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为什么生物们都没有进化为长生不老?

2020-05-24知识

真核生物没有进化出对抗衰老的基因,或许是因为无法从基因上平衡发育和衰老的关系。衰老的过程中伴随着一系列变化,这其中包括组蛋白去乙酰化酶Sirt1活性降低及端粒长度缩短,而端粒和 sirtuin家族之间还互相制约,2019年4月发表于Cell Metabolism 的论文 Telomere Dysfunction Induces Sirtuin Repression that Drives Telomere-Dependent Disease (Amano et al., 2019)则揭示了端粒和sirtuins家族之间的互相作用机制:端粒缩短会通过p53抑制sirtuin家族,而sirtuins家族活性降低反过来又影响端粒的延长机制。

此外,Sirt1调节对发育起关键作用的DNA的甲基化,Sirt1能够对抗Dnmt3l(DNA甲基转移酶3L)从而抑制DNA甲基化,缺乏Sirt1,DNA甲基化程度高,细胞分化能力就弱。而我们知道,Sirt1活性随着衰老而下降,最终与发育相关的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)的上游基因,我们知道,给细胞转入山中因子可使其重编程到胚胎水平(表观遗传逆转、端粒延长至胚胎水平),但细胞还原到胚胎水平后,将失去原有功能,变成像癌细胞一样的存在,很多癌细胞中存在c-Myc突变和p53突变,c-Myc活性增强和p53失活将导致端粒酶水平居高不下,这令癌细胞长生不老,若一个细胞在基因上拥有能够使其永葆青春的足够多的山中因子基因,那么它的端粒将永远不缩短、永远年轻,同时永远不发育。

有意思的是,灯塔水母正是通过不断回到水螅体来实现长生不老的,水螅体具有强大的分裂能力,能以出芽方式产生许多水母芽,这些水母芽最终发展成水母。水螅体和哺乳动物的胚胎似乎有异曲同工之处。但哺乳动物没有缩回胚胎、自我重编程的能力,作为人类的我们的基因在发育上做得很好,我们拥有远比水母复杂的身体和结构,但我们的生育方式也更为复杂,自然界中,采用无性的出芽生殖的生物结构都比较简单,像哺乳动物这种结构复杂的动物,恐怕是无法兼容无性的出芽生殖的。因此,哺乳动物与自我重编程能力不相容,也就不具有自发的重编程能力。

参考文献:

Sirt1 Regulates DNA Methylation and Differentiation Potential of Embryonic Stem Cells by Antagonizing Dnmt3l

Dedifferentiation and reprogramming: origins of cancer stem cells