偶爾,我們會(huì)羨慕一些物種在長(zhǎng)壽方面的天賦異稟,比如北極地松鼠和蝙蝠,以北極地松鼠舉例,它們?cè)谝巴獾钠骄鶋勖鼮?-10年[1],而它們同屬一科的近親——東部灰松鼠的平均壽命通常僅有6年[2]。
北極地松鼠和東部灰松鼠的一個(gè)明顯的區(qū)別,就是北極地松鼠會(huì)冬眠,而東部灰松鼠不會(huì)。
每當(dāng)話題進(jìn)展到冬眠時(shí),我們的羨慕往往就會(huì)冷卻許多,首先人類不會(huì)冬眠,其次,通過(guò)冬眠來(lái)讓我們的壽命變長(zhǎng)似乎并無(wú)意義,因?yàn)?strong>我們想要的是擁有更長(zhǎng)的清醒的時(shí)間。
而如果我說(shuō),我們?nèi)祟惢蛟S也有機(jī)會(huì)做到“冬眠”,而且還能在“冬眠”中保持清醒呢?最近,麻省理工學(xué)院懷特海德研究所的Sinisa Hrvatin教授,攜手表觀遺傳時(shí)鐘之父——Steve Horvath發(fā)表的最新研究,或許能為我們帶來(lái)啟發(fā)[3]。
這些年來(lái),表觀遺傳時(shí)鐘已經(jīng)越發(fā)成為備受認(rèn)可的衡量生物衰老的強(qiáng)大工具,在此基礎(chǔ)上,學(xué)者們發(fā)現(xiàn),動(dòng)物在冬眠時(shí),會(huì)讓表觀遺傳時(shí)鐘走得更慢。
然而,冬眠通常是一種長(zhǎng)期的、季節(jié)性的自然行為,這種行為很難人為控制,對(duì)我們而言就很難稱得上具有借鑒意義(你也不想從一個(gè)“長(zhǎng)壽覺”中醒來(lái)后,發(fā)現(xiàn)自己養(yǎng)的盆栽全枯萎了吧.jpg)。
因此,另一種與冬眠相似而又略有不同,周期短、可控性高的狀態(tài)——蟄伏(torpor)被學(xué)者們重視起來(lái)。
圖注:蟄伏中的普雷伯草甸跳鼠
學(xué)者們具體是怎么做到的我們不用關(guān)心,重點(diǎn)在于,學(xué)者們發(fā)現(xiàn)小鼠的下丘腦前視前區(qū)有一群特殊的神經(jīng)元,當(dāng)這些神經(jīng)元被激活時(shí),小鼠就會(huì)進(jìn)入一種類似于冬眠的狀態(tài)——“蟄伏”,因此它們被稱之為“蟄伏神經(jīng)元”。
“蟄伏”這種生物學(xué)功能本來(lái)是由環(huán)境觸發(fā)的(比如食物不足),但學(xué)者們開發(fā)了一種化學(xué)遺傳方法,可以在小鼠沒(méi)有其他環(huán)境壓力下,強(qiáng)行激活蟄伏神經(jīng)元(別看到“化學(xué)遺傳方法”就劃走啊,后文會(huì)介紹一種完全無(wú)創(chuàng),也無(wú)需攝入藥物的方法),使得小鼠的體溫顯著降低,代謝速率也會(huì)減慢,而“蟄伏”期間的小鼠仍可自由活動(dòng)。
PS:人類也有類似的“蟄伏神經(jīng)元”,但其具體的功能與小鼠的相比有多大差異還需要進(jìn)一步確定[4]。
那么,這種短期的蟄伏也能起到延壽作用嗎?此時(shí),表觀遺傳時(shí)鐘之父——Steve Horvath出手了。在歷時(shí)9個(gè)月的實(shí)驗(yàn)中,他們反復(fù)采集了小鼠的血液,通過(guò)DNA甲基化來(lái)推算生物學(xué)年齡。
結(jié)果顯示,那些沒(méi)有蟄伏的小鼠,其表觀遺傳年齡在9個(gè)月內(nèi)的增長(zhǎng)幅度與實(shí)際年齡基本相符。而定期開啟了“蟄伏”的小鼠,9個(gè)月后,其生物學(xué)年齡只老了6個(gè)月:
圖注:橫坐標(biāo)代表小鼠的實(shí)際年齡(實(shí)驗(yàn)從小鼠3個(gè)月大一直持續(xù)到12個(gè)月大,共9個(gè)月),坐標(biāo)代表小鼠的血液表觀遺傳年齡,灰色為未曾“蟄伏”過(guò)的小鼠,藍(lán)色為定期“蟄伏”的小鼠
而如果關(guān)注單個(gè)個(gè)體,甚至有一只定期蟄伏的小鼠,其衰老速度減慢了76%。因此這項(xiàng)研究證明了,周期性地進(jìn)入蟄伏狀態(tài)可以大幅放緩小鼠血液的衰老時(shí)鐘,Steve Horvath表示為該結(jié)論負(fù)責(zé)~
其實(shí)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)者們一直在擔(dān)心,因?yàn)樾∈蟆跋U伏”后,體溫會(huì)從原來(lái)的37.9℃降低至30.6℃,耗氧量和活動(dòng)量都大幅度減少,那么反復(fù)進(jìn)入蟄伏狀態(tài)是否會(huì)給小鼠帶來(lái)副作用呢?
所幸,蟄伏組小鼠們每次停止人工誘導(dǎo)的蟄伏后,體溫、代謝等指標(biāo)都會(huì)恢復(fù)到正常水平,而且在步態(tài)、脊柱彎曲、尾巴靈活性等方面,蟄伏組小鼠都要顯著優(yōu)于對(duì)照組,說(shuō)明對(duì)于小鼠來(lái)說(shuō),這種人為的“蟄伏”是一種可逆、安全的干預(yù)手段。
圖注:橫坐標(biāo)為衰弱指數(shù)(Frailty Index),0分代表無(wú)缺陷,1分代表最嚴(yán)重缺陷。結(jié)果顯示蟄伏組的小鼠整體表現(xiàn)出更健康、年輕的狀態(tài)
然而,在派派看來(lái),以上這些發(fā)現(xiàn),都不是這項(xiàng)研究的關(guān)鍵。
當(dāng)我們確定了“蟄伏確實(shí)能延緩表觀遺傳時(shí)鐘”之后,下一個(gè)問(wèn)題便是“why?”此時(shí)有經(jīng)驗(yàn)的讀者已經(jīng)開始搶答了——代謝慢了唄,基礎(chǔ)代謝率越低,壽命越長(zhǎng),這不常識(shí)??
“代謝決定壽命”論確實(shí)是一種頗為流行的觀點(diǎn),它也符合我們的直覺——若把壽命比作一個(gè)長(zhǎng)度固定的跑道,我們跑得越快(基礎(chǔ)代謝率越高),抵達(dá)終點(diǎn)(壽終)的時(shí)間自然就越短。
而這項(xiàng)研究卻對(duì)此提出了質(zhì)疑。
學(xué)者們并沒(méi)有簡(jiǎn)單地將小鼠僅分為未經(jīng)歷蟄伏的對(duì)照組以及周期性蟄伏的實(shí)驗(yàn)組,因?yàn)椤跋U伏”行為會(huì)影響小鼠的體溫、基礎(chǔ)代謝率以及食物攝入量,想要進(jìn)一步搞清楚到底是哪個(gè)因素延長(zhǎng)了壽命,就需要進(jìn)一步將這些因素區(qū)分:
圖注:灰色:普通室溫,無(wú)蟄伏干預(yù);黃色:32℃室溫,無(wú)蟄伏干預(yù);粉色:32℃室溫,有蟄伏干預(yù);藍(lán)色:普通室溫,有蟄伏干預(yù)
可以看到,通過(guò)強(qiáng)行控制環(huán)境溫度,經(jīng)過(guò)蟄伏干預(yù)的小鼠(上圖粉色組),盡管代謝速率和進(jìn)食量都顯著下降,但其體溫仍舊保持在36℃左右的水準(zhǔn),那么這樣的小鼠能延壽嗎?答案是并不能:
圖注:縱坐標(biāo)表示歸一化后的DNA甲基化年齡指標(biāo),如圖所示,單純地降低代謝率,并不能延長(zhǎng)壽命
除此以外,學(xué)者還嘗試了在32℃室溫下讓小鼠長(zhǎng)期限制飲食(沒(méi)有蟄伏,體溫略降),其表觀遺傳年齡同樣與正常小鼠無(wú)區(qū)別:
這些對(duì)比指向一個(gè)結(jié)論:只有當(dāng)體溫顯著降低時(shí),“蟄伏”才能減緩表觀遺傳衰老,單純地代謝變慢或者熱量限制都不足以產(chǎn)生延壽效果。
至于為何會(huì)出現(xiàn)這種情況,學(xué)者們并未再進(jìn)一步探究,而派派想在這里進(jìn)一步猜測(cè):相比起基礎(chǔ)代謝率的降低,體溫的降低或許更容易引起細(xì)胞周期放緩,這時(shí)候,表觀遺傳時(shí)鐘也才會(huì)隨之真正地放慢。
首先,早在20世紀(jì)80年代,就有學(xué)者將人類成纖維細(xì)胞從37℃轉(zhuǎn)移到30℃培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)在30℃下,細(xì)胞的增殖率迅速下降,細(xì)胞周期不再推進(jìn)[5]。從衰老的角度來(lái)說(shuō),這一變化顯然可以降低DNA損傷的積累。
可如果細(xì)胞周期放緩了,基礎(chǔ)代謝率難道不也會(huì)一起下降嗎?
這還真不一定,盡管體溫降低絕大多數(shù)時(shí)候都必然伴隨著基礎(chǔ)代謝率的下降,但單看細(xì)胞周期的話,有研究表明,進(jìn)入靜息狀態(tài)的人類成纖維細(xì)胞仍舊保持著與增殖期相當(dāng)?shù)拇x通量[6],表明細(xì)胞周期的快慢與整體代謝率并不總是一個(gè)綁定關(guān)系:
圖注:圖中的箭頭大小表示了靜息期細(xì)胞相比于增殖期細(xì)胞而言,各種代謝反應(yīng)(碳代謝)的通量大小,紅色代表靜息期的通量更高,綠色代表增殖期的通量更高
可如果細(xì)胞周期停滯了的話,原本用于維持成纖維細(xì)胞周期的代謝通量去了哪里呢?通常來(lái)說(shuō),這多出來(lái)的部分可以用于蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的不斷分解再合成,以及大量分泌細(xì)胞外基質(zhì)等功能[6],表明通過(guò)將原本用于增殖的能量轉(zhuǎn)移到自我維護(hù)上,從而維持整體的代謝率不變是說(shuō)得通的。
當(dāng)然,以上終究也只是派派的猜測(cè),真相是否如此,論文作者可以考慮測(cè)一波蟄伏鼠的細(xì)胞周期試試?看看體溫和基礎(chǔ)代謝率,誰(shuí)對(duì)細(xì)胞周期的影響更大,小心求證~
最后,讓我們回收一下前文的伏筆——人類能通過(guò)非侵入、不吃藥的方式進(jìn)入蟄伏嗎?盡管目前還沒(méi)有實(shí)際案例,但2023年的一項(xiàng)研究給了我們可以謹(jǐn)慎看好的可能性:
我國(guó)學(xué)者陳紅團(tuán)隊(duì),發(fā)現(xiàn)通過(guò)超聲波刺激下丘腦前視前區(qū)(POA),可以實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)、精確、安全地誘導(dǎo)出小鼠的蟄伏狀態(tài),短短幾秒時(shí)間,就能讓小鼠的體溫從37℃降低至33℃左右[7]。
受到這一成果的激勵(lì),陳紅團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始著手準(zhǔn)備在大型動(dòng)物身上復(fù)現(xiàn)這一效果,如果成功,那么有著類似腦區(qū)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的人類,或許也可以通過(guò)類似手段主動(dòng)進(jìn)入蟄伏,以獲得修復(fù)機(jī)體、延年益壽的好處。
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