日本分子细胞生物学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi)因其“在细胞自噬机制方面的发现”获得了2016年诺贝尔生理学和医学奖。已经有长达50年研究史的“细胞自噬”重新成为抗衰老领域的超新星,迎来了科研和资本的双重爆发阶段。
在深入去聊细胞自噬之前,让我们先来明确一组概念:
Lifespan vs Healthspan
Lifespan(预期寿命),指的是人的预期寿命。
Healthspan(健康寿命),指的是人可以保持健康状态的时间。
举个例子,如果一个人的Lifespan=80,意思是预期TA可以活到80岁,但TA的Healthspan可能是60岁,这也就意味着TA在60岁之后的20年时间里一直被病痛所折磨,生活质量是很低的。如果我们周围有生病的老人,那这个场景肯定不陌生。
换句话说,当我们说“我们希望可以活得更久”时,我们期待的其实不是更长的Lifespan,而是更长的Healthspan。
Source: Adapted from A. Zenin, Y. Tsepilov, S. Sharapov, et al., “Identification of 12 Genetic Loci Associated with Human Healthspan,” Communications Biology 2 (January 2019).
上面这张图表示了随着年龄的增长,各种疾病(Cancer癌症,Heart attack心脏病,Diabetes糖尿病,COPD慢阻肺,Stroke中风,Dementia痴呆,等等)发生的概率呈指数级上升。可以看到,癌症和心脏病的发生率都在10负一次方(当然,死亡本身也在这个区间),也就是百分之几十这个概率区间,这是相当可怕的。同时,这也意味(从概率上讲)即便你可以治好一种病,其他疾病也依然会以较高概率发生。这也就是为什么很多人(包括科学家/医生们自己)经常会吐槽,现代医学有一种“打地鼠”的感觉,见到什么治什么,其他的就不管了。
但不得不承认,现代医学本身已经是人类历史上的巨大成就,如果这都不够好,还有什么更好的方法么?是否存在什么办法可以规避掉所有这些病痛呢?
Aging is not a disease
答案是:存在。
几乎所有的病痛都源于我们细胞的“衰老”本身。
在过往的人类历史中,我们都把“衰老”当成一种必然的过程。例如我们常说“生老病死”,例如我们常说“叶落归根”,例如我们常把幼年比喻为春天,青壮年比喻为夏天,中年比喻为秋天,老年比喻为冬天。我们觉得这是一种“天道”,我们知道无数的故事,我们知道秦始皇派徐福求仙访药但终不可得,我们知道帝王炼丹求长生却顶多得到个重金属中毒。
问题是,春夏秋冬固然是天道,但冬天之后又是春天,那我们在衰老的过程中,也可以实现逆转么?
答案可能也是乐观的。
以癌症为例,我们可以定位导致癌症的基因。然而对于衰老,却并不存在所谓的“衰老”基因。或者说:
衰老本身并不是“生来注定”的
There is no biological law that says we must age* – Professor David Sinclare
或者说,衰老是一种疾病,而不是所谓的“天道”。既然是病,那就可以治。
就最近的分子生物学前沿的一系列突破性进展而言,人们日常感受到的衰老和疾病都是细胞衰老(Aging)本身导致的九大“标志性事件”(nine hallmarks) 的表征,它们包括:
1. DNA损伤导致基因组不稳定 | 2. 端粒体磨损 | 3. 控制基因是否表达的表观基因组的改变 |
4. 健康蛋白质维持能力的丧失,即蛋白变性 | 5. 由代谢变化引起的养分感应失调 | 6. 线粒体功能障碍 |
7. 衰老的僵尸样细胞积聚,使健康细胞产生炎症反应 | 8. 干细胞衰竭 | 9. 细胞通讯的改变和炎症因子的产生 |
Source:Lifespan,Professor David Sinclare
再说的直白点,这些问题是表现,而不是原因。
那么,好奇宝宝们就要继续追问了:细胞衰老的底层原因是什么?
信息丢失
准确点说是“表观基因组”的信息丢失。
大家平时熟悉的概念是“基因”,基因是记录每个人信息的基础单位。而“表观基因组”决定的是基因如何进行表达的。基因是相对稳定的,不太容易发生变化,而“表观基因组”是很容易受到外界环境变化影响的。这也就是一对同卵双胞胎,如果生活的环境差异比较大时,他们的外貌会产生非常大的差异。TA们的基因依然相同,但表观基因之间有了巨大的差异。
Photo by Craig Adderley from Pexels
“表观基因容易受到环境影响”这个机制本身导致了衰老现象的产生。
再深入来讲,其实,也并不存在所谓的“衰老”。“衰老”所导致的各种人体特征仅仅是表观基因没有正常运转而导致的“表达错误”。这有点类似于我本来想和你说“很高兴见到你,今天天气真好啊”,但是我却说成了“很搞型见刀你,禁天田其臻豪啊”。 (假设不存在“外国人”概念)
嗯,我说错了,但你会觉得“这家伙是不是老糊涂了”。
从香农的信息论角度看,就是“信息的丢失”。
对,这就是衰老的本质。
Survival Circuit
接着提问:如果保证表观基因的正常表达,是否就可以不衰老了?
基本上可以这么说。但要如何实现,还需要进一步深入到细胞的内部去找答案。
生物化学前沿科学家们发现在几乎所有真核细胞生物都有自己的“生存回路”(Survival Circuit)。
所谓生存回路,就是指当细胞发现自己的基因出问题后,会暂时禁止细胞分裂,因为这个时候分裂就会出现有问题的子细胞。同时释放化学物质去修复自己的基因。
以上动作都是由表观基因组来控制的。
但是,随着年龄的增长(例如进入中年之后)或者外界压力过大(例如周边其他衰老细胞释放毒素,或者长期吸烟和饮酒分别导致的肺部细胞和肝脏细胞压力过大,或者接受过强射线照射等),DNA损伤就会增加,表观基因组控制的生存回路会出现过载。
过载导致的直接结果就是压力未被排除,基因未被修复,表观基因释放出的化学物质未回归原位的情况下, 细胞就继续分裂了。并且是在某个基因应该被打开但是却关闭了的情况下分裂了,是在某个基因应该被关闭但却打开了的情况下分裂。
是啊,一切都乱套了。
在Lifespan这本书中,David Sinclare教授举了个听上去疯狂但却真实的例子:
一组衰老的表皮细胞由于表观基因组的紊乱,从原来100%都是表皮细胞变成了90%表皮细胞和10%其他细胞的混合体,在这10%的其他细胞中有可能存在神经元细胞,也有可能存在肾脏细胞。
Source:Lifespan,Professor David Sinclare
Hot themes of Longevity 抗衰老的热点赛道
既然找到了理论基础,那究竟如何控制表观基因的表达,如何控制生存回路的工作呢?
如果把抗衰老的科学研究比作赛道,那么此时此刻,在世界各地,有多个赛道正在如火如荼的彼此竞争着。
1.NMN
目前最火的可能是NMN/NAD概念,某A股上市公司今年7月份在NMN概念下市值单月暴涨125%就是个非常好的例子。
简单来讲,NMN/NAD火是因为:
2013年,David Sinclair在《细胞》上发文:用NMN提升NAD一周后,22个月大的小鼠(相当于人类60岁)和之前判若两鼠,与6个月大的小鼠(相当于人类20岁)在线粒体稳态、肌肉健康等关键指标上有着相似水平。
2016年哈佛大学医学院David Sinclair教授研究发现:相当于人类年龄70岁的小鼠服用NMN一周后回到20岁的状态,并且寿命延长了20%。NMN改善衰老指标的研究几乎得到了Nature、Science 、Cell等众多权威科学杂志的支持。
并且,NMN的研究的主要阵地在美国顶级高校,结合美国强大的资本化能力,逐层传导,导致目前市面上NMN/NAD产品遍地都是。价格从¥200+到¥20000+不等,眼花缭乱。
2.二甲双胍和雷帕霉素
除了NMN/NAD,还有如二甲双胍、雷帕霉素等药用品,也被不断证明对于衰老过程有着强大的影响力。只不过如二甲双胍是标准药用品,如果你不是糖尿病或者糖尿病前期,是没办法从医院之外的地方获得的,这就大大限制了面向普通消费者的商业化运作。
3. 赛道纵览
科学界最具权威的期刊之一《Nature 自然》在今年(2020)5月28日,于Nature Reviews-Drug Discovery 发布了综述文章The quest to slow ageing through drug discovery,总结了目前13种最热的抗衰老物质及其在衰老表征中的作用和表现,如下图所示:
我们可以看到,除了刚才提到了的NNM/NAD以及雷帕霉素和二甲双胍,有一个物质能够覆盖的衰老表征是最全面的,它就是亚精胺。
绕了这么一大圈,我们终于可以来聊聊细胞自噬和亚精胺了。
Autophagy 细胞自噬
缘起
1963年,比利时化学家克里斯汀·德·迪夫发现并命名了细胞的自噬作用(Autophagy)。1974年德·迪夫因发现细胞内结构及功能性器官,即溶酶体(自噬作用的主要载体)和过氧物酶体,而与另外两位科学家共享了该年度的诺贝尔生理学或医学奖。
1990年代,日本科学家大隅良典因“对细胞自噬机制的发现”(通过对上千个酵母菌变异体的研究,找到了15个自噬作用的关键基因)获得2016年度的诺贝尔生理学或医学奖。
进入21世纪,关于细胞自噬的研究逐年走高。
目前,细胞自噬已经成为抗衰老和疾病治疗领域的前沿阵地,有数百个科学团队正在进行相关的研究。
词法
细胞自噬的英文是Autophagy。
Autophagy = Auto(希腊语auto,表示“自己,自身”)+ phagy(源自希腊语“phagein”,表示‘吃’)。
也就是细胞自己吃自己。
作用
那么,自己吃自己,吃的究竟是啥?
如下图所示:
自噬作用把细胞垃圾和蛋白质废物进行回收并重新分解为氨基酸、脂肪酸、糖类和核苷酸。
可以说,**“环保”**这个词真的是被写入每个人的基因里了(甚至是所有的“真核生物”)。
抗衰老
而细胞自噬所对应的“抗衰老”效果,也就是从这个过程中体现出来的。
当细胞处于年轻有活力的状态下,自噬作用可以顺利的实现这种垃圾回收再利用的过程。而年老的细胞则由于自噬效率下降,导致细胞废物堆积如山,从而导致细胞受损,恶性循环,出现各种衰老的特征。最严重的情况下,衰老的细胞甚至会变成所谓的“僵尸细胞(Zombie Cells),不仅自己出问题,还会向周边的细胞释放毒素,影响周围正常的年轻细胞。
那逻辑就比较清楚了:如果人体细胞可以一直保持正常而高效的自噬作用,就可以抗衡外部压力和内部废物的堆积,从而达到“抗衰老”的效果。
如果上面的解释依然太“掉书袋”,那让我们打一个比方来更好得理解细胞自噬:
细胞的小屋
想象一下你住在一个杂乱无章的小屋中,并用壁炉为小屋供暖。
你的小屋里到处都是破烂的木制家具,可以扔到壁炉里当燃料,但是相反,你非要留着破损的家具,然后继续跑到外面去拿柴火。 由于你的小屋很杂乱,你为了执行日常任务的效率就会变慢,你必须在破损的家具中间穿行,甚至这些破家具会将其他乱七八糟的破烂儿藏在里面。 有一天,一场暴风雪来了,你不能跑出去拿柴火了,于是你别无选择,只能在小屋中开始清理那些破烂儿。 首先,你会将损坏的木质家具扔到火中。你扔进去的破家具越多,你在小屋里的移动效率就会越高。随着移动效率的提高,还可以找到更多的破家具,如此循环,从而建立一个整洁的井井有条的环境。 暴风雪终于结束了,你屋子里的杂乱无章也被你终结了。整个世界清静了。你的小屋也可以接受进一步的升级和优化。
Photo by Inga Seliverstova from Pexels
但是,假设你没有做那些清理工作,你的小屋依然会乱七八糟杂,并且这时有一只老鼠偷偷溜了进来。这只老鼠绝对是个不速之客,它身上还带着跳蚤和虱子。如果你的屋子杂乱无章,你就看不到老鼠,或者看到了也因为行动快不起来而抓不住。跳蚤和虱子会破坏你屋子里的其他东西,甚至让其他东西上长出更多的跳蚤和虱子。如果你的屋子不这么乱,你就可以快速的抓到老鼠然后把它扔出去,从而避免造成任何损失。
Photo by Alexas Fotos from Pexels
清理屋子并把破烂家具拿来燃烧生成能量的过程就是自噬过程。屋子就是你的细胞,破烂家具是那些没用的蛋白质。细胞自噬可以使细胞实现自我更新并保持最佳状态工作。
自噬是介导溶酶体中细胞成分分解(将木头放入壁炉中)并确保功能失调的蛋白质和细胞器(破烂家具、老鼠、跳蚤、虱子)被清除的过程。细胞损伤会激活自噬,尤其是在细胞饥饿(例如采用轻断食)的状态下运行效率最高,这时细胞会重新分解利用其自身的成分/蛋白质来获取能量(首先从不需要的蛋白质开始)。
简而言之,自噬可以缓解不同类型的细胞面对的生存压力。
Spermidine 亚精胺
既然细胞自噬这么牛,那我们有什么方法可以激活自噬呢?
日常生活中最好的方式是:间歇性断食。(注意,间歇性断食,不是断食,更不是绝食或者辟谷)
呃…这就有点头大了。
首先,不是所有人都适合断食,例如孕妇,或者年级较大人群、体重过低人群、有心血管疾病人群;又或者容易低血糖的同学们,断食一会儿,直接晕倒。
此外,即便是健康正常的人,想要执行间歇性断食,也最好在专业营养师的指导下来进行,否则也容易损害健康,更不建议去参加什么辟谷营,搞来搞去可能直接把基础代谢给弄紊乱了。
那有什么其他方式可以激活细胞自噬么?
答案呼之欲出,它就是“亚精胺”。
亚精胺于1927年被发现,但直到2009年亚精胺才被发现可以有效激活细胞的自噬作用。内源性物质亚精胺是一种多胺,它存在于每个细胞中。它的“内源性”意味着人体是可以自行合成亚精胺的。但随着年纪增大,人体生成亚精胺的能力会下降;同时,由于(前面提到的)各种细胞压力增大,细胞出现过载,亚精胺且越来越就不够用了,因此我们的自噬作用也会变弱。
这时,我们就需要通过外源性的物质来补充亚精胺。富含亚精胺的食物有小麦胚芽、鸡肝、鸡心和牛肠。
但从日常的食物中补充亚精胺也是有难度的。以小麦胚芽为例:
首先,小麦的日常的加工中,胚芽部分基本都被去除掉了,最后的成品都是各种精致米面。
那你会说,“我吃全麦面包”可以么?也不容易。因为加工工艺的原因,即便是全麦,亚精胺成本其实也所剩无几,再加上平均含量较低,你可能每天得吃几斤全麦面包,也未必真的就补充够了。
那么最后剩下的一条路就只剩膳食补充剂了。
之前提到,由于美国的资本加持能力强造就了NMN的火爆;而亚精胺的研究主要在欧洲,尤其是德语区柏林Charité 大学医学中心的Christoph Drosten教授(SARS病毒的共同发现者之一,并且首批研发出SARS病毒诊断方法)和奥地利格拉茨大学的Frank Madeo教授及其团队。
第一款投放市场的亚精胺补剂是The Longevity Labs家的spermidineLife®。目前在小米有品和京东国际都有官方正品销售。
Source:The Longevity Labs
由于亚精胺直接激发细胞自噬,所以它有点“抗衰老领域的阿司匹林”的意思,除了抗衰老本身外,可以给人带来的益处………有点……..多到让人咋舌。目前已经通过人体或动物实验被验证的包括:
- 心血管健康
- 骨骼、关节和软骨
- 免疫系统
- 肝功能
- 毛发再生
- 等等等等
Source:The Longevity Labs | 亚精胺可以支持的健康优化领域:神经退行性疾病,心血管,骨骼关节和软骨,肌肉,肥胖,毛发,肝功能,免疫系统等
当然,必须要申明的是:这世界上没有万灵药;并且,不管谁家的产品,亚精胺补剂也不是药,如果想取得最好的效果,还是要配合良好的生活方式。
如果你期待每天抽几十根烟,然后想靠亚精胺刺激你的细胞自噬,就把你抽进身体里的有害物质都排干净,那也是想多了。
抗衰老的科学研究就在出现突破性进展(breakthrough)的前夜,首先你需要先活到那个时候。
祝你有健康的生活方式,也祝你在未来拥有健康长久的Healthspan~