對于生活中一些司空見慣的現象,我們不問還好,一問可能就問出大學問來。舉例來說。在牛頓之前,對于“拋到空中的物體會掉回到地面”這一現象,誰也沒問過一個“為什么”,可是牛頓問了,并由此提出了萬有引力定律。
一個看似搞笑的問題
在生物學上,也有一個類似的問題:為什么每個寶寶一生下來,沒有像他/她的父母一樣老呢?為什么不論什么年齡的父母生下的孩子,在生理上都有著相同的起點,而不是——譬如說,40歲父母生的孩子比20歲父母生的孩子,在生理機能上,一開始就要老一些呢?因為以前轟動一時的克隆羊“多莉”,就是由于它的生物年齡與提供細胞的羊的年齡一樣大,因而沒幾年就死了。
問這樣的問題,你或許以為我是在搞笑。但我是嚴肅的,請聽我的理由:隨著年齡增長,我們身上所有細胞的DNA也會隨著時間的推移積累損傷——這正是造成我們衰老的原因,生殖細胞也不例外。既然我們的后代是由這些生殖細胞受精發育而來的,我看不出他們有什么理由不“繼承”這些DNA損傷。換句話說,假如一對夫妻是在20幾歲生的孩子,另一對夫妻是在40多歲生的孩子,那么他們的孩子一生下來,從生理上來說就應該有20多歲的差距。可是,為什么這種事情沒有發生呢?
提出這個問題可不是我的首創,生物學家早就提出來了,并視其為一個待解之謎。我現在想說的是,最近這個謎有了初步的答案。
細胞衰老程度的標記
起初,科學家認為,性細胞(精子或卵子)可能是不會衰老的。換句話說,一個人的體細胞DNA在不斷積累損傷——反映了我們身體的衰老,但性細胞受到了某種機制的保護,不受時間的影響。如果這個答案成立,那么上述問題就迎刃而解了。可惜,這是錯的。研究表明,卵子和精子也有老化的跡象。
因此,科學家只好做另一種假設:受精卵在發育成胚胎后,在某個時間點,胚胎細胞清除或修復了從父母“繼承”來的DNA損傷,從而重置了年齡,返老還童。
那么,胚胎是在什么時候重置其年齡的呢?最近,美國波士頓布里格姆婦女醫院的瓦迪姆·格拉德舍夫研究了這個問題。
與衰老相關的損傷往往表現為細胞DNA表觀遺傳標記的改變上。表觀遺傳標記是一些附著在DNA上的化學物質(如甲基團),它們不改變DNA本身,只改變DNA上基因的活性。譬如它們就像基因開關,可以讓一個原先活躍的基因失去活性。
表觀遺傳標記受環境和生活方式的影響。而且,科學家早就發現,一個人的表觀遺傳標記比他通常的年齡,更能反映他的衰老程度。譬如,一個60歲的人看起來像只有50歲,你要是去檢查他的表觀遺傳標記,會發現他確實與50歲的人的表觀遺傳標記相匹配。所以,表觀遺傳標記可以用來追蹤細胞的衰老。
胚胎細胞的“返老還童”
格拉德舍夫和他的同事研究了小鼠在胚胎發育初期,表觀遺傳標記的變化。他們發現,當受精卵形成那一刻,受精卵的老化程度確實相當于父母的年齡;隨后幾天,衰老還在繼續;但到第4天,即在早期胚胎形成一個稱為“囊胚”的空心球的時候,衰老過程開始逆轉了;到第10天左右,衰老程度已經降至最低。此時,從父母那里“繼承”來的DNA損傷,已經被清除一空。換句話說,這時的胚胎已經徹底“返老還童”。此后,作為生物學年齡為零的個體,才開始開啟正常的衰老過程。
這是在小鼠身上觀察到的情況。由于研究人類胚胎的早期發育在倫理上是禁止的,所以人類胚胎是在何時完成“返老還童”的,我們還不得而知,但整個過程應該與小鼠的相去不遠。
當然,這只是第一步,接下去我們還有好多問題需要回答:是什么機制推動了胚胎細胞重置其年齡?是否有特定的基因來驅動這一過程?所有生物都以這種方式重置其胚胎的年齡嗎?研究這些,也許對我們如何減緩衰老過程,能提供借鑒或幫助。
(曹友梅薦自《大科技》)