日本分子细胞生物学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)因其“在细胞自噬机制方面的发现”获得了2016年诺贝尔生理学和医学奖。已经有长达50年研究史的“细胞自噬”重新成为耀世娱乐平台登录网址是什么领域的超新星,迎来了科研和资本的双重爆发阶段。
在深入去聊细胞自噬之前,让我们先来明确一组概念:
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Lifespan(预期寿命),指的是人的预期寿命。
Healthspan( 健康 寿命),指的是人可以保持健康状态的时间。
举个例子,如果一个人的Lifespan=80,意思是预期TA可以活到80岁,但TA的Healthspan可能是60岁,这也就意味着TA在60岁之后的20年时间里一直被病痛所折磨,生活质量是很低的。如果我们周围有生病的老人,那这个场景肯定不陌生。
换句话说,当我们说“我们希望可以活得更久”时,我们期待的其实不是更长的Lifespan,而是更长的Healthspan。
Source: Adapted from A. Zenin, Y. Tsepilov, S. Sharapov, et al., “Identification of 12 Genetic Loci Associated with Human Healthspan,” Communications Biology 2 (January 2019).
上面这张图表示了随着年龄的增长,各种疾病(Cancer癌症,Heart attack心脏病,Diabetes糖尿病,COPD慢阻肺,Stroke中风,Dementia痴呆,等等)发生的概率呈指数级上升。可以看到,癌症和心脏病的发生率都在10负一次方(当然,死亡本身也在这个区间),也就是百分之几十这个概率区间,这是相当可怕的。同时,这也意味(从概率上讲)即便你可以治好一种病,其他疾病也依然会以较高概率发生。这也就是为什么很多人(包括科学家/医生们自己)经常会吐槽,现代医学有一种“打地鼠”的感觉,见到什么治什么,其他的就不管了。
但不得不承认,现代医学本身已经是人类历史上的巨大成就,如果这都不够好,还有什么更好的方法么?是否存在什么办法可以规避掉所有这些病痛呢?
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答案是:存在。
几乎所有的病痛都源于我们细胞的“衰老”本身。
在过往的人类历史中,我们都把“衰老”当成一种必然的过程。例如我们常说“生老病死”,例如我们常说“叶落归根”,例如我们常把幼年比喻为春天,青壮年比喻为夏天,中年比喻为秋天,老年比喻为冬天。我们觉得这是一种“天道”,我们知道无数的故事,我们知道秦始皇派徐福求仙访药但终不可得,我们知道帝王炼丹求长生却顶多得到个重金属中毒。
问题是,春夏秋冬固然是天道,但冬天之后又是春天,那我们在衰老的过程中,也可以实现逆转么?
答案可能也是乐观的。
以癌症为例,我们可以定位导致癌症的基因。然而对于衰老,却并不存在所谓的“衰老”基因。或者说:
衰老本身并不是“生来注定”的
There is no biological law that says we must age* – Professor David Sinclare
或者说,衰老是一种疾病,而不是所谓的“天道”。既然是病,那就可以治。
就最近的分子生物学前沿的一系列突破性进展而言,人们日常感受到的衰老和疾病都是细胞衰老(Aging)本身导致的九大“标志性事件”(nine hallmarks) 的表征,它们包括:
1. DNA损伤导致基因组不稳定 | 2. 端粒体磨损 | 3. 控制基因是否表达的表观基因组的改变 |
4. 健康蛋白质维持能力的丧失,即蛋白变性 | 5. 由代谢变化引起的养分感应失调 | 6. 线粒体功能障碍 |
7. 衰老的僵尸样细胞积聚,使健康细胞产生炎症反应 | 8. 干细胞衰竭 | 9. 细胞通讯的改变和炎症因子的产生 |
Source:Lifespan,Professor David Sinclare
再说的直白点,这些问题是表现,而不是原因。
那么,好奇宝宝们就要继续追问了:细胞衰老的底层原因是什么?
信息丢失
准确点说是“表观基因组”的信息丢失。
大家平时熟悉的概念是“基因”,基因是记录每个人信息的基础单位。而“表观基因组”决定的是基因如何进行表达的。基因是相对稳定的,不太容易发生变化,而“表观基因组”是很容易受到外界环境变化影响的。这也就是一对同卵双胞胎,如果生活的环境差异比较大时,他们的外貌会产生非常大的差异。TA们的基因依然相同,但表观基因之间有了巨大的差异。
Photo by Craig Adderley from Pexels
“表观基因容易受到环境影响”这个机制本身导致了衰老现象的产生。
再深入来讲,其实,也并不存在所谓的“衰老”。“衰老”所导致的各种人体特征仅仅是表观基因没有正常运转而导致的“表达错误”。这有点类似于我本来想和你说“很高兴见到你,今天天气真好啊”,但是我却说成了“很搞型见刀你,禁天田其臻豪啊”。 (假设不存在“外国人”概念)
嗯,我说错了,但你会觉得“这家伙是不是老糊涂了”。
从香农的信息论角度看,就是“信息的丢失”。
对,这就是衰老的本质。
Survival Circuit
接着提问:如果保证表观基因的正常表达,是否就可以不衰老了?
基本上可以这么说。但要如何实现,还需要进一步深入到细胞的内部去找答案。
生物化学前沿科学家们发现在几乎所有真核细胞生物都有自己的“生存回路”(Survival Circuit)。
所谓生存回路,就是指当细胞发现自己的基因出问题后,会暂时禁止细胞分裂,因为这个时候分裂就会出现有问题的子细胞。同时释放化学物质去修复自己的基因。
以上动作都是由表观基因组来控制的。
但是,随着年龄的增长(例如进入中年之后)或者外界压力过大(例如周边其他衰老细胞释放毒素,或者长期吸烟和饮酒分别导致的肺部细胞和肝脏细胞压力过大,或者接受过强射线照射等),DNA损伤就会增加,表观基因组控制的生存回路会出现过载。
过载导致的直接结果就是压力未被排除,基因未被修复,表观基因释放出的化学物质未回归原位的情况下, 细胞就继续分裂了。并且是在某个基因应该被打开但是却关闭了的情况下分裂了,是在某个基因应该被关闭但却打开了的情况下分裂。
是啊,一切都乱套了。
在Lifespan这本书中,David Sinclare教授举了个听上去疯狂但却真实的例子:
一组衰老的表皮细胞由于表观基因组的紊乱,从原来100%都是表皮细胞变成了90%表皮细胞和10%其他细胞的混合体,在这10%的其他细胞中有可能存在神经元细胞,也有可能存在肾脏细胞。
Source:Lifespan,Professor David Sinclare
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既然找到了理论基础,那究竟如何控制表观基因的表达,如何控制生存回路的工作呢?
如果把耀世娱乐平台登录网址是什么的科学研究比作赛道,那么此时此刻,在世界各地,有多个赛道正在如火如荼的彼此竞争着。
1.NMN
目前最火的可能是NMN/NAD概念,某A股上市公司今年7月份在NMN概念下市值单月暴涨125%就是个非常好的例子。
简单来讲,NMN/NAD火是因为:
2013年,David Sinclair在《细胞》上发文:用NMN提升NAD一周后,22个月大的小鼠(相当于人类60岁)和之前判若两鼠,与6个月大的小鼠(相当于人类20岁)在线粒体稳态、肌肉健康等关键指标上有着相似水平。
2016年哈佛大学医学院David Sinclair教授研究发现:相当于人类年龄70岁的小鼠服用NMN一周后回到20岁的状态,并且寿命延长了20%。NMN改善衰老指标的研究几乎得到了Nature、Science 、Cell等众多权威科学杂志的支持。
并且,NMN的研究的主要阵地在美国顶级高校,结合美国强大的资本化能力,逐层传导,导致目前市面上NMN/NAD产品遍地都是。价格从¥200+到¥20000+不等,眼花缭乱。
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除了NMN/NAD,还有如二甲双胍、雷帕霉素等药用品,也被不断证明对于衰老过程有着强大的影响力。只不过如二甲双胍是标准药用品,如果你不是糖尿病或者糖尿病前期,是没办法从医院之外的地方获得的,这就大大限制了面向普通消费者的商业化运作。
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科学界最具权威的期刊之一《Nature 自然》在今年(2020)5月28日,于Nature Reviews-Drug Discovery 发布了综述文章 The quest to slow ageing through drug discovery ,总结了目前13种最热的耀世娱乐平台登录网址是什么物质及其在衰老表征中的作用和表现,如下图所示:
我们可以看到,除了刚才提到了的NNM/NAD以及雷帕霉素和二甲双胍,有一个物质能够覆盖的衰老表征是最全面的,它就是亚精胺。
绕了这么一大圈,我们终于可以来聊聊细胞自噬和亚精胺了。
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缘起
1963年,比利时化学家 克里斯汀·德·迪夫发现并命名了细胞的自噬作用(Autophagy)。1974年德·迪夫因发现细胞内结构及功能性器官,即溶酶体(自噬作用的主要载体)和过氧物酶体,而与另外两位科学家共享了该年度的诺贝尔生理学或医学奖。
1990年代,日本科学家大隅良典因“对细胞自噬机制的发现”(通过对上千个酵母菌变异体的研究,找到了15个自噬作用的关键基因)获得2016年度的诺贝尔生理学或医学奖。
进入21世纪,关于细胞自噬的研究逐年走高。
目前,细胞自噬已经成为耀世娱乐平台登录网址是什么和疾病治疗领域的前沿阵地,有数百个科学团队正在进行相关的研究。
词法
细胞自噬的英文是Autophagy。
Autophagy = Auto(希腊语auto,表示“自己,自身”)+ phagy(源自希腊语“phagein”,表示‘吃’)。
也就是细胞自己吃自己。
作用
那么,自己吃自己,吃的究竟是啥?
如下图所示:
自噬作用把细胞垃圾和蛋白质废物进行回收并重新分解为氨基酸、脂肪酸、糖类和核苷酸。
可以说,**“环保”**这个词真的是被写入每个人的基因里了(甚至是所有的“真核生物”)。
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而细胞自噬所对应的“耀世娱乐平台登录网址是什么”效果,也就是从这个过程中体现出来的。
当细胞处于年轻有活力的状态下,自噬作用可以顺利的实现这种垃圾回收再利用的过程。而年老的细胞则由于自噬效率下降,导致细胞废物堆积如山,从而导致细胞受损,恶性循环,出现各种衰老的特征。最严重的情况下,衰老的细胞甚至会变成所谓的“僵尸细胞(Zombie Cells),不仅自己出问题,还会向周边的细胞释放毒素,影响周围正常的年轻细胞。
那逻辑就比较清楚了:如果人体细胞可以一直保持正常而高效的自噬作用,就可以抗衡外部压力和内部废物的堆积,从而达到“耀世娱乐平台登录网址是什么”的效果。
如果上面的解释依然太“掉书袋”,那让我们打一个比方来更好得理解细胞自噬:
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想象一下你住在一个杂乱无章的小屋中,并用壁炉为小屋供暖。
你的小屋里到处都是破烂的木制家具,可以扔到壁炉里当燃料,但是相反,你非要留着破损的家具,然后继续跑到外面去拿柴火。 由于你的小屋很杂乱,你为了执行日常任务的效率就会变慢,你必须在破损的家具中间穿行,甚至这些破家具会将其他乱七八糟的破烂儿藏在里面。 有一天,一场暴风雪来了,你不能跑出去拿柴火了,于是你别无选择,只能在小屋中开始清理那些破烂儿。 首先,你会将损坏的木质家具扔到火中。你扔进去的破家具越多,你在小屋里的移动效率就会越高。随着移动效率的提高,还可以找到更多的破家具,如此循环,从而建立一个整洁的井井有条的环境。 暴风雪终于结束了,你屋子里的杂乱无章也被你终结了。整个世界清静了。你的小屋也可以接受进一步的升级和优化。
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但是,假设你没有做那些清理工作,你的小屋依然会乱七八糟杂,并且这时有一只老鼠偷偷溜了进来。这只老鼠绝对是个不速之客,它身上还带着跳蚤和虱子。如果你的屋子杂乱无章,你就看不到老鼠,或者看到了也因为行动快不起来而抓不住。跳蚤和虱子会破坏你屋子里的其他东西,甚至让其他东西上长出更多的跳蚤和虱子。如果你的屋子不这么乱,你就可以快速的抓到老鼠然后把它扔出去,从而避免造成任何损失。
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清理屋子并把破烂家具拿来燃烧生成能量的过程就是自噬过程。屋子就是你的细胞,破烂家具是那些没用的蛋白质。细胞自噬可以使细胞实现自我更新并保持最佳状态工作。
自噬是介导溶酶体中细胞成分分解(将木头放入壁炉中)并确保功能失调的蛋白质和细胞器(破烂家具、老鼠、跳蚤、虱子)被清除的过程。细胞损伤会激活自噬,尤其是在细胞饥饿(例如采用轻断食)的状态下运行效率最高,这时细胞会重新分解利用其自身的成分/蛋白质来获取能量(首先从不需要的蛋白质开始)。
简而言之,自噬可以缓解不同类型的细胞面对的生存压力。
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既然细胞自噬这么牛,那我们有什么方法可以激活自噬呢?
日常生活中最好的方式是:间歇性断食。(注意,间歇性断食,不是断食,更不是绝食或者辟谷)
呃…这就有点头大了。
首先,不是所有人都适合断食,例如孕妇,或者年级较大人群、体重过低人群、有心血管疾病人群;又或者容易低血糖的同学们,断食一会儿,直接晕倒。
此外,即便是健康正常的人,想要执行间歇性断食,也最好在专业营养师的指导下来进行,否则也容易损害健康,更不建议去参加什么辟谷营,搞来搞去可能直接把基础代谢给弄紊乱了。
那有什么其他方式可以激活细胞自噬么?
答案呼之欲出,它就是“ 亚精胺 ”。
亚精胺于1927年被发现,但直到2009年亚精胺才被发现可以有效激活细胞的自噬作用。内源性物质亚精胺是一种多胺,它存在于每个细胞中。它的“内源性”意味着人体是可以自行合成亚精胺的。但随着年纪增大,人体生成亚精胺的能力会下降;同时,由于(前面提到的)各种细胞压力增大,细胞出现过载,亚精胺且越来越就不够用了,因此我们的自噬作用也会变弱。
这时,我们就需要通过外源性的物质来补充亚精胺。富含亚精胺的食物有小麦胚芽、鸡肝、鸡心和牛肠。
但从日常的食物中补充亚精胺也是有难度的。以小麦胚芽为例:
首先,小麦的日常的加工中,胚芽部分基本都被去除掉了,最后的成品都是各种精致米面。
那你会说,“我吃全麦面包”可以么?也不容易。因为加工工艺的原因,即便是全麦,亚精胺成本其实也所剩无几,再加上平均含量较低,你可能每天得吃几斤全麦面包,也未必真的就补充够了。
那么最后剩下的一条路就只剩膳食补充剂了。
之前提到,由于美国的资本加持能力强造就了NMN的火爆;而亚精胺的研究主要在欧洲,尤其是德语区柏林Charité 大学医学中心的Christoph Drosten教授(SARS病毒的共同发现者之一,并且首批研发出SARS病毒诊断方法)和奥地利格拉茨大学的Frank Madeo教授及其团队。
第一款投放市场的亚精胺补剂是The Longevity Labs家的spermidineLife®。目前在小米有品和京东国际都有官方正品销售。
Source:The Longevity Labs
由于亚精胺直接激发细胞自噬,所以它有点“耀世娱乐平台登录网址是什么领域的阿司匹林”的意思,除了耀世娱乐平台登录网址是什么本身外,可以给人带来的益处………有点……..多到让人咋舌。目前已经通过人体或动物实验被验证的包括:
- 心血管健康
- 骨骼、关节和软骨
- 免疫系统
- 肝功能
- 毛发再生
- 等等等等
Source:The Longevity Labs | 亚精胺可以支持的健康优化领域:神经退行性疾病,心血管,骨骼关节和软骨,肌肉,肥胖,毛发,肝功能,免疫系统等
当然,必须要申明的是:这世界上没有万灵药;并且,不管谁家的产品,亚精胺补剂也不是药,如果想取得最好的效果,还是要配合良好的生活方式。
如果你期待每天抽几十根烟,然后想靠亚精胺刺激你的细胞自噬,就把你抽进身体里的有害物质都排干净,那也是想多了。
耀世娱乐平台登录网址是什么的科学研究就在出现突破性进展(breakthrough)的前夜,首先你需要先活到那个时候。
祝你有健康的生活方式,也祝你在未来拥有健康长久的Healthspan~