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张田勘:人类寿命和衰老 表观遗传影响寿命

来源:南方周末
摘要:经过多年的研究,人类对寿命和衰老已经有一些基本认识,其中一个理论便是长寿基因和衰老基因理论。该理论认为,人和生物体内有两类基因的相互制约和平衡控制着寿命,这两类基因都不止一个,而是有多个。然而,要让基因发挥作用,尤其是让长寿基因发挥作用并同时抑制衰老基因的功能,就需要一种调整和修饰基因外观从而让特......

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  经过多年的研究,人类对寿命和衰老已经有一些基本认识,其中一个理论便是长寿基因和衰老基因理论。该理论认为,人和生物体内有两类基因的相互制约和平衡控制着寿命,这两类基因都不止一个,而是有多个。

  然而,要让基因发挥作用,尤其是让长寿基因发挥作用并同时抑制衰老基因的功能,就需要一种调整和修饰基因外观从而让特定基因发挥作用的机制,研究这种机制的科学就是表观遗传学(表观基因组学)。当然,表观基因组学更为严谨和学术的表述是,研究在基因组序列不变的情况下,一些遗传密码是如何调控基因表达并可稳定遗传下去的机理。

  例如,DNA的后天性修饰(如甲基化修饰)、组蛋白的各种修饰等都是表观基因组的内容。人们都知道,同卵双胞胎由于有相同的基因,他们的相貌、性格、身高和行为方式等几乎一模一样。但是,生活中也有一些孪生子在成人后出现性格、健康和相貌方面的较大差异。以前,这种现象长期困扰着遗传学家。现在表观遗传已经能解释这种现象了。一些遗传密码或分子可以在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修饰,这种改变不仅可以影响个体的发育,而且还可以遗传下去。因此,这类变异被称为表观遗传修饰,也是导致遗传物质一致的孪生子出现个体差异的主要原因。所以,在基因组的水平上研究表观遗传修饰的领域也称为表观基因组学。

  现在,长寿和衰老、人类多种重大疾病、干细胞研究、体细胞重编程研究和大脑功能等,都与表观遗传有重要联系。西班牙、葡萄牙和中国研究人员合作的一项研究证明,人的衰老与表观遗传有很大的关系。西班牙巴塞罗那市Bellvitge生物医学研究所癌症表观遗传学与生物学项目主任埃斯特尔(Manel Esteller)等人比较了1名103岁老年男子和1名新生男婴的DNA样本,发现他们基因组上的甲基化修饰是不一样的。

  在人类基因组中的1600多万个位置上,DNA都会通过甲基化的过程而被修饰,这种甲基化会阻碍基因的转录。但是新生儿DNA的全部可能甲基化的位置约80%被甲基化了,百岁以上老人DNA可能甲基化的位置只有73%被甲基化。

  总体而言,百岁老人的DNA的甲基化区域比新生儿少50万个,这提示百岁老人存在不适当的基因转录模式。此后,埃斯特尔等人又对更多的新生儿和90-99岁的老人的DNA进行分析和观察甲基化的情况。结果发现,90-99岁老人也比新生儿的DNA甲基化减少了。为了进行更多的比较,研究小组又对中年人的DNA甲基化进行了观察,结果发现,中年人的DNA甲基化水平介于高龄老人和新生儿之间的水平。

  研究人员认为,这些结果提出了一种解释衰老的机理,表观基因组的一些小变化,如DNA的甲基化,可以随着时间推移而积累,在导致基因表达和细胞功能更广泛的变化的同时,影响人的寿命。但是,诸如表观遗传中的DNA甲基化是如何影响人的寿命的,还需要更深入的研究来揭示。

  与此同时,另一项研究表明,衰老基因与表观遗传是一种互动的关系,从而影响人的寿命。英国伦敦大学国王学院的研究人员与威康信托基金会桑格研究所的研究人员合作,发现一组衰老基因与表观遗传有关,从而影响老年人的健康和寿命。

  研究人员分析研究了172对32-80岁的双胞胎,主要观察他们的DNA表观遗传变化。在进行表观基因组扫描分析时,研究人员发现了490个与年龄有关的表观遗传变化,其中4个基因的表观遗传变化与胆固醇、肺功能和产妇长寿等有关。

  这表明,许多与年龄有关的表观遗传变化在一个人的整个生命过程中不断发生,而且,这些变化可能在生命的早期阶段就开始了。这说明表观遗传确实与寿命有关。如果沿着这一思路研究下去,就可以帮助了解衰老的机理,从而根据这些机理开发未来抗衰老的药物和疗法。

  更为重要的是,也有很多研究表明,人的行为方式也能改变表观遗传,即改变某种DNA的修饰,从而延长寿命。因此,表观遗传是解开人和生物衰老奥秘的重要线索之一。

作者: 2013-2-26
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