ai)在研究线虫时,得到了抑制TOR蛋白活性可以抑制衰老的首个证据:通过基因技术,阻止TOR蛋白的合成,可使线虫的平均寿命延长两倍。一年后,美国加州理工学院的潘卡基·卡帕西(Pankaj Kapahi)发现,抑制TOR蛋白的活性也能延长果蝇的平均寿命,抵消高能量摄入带来的不利影响,就像限制能量摄入的效果一样。2005年,当时任职于华盛顿大学的布莱恩·肯尼迪(Brian Kennedy)和同事在研究中,再次证明了TOR蛋白与衰老间的关系:他们阻断酵母的TOR信号通路后,酵母细胞的寿命延长了。
这些以及其他关于TOR蛋白的研究特别让人感兴趣的原因是,它们证明了,抑制TOR蛋白的活性不仅具有能量限制的效果,还能像某些突变基因一样,延长动物的寿命。这些突变基因就是所谓的“长寿基因”(gerontogene),首个这类基因是在十多年前发现于蛔虫体内——后来的研究表明,“长寿基因”的作用机制是阻断胰岛素信号通路。衰老一直被认为是一个极端复杂的过程,但上述发现却表明,通过改变单个基因,是可以显著延缓衰老过程的,这为药物延缓衰老提供了可能性,也使老年医学成为一个热点研究领域。在20和21世纪之交,科学家又在小鼠中相继发现了多种“长寿基因”,它们会阻断生长信号,比如由胰岛素以及与其极为相似的一种激素——胰岛素样生长因子1所传导的信号。2003年,一个携带“长寿基因”的小鼠打破了长寿纪录,它存活了近5年时间,而一般情况下,实验室小鼠的寿命不会超过两年半。这些发现让科学家更加相信,衰老是可以延缓的。
你或许认为,TOR蛋白、能量限制以及“长寿基因”间的关联,会使科学家加快步伐检验雷帕霉素在延缓哺乳动物衰老进程上的效果,但实际上,直到本世纪的首个10年快要结束时,“科学家都没有认真对待TOR蛋白。”美国得克萨斯大学巴夏普长寿与衰老研究所的老年医学家史蒂文·奥斯塔德(Steven Austad)说。这是因为雷帕霉素是免疫抑制剂,长期广泛使用会对哺乳动物产生毒害作用。不过,奥斯塔德的一位同事泽尔顿·戴夫·夏普(Zelton Dave Sharp)在回顾了TOR相关的多项研究之后,却产生了不同的想法。2004年,在他的游说之下,一项针对小鼠寿命期限的研究开展起来——在研究中,工作人员会长期给小鼠喂食雷帕霉素。
起初,这项由美国国家老年研究所资助的研究并不被人看好,因为小鼠的初次给药时间太晚,在小鼠20个月大时才给药,这已相当于人类60岁。在这种前提下,即使限制能量摄入,也不能有效延长老龄小鼠的寿命。所以在当时,“没有一个人相信雷帕霉素会起作用。”奥斯塔德说。但到2009年,这项研究却取得了历史性突破:参与研究的三个美国实验室——巴夏普长寿与衰老研究所的兰迪·斯特朗(Randy Strong)实验室、杰克逊实验室的戴维·E·哈里森(David E. Harrison)组和密歇根大学安阿伯分校的理查德·A·米勒(Richard A. Mille)实验室联合报告说,与对照组小鼠相比,雷帕霉素使老年雄鼠和雌鼠的寿命分别延长了惊人的28%和38%,最大寿限则分别延长了9%和14%。
这项让人兴奋的研究结束之后,其他科学家迅速跟进,他们的研究也都凸显了TOR蛋白在衰老过程中的重要作用。英国伦敦大学学院的科学家发现,一种名为S6K1的基因可以编码一种酶,能增强mTOR蛋白的作用,因此抑制该基因的表达后,雌鼠便不容易患老年疾病,最大寿限也得到延长(奇怪的是,这种方法对雄鼠无明显作用)。另外,首次在小鼠实验中取得突破的那三个美国实验室还发现,从小鼠9个月大时开始喂食雷帕霉素,与在20个月大时喂食的效果相同,这说明雷帕霉素主要在老年期发挥作用,可能是因为在老年期,身体机能开始减退,疾病多发,而雷帕霉素的作用就是阻止这些疾病的发生。
抑制TOR蛋白的活性可以延长多个物种的寿命,对于研究衰老的科学家而言,这一事实就像是在一片分子迷雾中突然亮起的一盏明灯。不过,这并不是说其他与衰老相关的通路就不重要。实际上,老年医学家逐渐形成这样一种看法:能量限制所影响的生理途径,属于一个很复杂、有很多分支的网络,而这个网络可以用多种方法加以“校正”,使动物的衰老过程不会衍生疾病。网络的组成单元包括一些胰岛素相关的酶和蛋白质,比如可在细胞中触发应激反应的FoxO蛋白。还有很多证据表明,在哺乳动物中,去乙酰化酶可以引起类似于能量限制的效应,而且在某些环境下,它还会参与抑制TOR蛋白的活性。不过,至少在很多动物(可能也包括人类)中,TOR蛋白似乎才是这个网络的“CPU”,它会综合各种输入信息,控制机体的衰老速率。
进化谜团
在研究
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