真核生物沒有前進演化出對抗衰老的基因,或許是因為無法從基因上平衡發育和衰老的關系。衰老的過程中伴隨著一系列變化,這其中包括組織蛋白去乙酰化酶Sirt1活性降低及端粒長度縮短,而端粒和 sirtuin家族之間還互相制約,2019年4月發表於Cell Metabolism 的論文 Telomere Dysfunction Induces Sirtuin Repression that Drives Telomere-Dependent Disease (Amano et al., 2019)則揭示了端粒和sirtuins家族之間的互相作用機制:端粒縮短會透過p53抑制sirtuin家族,而sirtuins家族活性降低反過來又影響端粒的延長機制。
此外,Sirt1調節對發育起關鍵作用的DNA的甲基化,Sirt1能夠對抗Dnmt3l(DNA甲基轉移酶3L)從而抑制DNA甲基化,缺乏Sirt1,DNA甲基化程度高,細胞分化能力就弱。而我們知道,Sirt1活性隨著衰老而下降,最終與發育相關的DNA甲基化程度升高。
值得一提的是,Sirt1是山中因子(Oct4, Klf4, Sox2, c-Myc)的上遊基因,我們知道,給細胞轉入山中因子可使其重編程到胚胎水平(表觀遺傳逆轉、端粒延長至胚胎水平),但細胞還原到胚胎水平後,將失去原有功能,變成像癌細胞一樣的存在,很多癌細胞中存在c-Myc突變和p53突變,c-Myc活性增強和p53失活將導致端粒酶水平居高不下,這令癌細胞長生不老,若一個細胞在基因上擁有能夠使其永葆青春的足夠多的山中因子基因,那麽它的端粒將永遠不縮短、永遠年輕,同時永遠不發育。
有意思的是,燈塔水母正是透過不斷回到水螅體來實作長生不老的,水螅體具有強大的分裂能力,能以出芽方式產生許多水母芽,這些水母芽最終發展成水母。水螅體和哺乳動物的胚胎似乎有異曲同工之處。但哺乳動物沒有縮回胚胎、自我重編程的能力,作為人類的我們的基因在發育上做得很好,我們擁有遠比水母復雜的身體和結構,但我們的生育方式也更為復雜,自然界中,采用無性的出芽生殖的生物結構都比較簡單,像哺乳動物這種結構復雜的動物,恐怕是無法相容無性的出芽生殖的。因此,哺乳動物與自我重編程能力不相容,也就不具有自發的重編程能力。
參考文獻:
Sirt1 Regulates DNA Methylation and Differentiation Potential of Embryonic Stem Cells by Antagonizing Dnmt3l
Dedifferentiation and reprogramming: origins of cancer stem cells