對永生的渴求,是我們?nèi)祟愑肋h(yuǎn)的心結(jié)。但與其追求壽命的延長或者永生,不如讓我們在有限的生命里,活得更加健康,更加精彩,更加有意義。 ■李兆棟 從2000多年前的秦始皇派徐福攜數(shù)千童男童女,東渡蓬萊仙山所求的長生不老仙方,到現(xiàn)代的“人體冷凍術(shù)”,長生不老或許是人類永恒的話題。 視線回到上世紀(jì)50年代,科學(xué)家從一位患有宮頸癌的名叫海瑞塔·拉克斯(Henrietta Lacks)的女性身上,得到現(xiàn)在全世界的生物醫(yī)學(xué)實驗室大概都會用到的細(xì)胞系——Hela的故事,這讓我們認(rèn)識到:人類細(xì)胞的確能夠在體外實驗室里獲得永生。 20世紀(jì)初期,大多數(shù)科學(xué)家堅信細(xì)胞的永生能力。1912年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎得主、法國外科醫(yī)生卡雷爾就堅定地認(rèn)為,人體所有細(xì)胞都具有永生能力,只要生長環(huán)境和營養(yǎng)成分合適,它們都能無限分裂增殖。 不過,并非所有人都同意這個觀點。1961年,美國解剖學(xué)家海佛烈克研究發(fā)現(xiàn),正常人類細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下只能分裂大約60次,進而步入衰老期,最終死去,稱為“海佛烈克極限”,從而駁斥了卡雷爾“一般正常的細(xì)胞具有永生性”的論點。而“海佛烈克極限”最終與20世紀(jì)30年代所發(fā)現(xiàn)的染色體端粒聯(lián)系到一起,為我們揭開“細(xì)胞永生”的神秘面紗。 端粒是細(xì)胞遺傳物質(zhì)的載體——染色體末端的DNA重復(fù)序列形成的一種特殊復(fù)雜結(jié)構(gòu),對染色體保持其結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。上世紀(jì)七八十年代,科學(xué)家意識到,由于遺傳物質(zhì)DNA復(fù)制機制的特殊性,每經(jīng)過一輪復(fù)制過程,親代染色體DNA的末端必然因無法得到復(fù)制而在子代中丟失,稱為“末端復(fù)制難題”,而由此必然導(dǎo)致染色體端粒不斷變短和染色體的不穩(wěn)定,進而細(xì)胞衰老或死亡。這就是所謂的細(xì)胞衰老“端粒假說”,也解釋了前面提到的“海佛烈克極限”問題。 由此看來,端粒似乎成了揭示“海佛烈克極限”和“細(xì)胞永生”背后秘密的關(guān)鍵。1975年到1977年間,美國科學(xué)家伊麗莎白·布萊克本發(fā)現(xiàn),端粒DNA是一段由極其簡短的DNA序列組成的成百上千的重復(fù)序列。 例如,人和小鼠的端粒DNA為TTAGGG的重復(fù)序列。1985年,布萊克本與她的博士生卡羅爾終于找到了參與端粒DNA延伸的端粒酶——謎團最終解開,我們也不禁再一次贊嘆大自然設(shè)計之巧妙:端粒酶能夠通過精妙的機制合成出端粒DNA序列TTAGGG,添加到染色體的末端,維持端粒DNA的長度,解決了“末端復(fù)制難題”。這一系列科學(xué)研究,最終成就了布萊克本、卡羅爾以及他們的合作者、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的杰克·紹斯塔克,讓他們得以共同分享了2009年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。 在正常人體細(xì)胞中,端粒酶活性受到相當(dāng)嚴(yán)密的調(diào)控,只有在某些需要不斷分裂的細(xì)胞當(dāng)中,比如造血干細(xì)胞和生殖細(xì)胞,才能檢測到端粒酶活性,而分化成熟的細(xì)胞一般不需要再進行分裂,端粒酶活性也已喪失。因此,如果將分化細(xì)胞進行體外培養(yǎng),必然達(dá)到“海佛烈克極限”而進入衰老期,最終死去。 因此,癌細(xì)胞作為在某種意義上的永生細(xì)胞,必然需要突破“海佛烈克極限”,解決“DNA末端復(fù)制問題”。在細(xì)胞的癌變過程中,各種抑癌基因的缺失和癌基因的激活,雖然能夠給癌細(xì)胞這輛賽車松開剎車,加足油門,讓它得以飛速前進,但如果每行走一公里,汽車輪胎(細(xì)胞DNA)都要磨損的話,它總會有輪胎報廢,不能前行的一天。于是,“邪惡”的癌細(xì)胞選擇提高端粒酶的表達(dá),重新激活端粒酶活性。在所有類型的癌細(xì)胞當(dāng)中,大約90%的癌細(xì)胞選擇了這種策略,Hela細(xì)胞也是如此。 對端粒酶的研究,在一定程度上燃起了人們延長壽命,甚至追求長生不老的熱情和希望,以為找到了人類壽命“開關(guān)”。 很多以小鼠為對象的研究顯示,端粒酶TERT的表達(dá)確實能夠一定程度上延長它們的壽命,但同時也增加了癌癥風(fēng)險。多細(xì)胞高等動物,包括我們?nèi)祟?,無疑是高度復(fù)雜的新陳代謝系統(tǒng)。 “沉舟側(cè)畔千帆過,病樹前頭萬木春”,當(dāng)我們過度關(guān)注生命過程中的某個分子機制的時候,往往很容易忘記生命活動整體的復(fù)雜性,忽略自然界的一些基本法則。我更相信,經(jīng)過漫長的生命進化過程,通過與周圍的生存環(huán)境相互作用,人類的壽命極限早已寫入我們的基因當(dāng)中,形成一個不可分割、牽一發(fā)而動全身的整體——要想改變?nèi)祟惖膲勖鼧O限,或追求長生不老的話,我們恐怕只能從頭來過,重新設(shè)計一個全新的基因藍(lán)圖,而倘若果真如此,那樣的“人”,還屬于人類嗎? 也許,對永生的渴求,是我們?nèi)祟愑肋h(yuǎn)的心結(jié)。但與其追求壽命的延長或者永生,不如讓我們在有限的生命里,活得更加健康,更加精彩,更加有意義。正如2000年前,古羅馬哲學(xué)家塞內(nèi)卡所說的,“生命如同寓言,其價值不在長短,而在內(nèi)容”。 如此,當(dāng)我們年華漸老,行將離去的時候,能坦然地對孩子說:我留給你的,是一個更加美好的世界。
《中國科學(xué)報》 (2017-02-10 第3版 科普)
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