在整个20世纪和21世纪，人类的寿命都在增加，但这些增长正在放缓，因此科学家们一直在寻找延长寿命的方法。美国国立卫生研究院告诉我们，延长寿命的最佳方法是吃得好，睡得好，定期锻炼，定期体检，避免吸烟和酗酒等不良习惯。
致力于研究抗衰老的科学家们延长了蠕虫、老鼠甚至猴子的寿命。但他们能为人们做同样的事情吗？近日，加州大学圣地亚哥分校的研究团队通过操纵控制衰老的遗传回路，成功地将一种简单生物体的寿命延长了约80%。该研究题为“Engineering longevity—design of a synthetic gene oscillator to slow cellular aging”，发表在Science杂志。
细胞衰老背后的合成生物学
加州大学圣地亚哥分校的研究团队多年来一直在研究细胞衰老，发现细胞在一生中都会经历一连串的分子变化，直到最终退化和死亡。然而，他们发现并非所有细胞都以相同的方式衰老，这是他们新研究的重点。
他们首先使用细胞老化的计算机模拟来测试他们的想法，然后继续修改单细胞酵母Saccharomyces cerevisiae的老化回路。他们发现这些细胞遵循两种衰老途径之一。大约一半的细胞经历了DNA稳定性的逐渐下降（核仁老化）；对于其他细胞，衰老路径的特征是线粒体的减少。
操纵基因表达以延长寿命
为了控制细胞的衰老，他们操纵了两种保守的转录调节因子的表达，这两种分子决定了哪些基因在细胞中是活跃的。沉默信息调节因子2（Sir2）驱动核仁减少（导致DNA不稳定），血红素激活蛋白4（Hap4）与线粒体活性有关。
当其中一种调节因子被表达并因此具有活性时，它会阻止另一种的表达，因此研究人员设计了一种合成基因振荡器来重新连接这一机制。通过在单个细胞中产生两种类型的细胞变性之间的持续振荡，它们阻止了细胞遵循这两种衰老途径中的任何一种，结果发现这些细胞的寿命增加了。
该研究作者表明：“我们的工作是一个概念验证，就像机械工程师可以修复和改造我们的汽车，使其使用寿命更长一样，我们也可以使用相同的工程方法来修改和增强细胞，使其寿命更长。最突出的是我们实现这一目标的方法：使用计算机模拟自然老化系统，并指导系统的设计和合理工程，以延长寿命。”
基因重组后，寿命几乎延长了一倍
通过创造基因振荡器，科学家们使酵母细胞在两种衰老途径之间不断切换，防止它们走上预先注定的衰退和死亡之路，减缓细胞的退化。结果发现，与对照细胞相比，那些在合成振荡器的指导下人工重新布线并老化的酵母细胞寿命增加了82%。
延长寿命的潜在应用
所有细胞都含有负责包括衰老在内的许多生理功能的基因调节回路，因此理论上，类似的方法可以在人类细胞中发挥作用。其目的可能不仅是延长更复杂的生物体的寿命，而且是延长生物体内某些细胞的寿命，以预防退行性疾病。但是作者表示，他们不知道延长寿命是否会以其他方式影响细胞：
“这是一个深层次的生物学问题。我们目前的假设是，细胞的寿命不是通过进化选择的特征。细胞首先必须能够在快速变化、不可预测的压力环境中生存。”他补充道，“我们的工程长寿细胞可能对环境中某些类型的应力抵抗力较弱。因此，基本上，延长寿命可能会牺牲一些正常功能，但这只是一个假设。”。
作者认为：“这两种调节因子在人类中都有对应的调节因子，所以我相信同样的策略可以应用于人类细胞。事实上，这是我们未来的下一步。”
如果这些干预的集体目标是保持更健康的细胞状态，那么与年龄相关的疾病的风险和发病率就会降低。总之，尽管这项研究表明关闭单细胞生物的衰老机制是可能的，但在这项技术应用于人类之前，还有许多问题需要回答。
来源：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add7631
