长寿动物的启示:如何帮助人类延年益寿?

|李家劲 2018-01-03 12:40:45 37300 来源:知识分子
摘要:我们对于动物生理机制的理解大都限于果蝇、线虫和老鼠等短寿命动物,长寿动物可能有独特的生理机制亟待发现。目前的假说基于传统生化实验结果,随着基因测序等技术发展将揭示越来越多长寿秘诀。

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 图片:Pixabay.com     

 来源 | 知识分子

 撰文 | 李家劲

 责编 | 陈晓雪


自然界的动物,生活在危机四伏的环境中。然而,即使在如此恶劣的条件下,不少动物依然能拥有比养尊处优的人类更长的寿命。原因就在于它们独特的生理机制。因此,研究长寿的动物可以帮助人类找到延年益寿的办法。


但是,如何定义“长寿”?这个问题并非一目了然。如果我们仅仅关注动物的绝对寿命,即直接观察所得的寿命,那么平均寿命为272岁的小头睡鲨就是世界上最长寿的动物之一。然而,大量的研究表明,动物寿命与体型有一定程度的正相关关系。体长达6米的小头睡鲨之所以长寿,可能只是得益于其庞大体型,而非独特的生理机制。相反,那些体型很小,寿命却很长的动物,才是值得研究的对象。于是,美国Barshop长寿与衰老研究所(隶属于德克萨斯大学圣安东尼奥健康科学中心)的Steven Austad和Kathleen Fischer提出使用寿命商数(Longevity Quotient,LQ),来衡量动物长寿与否。他们使用线性回归方法,根据体重来预测动物的寿命,然后将实际寿命与预测寿命的比值定义为LQ。LQ的平均值为1.0,即实际寿命与预测寿命相等;如果某动物LQ远大于1.0,即实际寿命远远大于预测寿命,则说明长寿。


在《比较病理学》(Journal of Comparative Pathology)2009年上线的一篇文章中,Austad教授测量了65种蝙蝠的寿命商数,发现它们的平均LQ高达3.52,说明它们相当于其它动物寿命的3.5倍左右。相对地,有袋动物、食虫动物和啮齿动物的平均LQ只有0.5。作者假定100岁为人类的平均寿命上限,得到LQ为4.5,表明人类比同样体型的动物长寿4.5倍。LQ能够达到这个水平的只有18种蝙蝠,以及裸鼹鼠。其中,裸鼹鼠的LQ高达5.3,相当于人能够活到122岁。此类超长寿的动物相当值得注意。


裸鼹鼠(Heterocephalus glaber)是一种分布在东非部分地区的的穴居啮齿目动物。它们长期生活在地下,极少与地上世界接触。因此,作为天然屏障的泥土,阻挡了捕食者的入侵,也为裸鼹鼠提供了稳定的生态环境,创造了有利的生存条件。美国生物科技公司Calico 的科学家Rochelle Buffenstein研究发现,无论是否生育过,裸鼹鼠一般都能够活到20岁,十倍于同样大小的老鼠的寿命。而且,裸鼹鼠的死亡率并不会随着年龄增长而升高,而雌性裸鼹鼠也依然保持良好的生育能力。更惊人的是,目前仍未发现有野生裸鼹鼠患癌症。

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这只怀孕的裸鼹鼠已经15岁了。Courtesy of R. Buffenstein.


鼠耳蝠属(Myotis)蝙蝠,俗称小褐蝠,包括87个种,分布在世界各地,包括极寒地带和温带地区。它们的平均体重从不足3克到30克,却有相当长的寿命。其中10种小褐蝠寿命超过10年,有2种小褐蝠寿命超过20年。特别是布氏鼠耳蝠(Myotis brandti),LQ高达9.8,为LQ最高的哺乳类动物。更应该注意的是,目前关于小褐蝠的寿命只有零星数据,所以我们可能低估了小褐蝠的寿命上限。其次,小褐蝠的寿命数据来自于野生小褐蝠而不是实验室饲养的品种,而野生动物往往要面临多种生存挑战,更难存活。因此,小褐蝠的LQ可能更高。不过,由于数据缺乏,我们无法了解小褐蝠的死亡率变化和死亡的主要原因,但科学家猜测捕食能力的下降和疾病感染对衰老的小褐蝠有致命危险。

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布氏鼠耳蝠。图片来源:http://www.fokus-natur.de


目前,科学界大致有4种假说,试图解释动物的衰老与长寿现象。



1 氧化压力



随着新陈代谢的进行,细胞会不断产生有害的活性氧化物质(Reactive oxygen species, ROS),超过了细胞自我修复的速度。于是,细胞受到的氧化损伤会逐渐累积,导致组织退化。然而,这一假设并不适用于所有情况。研究表明,寿命长的动物比寿命短的动物有更多的组织氧化损伤,说明动物寿命与组织氧化并无明确关系。



2细胞老化



美国科学家海弗里克(Leonard Hayflick)曾提出著名的“海弗里克极限”,指出动物的正常体细胞只能进行有限次分裂。这可能是受到端粒缩短的影响。端粒有保护染色体的作用,但会随着细胞分裂而缩短。但它是否对衰老有影响,仍有不少争论。美国罗切斯特大学的赛罗安诺夫(Andrei Seluanov)在2007年发现,对于啮齿动物,寿命、体型大小都与端粒长度无关。

 


3基因组损伤



这个假说认为,体细胞DNA损伤不断累积,导致细胞功能紊乱,从而引发衰老现象。但长寿动物可能对DNA损伤有更高的抗性,或者有更强的损伤修复能力。Steven Austad的研究认为,DNA修复分为核苷酸剪切修复和碱基剪切修复,但仅后者说明了DNA损伤修复速度和寿命的关系。



4蛋白质稳定性



一个较新的假说认为,蛋白质的稳定是长寿的关键,这是因为蛋白质是维持细胞结构、执行生命功能的主体。长寿动物可能更擅长保持体内蛋白质的活性。研究发现,虽然裸鼹鼠体内蛋白质的氧化损伤程度比一般老鼠要高,但不会像一般老鼠一样随着年龄增长而增加。小褐蝠同样具有更高的蛋白质稳定性。

 

现在,我们对于动物生理机制的理解大都限于果蝇、线虫和老鼠等短寿命动物,而长寿动物可能有独特的生理机制,亟待发现。同时,目前的假说都基于传统的生化实验结果,随着基因测序等新技术的发展,未来也许会有越来越多“长寿秘诀”被发现。

 

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参考文献:

Austad S N. Methusaleh's Zoo:how nature provides us with clues for extending human health span[J]. Journal of comparative pathology, 2010, 142: S10-S21.


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标签: 长寿假说 动物 人类

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