出品：科普中國(guó)

作者：程藝青、章鵬（中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

編者按：為解碼生命科學(xué)最新奧秘，科普中國(guó)前沿科技項(xiàng)目推出“生命新知”系列文章，從獨(dú)特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無(wú)限可能。

據(jù)史書(shū)記載，秦始皇曾經(jīng)為了能夠長(zhǎng)生不老多次派方士去海外尋仙丹，漢武帝為求長(zhǎng)生一再受騙卻仍執(zhí)迷不悟……不難看出，在中華文明數(shù)千年的歷史長(zhǎng)河之中，一直充斥著一種對(duì)長(zhǎng)生不老的無(wú)限向往與狂熱追求。

不論是帝王將相還是平民百姓，都渴求得到一種永生的辦法。不僅如此，流傳于人間的各種神話傳說(shuō)，呈現(xiàn)在大眾視野的各種影視作品，甚至是生活中諸如“長(zhǎng)命百歲”“壽比南山”這樣簡(jiǎn)單溫馨的美好祝福也都映射出了人類對(duì)于“長(zhǎng)生”的無(wú)限憧憬。

生老病死乃人之常情

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

然而，了解故事結(jié)局的人都知道，那些追求長(zhǎng)生不老的人最終都逃脫不了死亡的宿命。于是，人們慢慢接受了生老病死是一種自然發(fā)生的客觀規(guī)律，意識(shí)到長(zhǎng)生不老這種有悖常理的事情只不過(guò)是一種不切實(shí)際的妄念。

細(xì)胞分裂的極限：人類壽命的終點(diǎn)

隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人類開(kāi)始以科學(xué)的角度重新觀察和審視這個(gè)世界?？茖W(xué)家們開(kāi)始由表及里，探索生命內(nèi)部的世界，也一步步揭開(kāi)了有關(guān)生命的奧秘。實(shí)際上，不論是衰老還是死亡，這些生命現(xiàn)象的“自然發(fā)生”都有跡可循。

二十世紀(jì)60年代，Hayflick等科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，正常人類的胚胎細(xì)胞的分裂次數(shù)存在上限，當(dāng)分裂到一定次數(shù)之后細(xì)胞將停止分裂，人的生命也將結(jié)束?；谶@個(gè)理論，人類壽命的極限大約是 120-150歲左右。

那么，為什么細(xì)胞會(huì)停止分裂呢？究竟是什么在限制著人類的壽命？

生命的時(shí)鐘——端粒

我們都知道，染色體是遺傳信息的重要載體，它能在每次細(xì)胞分裂過(guò)程中精準(zhǔn)地將遺傳信息傳遞給子代細(xì)胞，也正是因?yàn)樗拇嬖诓拍茏屆總€(gè)物種在保持自身獨(dú)特性的同時(shí)又能代代相傳，從而實(shí)現(xiàn)“種瓜得瓜，種豆得豆”，使得自然界的各個(gè)生物有條不紊地生生不息。因此，染色體對(duì)于生命的重要性就不言而喻了。

端粒

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

端粒是細(xì)胞中染色體末端的一小段由DNA和蛋白質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)，它們像帽子一樣蓋住并保護(hù)染色體的末端。端粒不僅保護(hù)著染色體的完整性，還控制著人體細(xì)胞的分裂周期。

現(xiàn)代分子生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，每一次的細(xì)胞分裂都伴隨著染色體的復(fù)制，而每一次的染色體復(fù)制又會(huì)以損失一部分末端（即端粒部分）為代價(jià)。因此，隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加，端粒變得越來(lái)越短，直至它們短到細(xì)胞無(wú)法再正常分裂，細(xì)胞將不再更新，只剩凋亡。所以現(xiàn)在科學(xué)界的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，端粒的長(zhǎng)度指示了細(xì)胞衰老和死亡的進(jìn)程，進(jìn)而決定了人類的壽命。

衰老過(guò)程

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

也就是說(shuō)，沒(méi)有外傷和疾病的情況下，隨著端粒的逐漸縮短，人體會(huì)不斷衰老直至死亡。有研究表明，對(duì)于個(gè)體而言，端粒越長(zhǎng)的人活得越久。極短的端粒長(zhǎng)度與造血系統(tǒng)惡性腫瘤、心血管疾病、消化與呼吸系統(tǒng)疾病、藥物等引起的死亡息息相關(guān)。有趣的是，有科學(xué)家通過(guò)研究比較男性和女性的T淋巴細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，端粒的平均長(zhǎng)度還存在性別差異：女性的端粒長(zhǎng)于男性，平均比男性“年輕”8歲。

兩種方法比較的男女T細(xì)胞端粒平均長(zhǎng)度

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[4]）

另外，除了先天性的因素會(huì)影響端粒的長(zhǎng)度之外，后天的環(huán)境也會(huì)對(duì)其造成影響。例如有科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，心理壓力也會(huì)導(dǎo)致端粒的損傷。由此可見(jiàn)，保持一個(gè)積極良好的生活心態(tài)對(duì)于健康和長(zhǎng)壽來(lái)說(shuō)也是十分重要的。那么，端?？梢员谎娱L(zhǎng)嗎？

心理壓力導(dǎo)致的端粒損傷

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]）

端粒酶——長(zhǎng)壽的鑰匙？

事實(shí)上，早在2009年，幾位美國(guó)科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)了端粒的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了在體內(nèi)存在一種可以催化延長(zhǎng)端粒的物質(zhì)——端粒酶。端粒酶是一種RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體，以其自身攜帶的RNA為模板，通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)對(duì)染色體末端DNA的延長(zhǎng)。

人類端粒酶的催化核心葉(藍(lán)色)與組蛋白(粉色和棕色)和端粒DNA復(fù)合

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

按理說(shuō)，端粒酶的存在可以彌補(bǔ)端粒因細(xì)胞分裂而造成的損耗，使得細(xì)胞能夠無(wú)限分裂。然而，普通體細(xì)胞中的端粒酶活性很低，即端粒酶延長(zhǎng)端粒的速度遠(yuǎn)不及端粒被消耗的速度。這也就是為什么盡管人體內(nèi)存在端粒酶，但它并不能阻止普通體細(xì)胞中端?？s短的大趨勢(shì)，也就無(wú)法使細(xì)胞永生了。

雖然普通體細(xì)胞中的端粒酶活性很低，但是還有些特殊的細(xì)胞，如胚胎細(xì)胞、生殖細(xì)胞中端粒酶的活性都很高，其中的端粒DNA并不隨細(xì)胞分裂次數(shù)的增加而縮短，具有無(wú)限增殖的能力。

那么是否可以通過(guò)某種方法激活普通體細(xì)胞中的端粒酶活性從而實(shí)現(xiàn)人體永生呢？

生命的抉擇：永生還是死亡？

事實(shí)上，人體中確實(shí)有些體細(xì)胞的端粒酶活性會(huì)突然增高從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的無(wú)限增殖——這就是癌細(xì)胞。沒(méi)錯(cuò)，令人類聞風(fēng)喪膽的癌細(xì)胞就是永生的。因此，如若將普通體細(xì)胞中端粒酶的活性激活，細(xì)胞將無(wú)限分裂并進(jìn)一步發(fā)展成癌細(xì)胞，生長(zhǎng)不受控制的癌細(xì)胞最終會(huì)發(fā)展成腫瘤，造成的結(jié)果就是：細(xì)胞永生了，人卻沒(méi)了。

帶有端粒的染色體

（圖片來(lái)源：veer圖庫(kù)）

從這個(gè)角度來(lái)看，端粒酶的活性在人類體細(xì)胞中受到限制，使得端粒在每一次細(xì)胞分裂過(guò)程中都在縮短，似乎為生命提供了一種限制腫瘤發(fā)生的天然機(jī)制，將癌細(xì)胞扼殺在搖籃中。

由此可見(jiàn)，人體內(nèi)的各種運(yùn)行機(jī)制都是十分精密的。端粒的正常縮短是人類保持健康很重要的一環(huán)，它們?cè)谙拗萍?xì)胞壽命和人體的壽命之間實(shí)現(xiàn)了必要的平衡，阻止了癌癥的發(fā)生，也讓生命有了壽命的限制。

目前看來(lái)，能不能在未來(lái)的某一天實(shí)現(xiàn)永生還是未知的，但能確定的是，科學(xué)家們一直在努力探求生命的真相。隨著科學(xué)家們對(duì)人類機(jī)體和端?？s短機(jī)制更深的研究以及醫(yī)療科技的不斷發(fā)展，人類的平均壽命一定會(huì)逐步延長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Liu J, Wang L, Wang Z, Liu JP. Roles of Telomere Biology in Cell Senescence, Replicative and Chronological Ageing. Cells. 2019 Jan 15;8(1):54.

[2] Lin J, Epel E. Stress and telomere shortening: Insights from cellular mechanisms. Ageing Res Rev. 2022 Jan;73:101507.

[3] Ye Q, Apsley AT, Etzel L, Hastings WJ, Kozlosky JT, Walker C, Wolf SE, Shalev I. Telomere length and chronological age across the human lifespan: A systematic review and meta-analysis of

414 study samples including 743,019 individuals. Ageing Res Rev. 2023 Sep;90:102031.

[4] Lansdorp PM. Sex differences in telomere length, lifespan, and embryonic dyskerin levels. Aging Cell. 2022 May;21(5):e13614.

[5] Zhu Y, Liu X, Ding X, Wang F, Geng X. Telomere and its role in the aging pathways: telomere shortening, cell senescence and mitochondria dysfunction. Biogerontology. 2019 Feb;20(1):1-16.

[6] Bernardes de Jesus B, Blasco MA. Telomerase at the intersection of cancer and aging. Trends Genet. 2013 Sep;29(9):513-20.

[7] Sandin S, Rhodes D. Telomerase structure. Curr Opin Struct Biol. 2014 Apr;25(100):104-10.