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甜点辛西娅·肯扬和她的龟龄线虫

2024-03-27 16:25:07
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  辛西娅·肯扬是当今有名生物学家,以商量衰老的分子机造而著称。衰总是人们早已提神到的一个天然征象。换句话说,人们念不提神到它都难。自古往后还没有人可能逃脱老死的运气,除非他正在变老之前就死了。久远往后,人们对衰老的领悟继续很有限。跟着科学办法的利用,人们初步一点一点揭开衰老奥妙的面纱。“不吃糖果,不吃甜点,不吃土豆,不吃米饭,不吃面包,不吃意大利面(不吃的意义是不吃或少吃)。只吃不甜的生果。吃肉、鸡和鱼,吃鳄梨和种种蔬菜,吃坚果,吃奶酪和鸡蛋。每天喝一杯红酒。”

  若是你认为以上是一份有点另类的减肥食谱,那你就猜错了。这是生物学家辛西娅·肯扬(Cynthia Kenyon)的龟龄食谱,纵然它本相上也可能用来减肥。肯扬以商量衰老的分子机造而著称。2011年的丹·大卫奖(Dan David Prize甜点,蕴涵三个奖项,折柳针对过去、现正在和将来三个岁月段)把代表将来的个别授予了加州大学旧金山的肯扬和哈佛大学的盖里·拉夫康(Gary Ruvkun),以奖赏他们正在衰老商量规模做出的功绩。这两位科学家因而均分了100万美元的奖金。?

  衰总是人们早已提神到的一个天然征象。换句话说,人们念不提神到它都难。自古往后还没有人可能逃脱老死的运气,除非他正在变老之前就死了。有些人以为,凡事有生就有灭,这是弗成抗拒的秩序。同时又有些人正在做着永生不老的好梦。但如此的思辨只是翻来覆去地正在原地打转,并没有多少实践的意思。久远往后,人们对衰老的领悟继续很有限。

  自后,跟着科学办法的利用,人们初步一点一点揭开衰老奥妙的面纱。早期衰老商量的发达要紧再现正在进化生物学规模,由于进化论是生物学的一座灯塔,它让人们可能穿透迷雾,跳过简直技能上的局部直达目标。英国博物学家华莱士(Alfred Russel Wallace)是已知最早提出合于衰老的进化题目标科学家,但第一个真正下手商量衰老进化的是德国进化生物学家魏斯曼(August Weizmann)。魏斯曼一经以为晚年个另表仙游可能给年青个别让出更多的空间和资源,因而对一切物种的保存有利。然而,这一看似合理的假设恰好违背了天然采选道理。魏斯曼自后放弃了这一假说。衰老使生物体的心理性能周至降落,它自身明白不或者是天然采选保存下来的上风,而只或者是其它上风的副产物。经由米德瓦(Peter B. Medawar,1960年获诺贝尔心理医学奖)、威廉姆斯(George C. Williams)、汉密尔顿(William Donald Hamilton)等伟大的科学家们一系列的尽力,合于衰老的经典进化生物学表面慢慢筑筑并取得圆满。

  从进化的角度看,生物的生殖才智越强,寿命越长就能留下越多的后世。不表龟龄和生殖都不是免费的午餐。生物体需求去平均二者的相干,把有限的资源合理地分拨,材干抵达甜头最大化。人们把这种征象称为“量度”(trade off)。由此不困难出,生计正在卑劣情况中的动物方向于更早更速的孳生,由于它们大批并不行活到晚年,龟龄对它们来说是没居心义的;而生计正在宽松情况中的动物则更方向于龟龄。进化生物学表面可能告捷地注明很多衰老相干的题目,但它并不行告诉咱们衰老的机造,也即是说,生物是何如衰老的。既然不领会衰老的机造,人们也就无法选取门径去延缓衰老。商量者们通过“强造晚育”的人为采选取得了寿命明显变长的果蝇,但这并不是让夭殇的果蝇变得龟龄了,而是把它们都减少掉了。合于衰老的机造,科学家们提出了多种假说,不表目前还没有哪一种分表令人写意。上世纪七八十年代往后分子生物学技能的速捷发扬让生物学的很多门类都进入了一个全新的期间,衰老也不不同。而这回,就轮到肯扬大放异彩了。

  1954年辛西娅·肯扬出生于芝加哥,自后他们全家搬到了佐治亚州的雅典。辛西娅的父母都正在佐治亚大学使命,父亲是地舆学讲授,母亲是物理系的治理职员。儿时的辛西娅一经念当一个音笑家。自后她就读于佐治亚大学的英文专业,那时的她又念成为一个作者。她一经试图通过读幼说来明晰天下——这明白并不是一个很好的途径甜点。辛西娅一经一度陷耽溺茫。一天,她的母亲送给她一本沃森(James D. Watson,1962年获诺贝尔心理医学奖)的《基因分子生物学》(Molecular Biology of the Gene)。这个看似无意的事故从此蜕化了辛西娅的人生轨迹。沃森的著述激起了她本质深处的灵光,分子生物学恰是她需求的寻谋事物毕竟的理念办法。辛西娅转到了生物化学专业,并于1976年以优异的功劳结业。之后,辛西娅去了麻省理工学院读商量生,商量大肠杆菌DNA毁伤和修复流程中的基因表达。一走上科学这条平坦通衢,辛西娅马上显出了杰出的天性。她正在商量生阶段就做出了要紧的察觉。功夫,她发布了三篇商量论文,此中有一篇正在《天然》(Nature)杂志上。因为肯扬日后的效果太大,她早期的功绩曾经少有人提及,反倒是另一件非学术的事故更引人属目极少。那即是辛西娅·肯扬与线虫的再会。

  肯扬所正在的实行室与赫尔维茨(H. Robert Horvitz)的实行室相邻。那时的赫尔维茨照旧一位年青的科学家。肯扬正在赫尔维茨实行室里见到了奇妙的秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)。肯扬和线虫一见钟情,决策从商量细菌转到商量线虫。不表她并没有简便地搬到隔邻的赫尔维茨实行室,而是直接到英国剑桥大学投到了赫尔维茨的先生、线虫生物模子的祖师爷布伦纳(Sydney Brenner)的门下,成了布伦纳的一名博士后。2002年布伦纳、赫尔维茨以及布伦纳的另一位学生苏尔斯顿(John E. Sulston)得到了诺贝尔心理医学奖。肯扬正在布伦纳实行室从事发育生物学方面的商量。她一初步并没有提神到年迈的线虫,由于线虫孳生很速,一条线虫正在变老之前就曾经袪除正在它的后世的海洋中,找不到了。有一次肯扬培植一株生育率极低的线虫,她把一个培植皿放正在培植箱里忘了措置。几个礼拜后,这些线虫曾经是行迁就木了。因为这些险些不育的线虫只生育了极少的后世,它们依然可能被别离出来。当肯扬再看到它们时,这些虫子确实曾经分表老了,它们身体皱缩,举动慢慢,尽管从没见过线虫的人也能看出它们是极少年迈的虫子。肯扬觉得有些伤心,并念到己方来日也会变老,然后她又念她可能商量这些,找到左右衰老的基因甜点。

  1986年,肯扬脱离布伦纳实行室,并正在加州大学旧金山找到了教职,无间发育生物学方面的商量。肯扬的奇迹发展得分表告捷。初步的几年中,她的实行室商量线虫早期发育中的形式变成(pattern formation),接连正在《细胞》(Cell)和《天然》等杂志上发布了数篇著作。然而,发育生物学规模的告捷并没有衰弱肯扬对衰老的兴致,她继续都念发展衰老方面的商量。

  1930年代人们察觉裁汰热量摄入可能耽误啮齿动物的寿命。这一征象的来源并不领会,寻常的注明是食品缺乏让动物把更多的资源用于身体的庇护而非生殖。1970年代,科罗拉多大学克拉斯(Michael Klass)的商量显示,节食能耽误线虫的寿命并下降它们的生殖力。之后,他又察觉低温也能耽误线虫的寿命。克拉斯下手筛选影响寿命的突变,并取得了极少龟龄的品系,但他并不认为这些突变很居心理,由于它们正在龟龄的同时又伴有摄食阻碍。克拉斯以为这实践上是因为节食导致的龟龄。尔后,另一位科学家约翰逊(Tom Johnson)也取得了极少龟龄突变。同时他也遭遇了和克拉斯相像的题目——这些线虫的生殖力比野生型低得多。依照当时人们普通采纳的进化生物学表面,生殖和寿命之间存正在一个量度,生殖力低的个别或者把资源省下来撑持更长的寿命。因而这个突变或者是通过下降生殖力间接地耽误了线虫的寿命。

  克拉斯和约翰逊囿于守旧的观点都没有获得更大的发达,肯扬却有着己方独到的领悟。1960年代,黑弗里克(Leonard Hayflick)察觉寻常细胞的盘据次数存正在一个上限,这即是有名的黑弗里克界线(Hayflick limit)。肯扬以为这一征象提示了生物体内部有一个“人命计时器”(life timer)。正在发育生物学的商量中,肯扬实行室和其他极少实行室察觉有些基因的性能正在进化上隔断很远的物种的发育中出乎预见的落伍。肯扬猜念既然衰老——宛若发育——也是生物界寻常存正在的征象,那么也会有一个比力通用的调控机造,这些机造是由极少基因调控的,因而通过蜕化这些基因的活性就能蜕化寿命的是非。

  当时,人们多人以为衰总是一种被动的流程,就像鞋子被穿破了相通。因为衰老对生物体的保存倒霉,进化不会给与物种一套衰老的机造。然而,基于正在麻省理工学院时商量细菌时的体验,肯扬明白尽管是倒霉的心理征象也或者是由基因左右的,例如紫表线惹起的DNA突变就需求特定基因的参加。总之,肯扬确信通过商量衰老可能察觉新的要紧秩序。

  但是,不单科学家们不看好肯扬的构念,商量生们也谢绝许做衰老方面的商量。肯扬很容易找到容许做发育的学生,但继续没有人容许做衰老。直到1992年结果有一个轮转(rotation)的商量生批准做衰老方面的课题。实行实行得很胜利,但这个商量生照旧谢绝许无间。之后又由其他轮转的商量生接着做。这些商量生自后都没有采选留正在肯扬的实行室。因为参加课题的全是短期轮转的商量生,当了好几年“老板”的肯扬不得不亲身操刀上阵,比学生做的实行还多。结果发布时,肯扬是论文的第一作家,而寻常的情景是学生或博士后是实行的要紧结束者,导师的名字放正在结果。论文发布正在1993年的《天然》杂志上。这篇惟有短短三页的论文开启了用新颖分子生物学方式商量衰老的新期间,而且成了这一规模的经典。

  这项商量中,肯扬等察觉了daf-2基因的突变可能使线虫的寿命耽误到两倍以上。龟龄原先如斯简便,简便到只需蜕化一个基因!他们还察觉正在这一流程中daf-16是一定的,若是daf-2和daf-16同时突变则线虫的寿命不行耽误。如此,一个调控寿命是非的信号途径有了大致的轮廓,初度闪现了衰总是可能被基因调控的。这些龟龄线虫的生育才智稍微有些降落,但肯扬以为线虫寿命的耽误背后有它的一套机造,而不单是生殖力降落的简便回馈。他们用激光捣蛋了线虫胚胎中生殖编造的前体细胞,让这些线虫长玉成部不育的个别。然而这些线虫的寿命跟野生型并无差异。这起码声明纯正的下降生殖力并不行让生物体把省下来的资源用于撑持更长的寿命。而正在此后的商量中,又有差另表实行室独立察觉了拥有寻常生殖力的daf-2突变的龟龄线虫。

  肯扬的实行结果如同和量度表面产生了冲突,但实践上二者并没有根蒂的冲突。这些龟龄线虫固然有和野生型相当的生殖力,但这只是正在实行室的培植情况里,它们正在线虫的野生情况中不必定有很强的角逐力。若是把它们放到野生情况中,它们很或者会被减少。而前述的通过强造晚育取得龟龄果蝇的办法同样也涉及情况的蜕化——让早生速生变得没有上风。除了寿命长,肯扬的龟龄线虫和那些龟龄果蝇再有不少一样的特性,因而它们很或者拥有相像的变异。只不表一个相当于守旧育种,一个相当于新颖育种。近年来又有商量证明,通过合理调配炊事中氨基酸的比例,能让节食的动物也具有寻常的生殖力。量度只是特定物种正在特定情况中受到的局部,若是情况蜕化了,量度将不再居心义。有些人以为耽误寿命一定导致生殖力降落,这是不对理的。肯扬继续不心爱量度的说法。与正在学术论文中的留意立场差别,肯扬面临媒体更斗胆极少。她一经表现,所谓的量度是瞎扯。

  合于衰老机造的表面多种多样,但根本上可能归为“被动表面”和“主动表面”两类。被动表面以为衰总是因为舛错和毁伤的积蓄形成的,而主动表面则以为存正在基因调控的衰老步伐。肯扬明白方向于主动表面。例如被动表面以为节食下降了代谢率,裁汰了自正在基的发作,进而裁汰了对机体的毁伤,因而可能延缓衰老;肯扬则以为节食激活了某些抗衰老的信号途径,若是采用其它办法激活这些途径,则不必节食也能抵达延缓衰老的目标。

  明白,被动表面与进化生物学之间的相干更谐调。原来主动表面和进化生物学也并非不行调解,只是其间的逻辑更精美,不像前者那样直观。

  也许肯扬的视力太超前了,一初步人们并没居心识到她这些察觉的意思。当肯扬告诉拉夫康daf-2突变的线虫很龟龄时,拉夫康说:“衰老?你是说你们商量老虫子吗?”不表行为一个精巧的科学家,拉夫康很速醒悟而且也初步商量衰老,自后他成了肯扬最要紧的角逐敌手。

  拉夫康实行室率先确定了daf-2的基因序列,并于1997年正在《天然》上发布。让人们觉得震恐的是,daf-2编码的卵白是人类胰岛素和-1(IGF-1)的受体的同源卵白。胰岛素是一种正在进化中相当落伍的激素,它正在糖代谢中起到至合要紧的感化,同时它又是要紧的滋长因子,可能和拥有酪氨酸激酶活性的受体连合,激活一系列的细胞信号。但是,强迫胰岛素/IGF-1的信号途径果然可能耽误寿命。人们未免会有些可疑,起码认为这个察觉不太有利用代价,由于若是强迫了胰岛素途径,也许咱们还没等龟龄就先得了糖尿病。

  然而,越来越多的商量显示正在线虫、果蝇和幼鼠等差别实行动物中,很多胰岛素/IGF-1途径中卵白的突变都能蜕化动物的寿命。况且,正在实行室除表也有相像的证据,例如寻常体型幼的动物代谢速,寿命也相对较短,但幼型狗的寿命却比大型狗的寿命长,而幼型狗之于是体型幼,即是由于IGF-1基因的突变。以至,活着界限造差别人种中也察觉极少龟龄家系与daf-16同源卵白的变异相合。

  从1997年起,衰老的商量须臾变得热点起来。不仅胰岛素/IGF-1途径取得了更深刻的商量,其它与寿命相干的途径也一连被察觉。通过差别突变的组合,线虫的寿命一度被耽误到野生型的6倍,自后又耽误到了10倍。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的寿命也被耽误到了10倍以上。

  不表,“上等”动物中的情景就没有这么理念了,目前幼鼠的寿命只可被耽误10-20%。一方面,哺乳动物体例的实行比线虫体例的难度大,况且哺乳动物的寿命又比线年——商量哺乳动物寿命的岁月本钱也就高得多。这些都限造了哺乳动物寿命的商量。另一方面,也很难设念人类的寿命能像线虫那样被耽误几倍。当然,对人类如此龟龄的动物来说不必几倍,20%就曾经极为壮丽了。

  肯扬对耽误人类的寿命继续相当笑观,她以为人和线虫正在分子生物学程度上分表一样,正在线虫中的察觉来日很或者正在人类中利用。这意味着人类的寿命将正在很大水准上被耽误,更要紧的是年青的岁月变长了,衰老被周至推迟。你不必操心由于龟龄而受到晚年痴呆或白内障等晚年病的磨难,人们的退歇岁月也大大推迟,社会的掌管并不会加重。也即是说,人的寿命变长了,但生齿老龄化反而减轻了。这如同是天上掉馅饼的低贱事,不表太空遨游、、互联网等等也一经都是些天上的馅饼,肯扬的梦念也未必不行达成。

  有人不无嘲弄地说,科学家们能让实行动物的寿命耽误数倍,却不行让人耽误哪怕几年的寿命。这么说难免有些委曲。医学的发扬曾经况且依然正在持续地耽误人类的寿命,而现正在衰老的底子商量来日也必定会让人们受益。肯扬并不单是“夸夸其道”,正在科研除表,她还参加组筑了一个名为Elixir的公司(Elixir是永生不老泉的意义),研发抗衰老药物。肯扬表现,衰老不是一种病,FDA不会照准调理衰老的药物,可是可能开辟极少通过阻断衰老途径来调理糖尿病、肥胖等晚年病的药物。

  正在生计中肯扬也身体力行,欲望己方能尽量仍旧年青的状况。不表目前可供采选的办法并不多。看待康健人当然不行像对实行动物那样蜕化基因,药物中已知雷帕霉素(rapamycin)可能耽误蕴涵幼鼠正在内的多种动物的寿命,但雷帕霉素是一种免疫强迫剂,正在随地都是病原体的天下上服用免疫强迫剂明白不是明智的采选。最好的办法照旧从平日饮食上入手。险些全数的科学家都笃信节食会像耽误幼鼠寿命那样耽误人的寿命。美国国立卫生商量院衰老商量所的迈特森(Mark Mattson)即是一位对峙吃低热量炊事的科学家。肯扬也一经试过低热量炊事,但她无法忍耐继续的饥饿,最终她决策采用低糖炊事,这即是咱们正在篇头看到的食谱。糖代谢正在物质与能量代谢中攻陷中央地方,况且糖代谢的途径正在进化中分表落伍。肯扬的商量显示正在线虫炊事中增添葡萄糖会使其寿命缩短。摄入糖类会刺激机体渗出胰岛素,而裁汰糖类的摄入则可能下降胰岛素途径的活性,或者起到强迫衰老的感化。也即是说“吃得甜,活得短;少吃糖,活得长”。别的,喝红酒是由于此中白藜芦醇(resveratrol)的含量是平日饮食中最高的。目前已有极少商量表认识藜芦醇可能耽误实行动物的寿命。肯扬对己方的食谱相等写意。她说血脂正在200以下都是寻常的,而她己方的惟有30,她还仍旧者大学时的体重,她感触到像幼孩子相通充满生气。

  肯扬没有忘了告诉人们这个食谱的后果并没有取得阐明,她也不举荐别人采用。这原来只是科学家的闻人轶事。肯扬看上去并没有比同龄人更年青,尽管来日她线岁,也不必定是这个食谱的成果。相反,若是肯扬并不龟龄也涓滴不行抹杀她的商量的意思。

  二十多年来,肯扬实行室发布了80余篇商量论文和综述,此中正在《细胞》、《天然》和《科学》(Science)上的论文就有30余篇。普互市量者靠好杂志装门面,而大科学家则是好杂志的门面。肯扬是美国科学院院士和美国艺术与科学院院士。她一经得到过多个奖项,蕴涵前述的丹·大卫奖。肯扬还培植了很多优良的商量者,此中最精巧的是安德鲁·迪林(Andrew Dillin)。迪林正在索尔克商量所从事衰老商量,现已俨然是线虫界最闪光的一颗新星。

  肯扬的商量仍正在坚实地推动,不表近年来并没有太令人震恐的察觉。然而,客岁衰老规模却有一篇石破天惊的论文(又是发布正在《天然》上)。哈佛大学德宾诺(Ronald A. DePinho)实行室通过激活端粒酶的表达让端粒缺陷的早长幼鼠达成了返老还童。固然只是早老的而不是寻常衰老的幼鼠,但起码声明曾经衰老的机体依然有潜力从新变得年青,衰老——久远往后人们心目中的不归程——公然也可能逆转!咱们不明白接下来科学家们还会带给咱们何如的骇怪。也许肯扬手中的衰老商量首级的接力棒不久就会交给其他的商量者,但肯扬的商量正在科学史上仍将具有无可代替的名望。

  若是有一天你和你的伙伴、好友们都已百岁足够,但如故生气四射,尽享人生甜蜜时,欲望你能记住极少科学家的名字,而这此中必定要有辛西娅·肯扬。甜点辛西娅·肯扬和她的龟龄线虫

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