，有学者将小鼠的谷胱甘肽过氧化物酶基因及SOD1、SOD2、SOD3基因中的一种剔除，结果并未引起衰老的加速。而且，人们在线虫中已发现至少两个与寿命延长相关的基因，它们都与抗氧化作用无关。

端粒钟学说 端粒是染色体末端的一种特殊结构，其DNA由简单的重复序列组成。在细胞分裂过程中，端粒由于不能为DNA聚合酶完全复制而逐渐变短。1990年，科学家测定了不同年龄段人成纤维细胞染色体的端粒长度，结果发现端粒长度随年龄增长而下降；在体外培养的成纤维细胞中，端粒长度也随分裂次数的增加而下降。在这些研究基础上，科学家提出了端粒钟学说，认为端粒随着细胞的分裂不断缩短，当端粒长度缩短到一定阈值时，细胞就进入衰老过程。后来其他科学家又提出了更令人信服的证据。此外，对提前衰老的克隆羊多莉的研究发现，它的细胞中端粒的长度比同龄羊短20%。这些研究表明，端粒长度的确与衰老有着密切的关系。然而一些研究并不支持这一学说，例如，有研究发现某些小鼠终生保持较长的端粒，但并未因此获得较长的寿命。

基因转录或翻译差错学说 随着年龄的增长，机体的细胞内不但DNA复制效率下降，而且常常发生核酸、蛋白质、酶等大分子的合成差错，这种与日俱增的差错最终导致细胞功能下降，并逐渐衰老、死亡。

代谢废物累积学说 由于细胞功能下降，细胞一方面不能将代谢废物及时排出细胞，另一方面又不能将这些代谢废物降解消化，这些代谢废物越积越多，在细胞中占据的空间越来越大，影响细胞代谢废物的运输，以致于阻碍了细胞的正常生理功能，最终引起细胞的衰老。哺乳动物脂褐质的沉积是一个典型的例子。脂褐质是一些长寿命的蛋白质与DNA及脂质共价缩

合形成的巨交联物，它主要在次级溶酶体中形成。由于脂褐质结构致密，不能被彻底水解，又不能排出细胞，结果在细胞内沉积增多，阻碍细胞的物质交流和信号传递，最后导致细胞衰老。老年性痴呆（AD）患者脑内的脂褐质、脑血管沉积物中均有β-淀粉样蛋白（β-AP），因此β-AP可做为AD的鉴定指标。

有关衰老的假说还有很多。近年来，用线虫进行的发育程序与衰老关系的研究取得了显著进展。正常情况下，秀丽隐杆线虫在经历约4 d的幼虫期后进入成虫期，成虫期延续数周后即衰老死亡。但当幼虫遇到不良环境条件时，如虫口过密，食物短缺，幼虫将进入休眠状态达6个月之久；如果环境改善，又可以发育为成虫完成其生活史。遗传分析表明，有两类基因与休眠期幼虫的形成有关，一类是age1和daf2基因，另一类是daf16基因。age1和daf2的正常表达决定了正常的成虫发育；在不良环境里，daf16将表达并使幼虫向休眠期幼虫发育；在某些age1和daf2的突变体中，二者部分表达，其结果是既完成正常成虫的发育，又获得寿命的延长，可延长2～4倍。线虫的特殊发育模式引起研究者们的强烈兴趣，因为这关系到发育方向的决定和寿命的延长。

人民教育出版社生物室 李 红 供稿

2006-03-28 下载：