生命科學

老化並非因為氧化

細胞與DNA損傷並非老化元兇,關鍵基因才是!

撰文/溫納(Melinda Wenner)
翻譯/林慧珍
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生命科學

老化並非因為氧化

細胞與DNA損傷並非老化元兇,關鍵基因才是!

撰文/溫納(Melinda Wenner)
翻譯/林慧珍
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地球上的生物終會衰老,而世人都在追尋不老的解藥,但是歷經數十年鑽研,老化基本上仍是個謎團。為什麼人們一直鑽不出這死胡同?最近新出爐的研究結果或許能提供很好的解釋:科學家可能一直錯想了老化的原因。最新的證據顯示,老化可能是起因於生物發育的遺傳程序(genetic program)發生錯誤,而不是經由日積月累的基因與細胞損傷所造成。


壓力和自由基(容易起化學反應的活性氧,是代謝過程中正常的副產物)造成老化,這是50年來老化科學領域的主流觀點。科學家研究線蟲(Caenorhabditis elegans),發現牠如果減少暴露於活性氧物質中,能增長壽命;而壽命較長的線蟲,通常也更能抵抗壓力。然而,很少有研究能斬釘截鐵地證明氧化損傷與細胞功能改變之間的關聯。


科學家還注意到伴隨著老化而產生的內在基因變化。當小鼠變老,體內控制細胞生長與再生的p16INK4a基因,在大部份的組織中會變得更活躍,使得細胞在遭受傷害或生病時不再像年輕時那麼容易再生。另外,跟年輕小鼠不同的是,老年小鼠的肌肉幹細胞裡蓄積了一種蛋白質的複合物,隨著歲月的腳步,將肌肉轉變成纖維狀的脂肪組織。


然而這些研究結果並不足以挑戰老化起因於細胞損傷累積的既定看法,因為這些基因的變化可能僅是老化的結果,而非罪魁禍首。美國華盛頓大學生化學家甘迺迪(Brian Kennedy)表示:「要想釐清因果關係,永遠都是個挑戰。」儘管研究發現,改變生物體某些特定基因的表現能影響其壽命,目前卻還不清楚到底這些基因是否實際參與正常的老化過程。


儘管如此,最近有一篇發表在《細胞》的論文,卻提出老化確實受遺傳程序所驅動的看法。美國史丹佛大學和科羅拉多大學波爾德分校的科學家,將年輕線蟲細胞中已開啟的基因,與在老線蟲體內所表現的基因加以比較,發現有差異的基因雖然多達1000個以上,但這些基因絕大多數由ELT-3、ELT-5和ELT-6這三個基因所調控,它們都是轉錄因子的基因,能開啟或關閉其他基因的表現。該研究的作者之一、史丹佛大學發育生物學家金(Stuart Kim)解釋:「雖然很多事情都可以出差錯,但追本溯源,都起因於這三種轉錄因子的作用。」目前已知這些轉錄因子與特化的膜細胞的發育有關,而這三種轉錄因子的基因在年輕線蟲與老線蟲體內的表現也不一樣。


為了了解損傷的累積是否會影響這些轉錄因子,科學家將線蟲暴露於氧化壓力、感染及輻射之下,但結果並沒有任何一項因子影響到這些轉錄因子基因的表現。金表示,這些跟隨老化而發生的改變,「似乎是線蟲基因組裡與生俱來的本質」,而並非外在影響所引起。此外,研究人員針對ELT-5和ELT-6這兩種在線蟲老化後通常會變得特別活躍的基因,抑制牠們的基因表現,結果讓這些線蟲的壽命增長了50%。金表示:「這完全出乎我意料之外。」


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2008年第81期11月號】