为什么有些人比其他人活得更长?我们的 DNA 序列中的基因很重要,有助于避免疾病或维持整体健康,但单凭基因组序列的差异,无法解释人类预期寿命自然差异的 30% 以下。
探索衰老在分子水平上是如何受到影响的,可以揭示寿命变化,但以研究人类寿命变化所需的速度、规模和质量生成数据是不可行的。因此,研究人员转向了蠕虫(秀丽隐杆线虫)。人类与这些小生物有很多生物学上的共同点,它们的寿命也有很大、自然的差异。
基因组调控中心 (CRG) 的研究人员观察了生活在受控环境中的数千条基因相同的蠕虫。即使所有蠕虫的饮食、温度和接触捕食者和病原体的情况都相同,许多个体的寿命仍会比平均寿命更长或更短。
研究将这种变异的主要来源追溯到生殖细胞(参与生殖的细胞)和体细胞(构成身体的细胞)中 mRNA 含量的变化。随着时间的推移,这两种细胞之间的 mRNA 平衡被破坏或“脱钩”,导致某些个体的衰老速度比其他个体更快。研究结果今天发表在《细胞》杂志上。
研究还发现,脱钩过程的规模和速度受到至少 40 种不同基因的影响。这些基因在人体中发挥着从新陈代谢到神经内分泌系统等多种不同的作用。然而,这项研究首次表明,它们相互作用,使某些人比其他人活得更长。
敲除一些基因可以延长线虫的寿命,而敲除其他基因则会缩短寿命。研究结果表明了一种令人惊讶的可能性:衰老线虫的自然差异可能反映了许多不同基因活动的随机性,使得个体看起来好像受到了许多不同基因的敲除。
“线虫能否存活到第 8 天或第 20 天取决于这些基因活性的随机差异。有些线虫似乎只是运气好,它们在正确的时间激活了正确的基因组合,”论文第一作者、基因组调控中心研究员 Matthias Eder 博士说。
敲除三个基因——aexr -1、nlp-28和mak-1——对寿命差异产生了特别显著的影响,将范围从大约8天减少到只有4天。去除其中任何一个基因都会大幅增加较低寿命线虫的预期寿命,而不是均匀地延长所有个体的寿命,而寿命最长的线虫的预期寿命则基本保持不变。
研究人员观察到了对健康寿命(健康度过的生命时间,而不仅仅是一个人身体存活的时间)的相同影响。研究人员通过研究线虫保持剧烈运动的时间来测量这一点。只需敲除其中一个基因就足以不成比例地改善健康寿命较低线虫的健康衰老。
“这并不是要创造永生的蠕虫,而是要让衰老过程比现在更加公平——对所有人都更加公平。在某种程度上,我们做的和医生做的一样,就是把比同龄人早的蠕虫改造得更健康,帮助它们更接近最大潜在寿命。但我们是通过针对衰老的基本生物机制来实现的,而不仅仅是治疗患病的个体。这本质上是让人口更加同质化,寿命更长,”这项研究的资深作者、基因组调控中心组长 Nick Stroustrup 博士说。
这项研究并没有解释为什么敲除这些基因似乎不会对线虫的健康产生负面影响。“在一定年龄后,几种基因可能会相互作用,提供内置冗余。也可能是这些基因对于生活在实验室中良性、安全条件下的线虫来说不是必需的。在野外恶劣的环境中,这些基因可能对生存更为关键。这些只是一些可行的理论,”埃德博士说。
研究人员通过开发一种测量不同细胞和组织中 RNA 分子的方法,将其与“寿命机器”相结合,获得了这一发现。“寿命机器”是一种可以同时跟踪数千条线虫整个生命周期的设备。线虫生活在机器内的培养皿中,在扫描仪的监视下。该设备每小时对线虫进行一次成像,收集大量有关其行为的数据。研究人员计划建造一台类似的机器,以研究小鼠衰老的分子原因,小鼠的生物学特性与人类更为相似。