最新研究成果 | 清華大學藥學院王釗教授發(fā)文解碼衰老:從進化的角度審視非進化事件
解碼衰老: 從進化的角度審視非進化事件

研究背景介紹

衰老是我們共同面臨的挑戰(zhàn)。隨著科技的進步和醫(yī)療條件的改善,人類的平均預期壽命不斷延長,老齡化社會的到來使得加深對衰老的理解和研究變得尤為重要。2024年4月19日,清華大學藥學院王釗教授及其團隊受邀在《中國科學·生命科學》(SCIENCE CHINA Life Sciences)期刊在線發(fā)表了觀點性文章“Decoding Aging: Examining the Non-Evolutionary Event from an Evolutionary Perspective”,提出一個從全新的視角來理解人類的衰老過程,挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的老年學研究。

從進化的角度重新解讀衰老

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首先,該文從進化的角度將人類衰老定義為生殖期結(jié)束后的生命階段。與傳統(tǒng)的認知不同,衰老并不是所有物種都會經(jīng)歷的生命階段,在野外,相當大比例的動物種群,包括人類祖先群體,很少能活到衰老階段。更常見的是,個體在生殖能力下降和衰老到來之前,就因疾病、捕食和其他環(huán)境危險因素而死亡。從進化的角度,王釗教授進一步明確了人類“衰老”的定義:機體在生殖期后隨增齡而發(fā)生的正常功能和/或形態(tài)的退行性改變。

進化為了保證物種的進化速率以適應不斷變化著的環(huán)境而確立了生物壽命的上限(即極限壽命),但嚴格說衰老本身并不屬于進化事件,因為自然選擇在生殖期后就不再發(fā)揮作用了。王釗教授用一個形象的比喻來描述自然選擇在衰老階段的“慣性”作用(圖1):就像賽車在越過終點線(生殖期結(jié)束)后,賽車手不再踩油門,但也沒有踩剎車,賽車由于慣性繼續(xù)向前滑行,衰老就類似于這種“慣性滑行”,能夠滑行多遠、持續(xù)多久與當時的車況、路況、環(huán)境條件等諸多因素有關(guān),而慣性滑行的最終停止意味著生命的終結(jié)。因此,衰老是進化的附帶結(jié)果,而非直接結(jié)果;是自然選擇的慣性而非自然選擇本身在起作用。

王釗教授認為,正是由于衰老不屬于進化事件,我們才能對衰老過程進行干預。我們常說的“抗衰老”,本質(zhì)上是在延緩衰老階段的生理功能下降,這是通過壓縮整個生命周期內(nèi)的患病期和失能期,從而延長健康壽命來實現(xiàn)的。

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圖1 進化的慣性作用示意圖


在老齡化之上:

追求長壽的過程中優(yōu)先考慮健康

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在對不同靈長類物種之間的生活史進行比較分析后(圖2),我們可以看出,與其它靈長類動物相比,人類具有顯著延長的生殖期后壽命(Post-reproductive lifespan, PRLS),即衰老期。在自然界中,PRLS并不常見,自然條件下的靈長類動物往往在生殖期結(jié)束后不久即死亡,它們?nèi)匀恢饕艿阶匀贿x擇的影響。可見人類平均預期壽命的顯著延長,主要歸因于生殖期后壽命的延長。最近三百年來人類公共衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展和醫(yī)療水平的進步在延長人類平均預期壽命方面發(fā)揮了重要作用。

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圖2 靈長類生活史比較圖


從進化的觀點來看,大規(guī)模的人類衰老是近幾百年才出現(xiàn)的一個相對較新的現(xiàn)象。雖然人類預期壽命有了顯著提高,但仔細分析我們可以發(fā)現(xiàn),人類生活史的整體節(jié)奏基本沒有發(fā)生變化(圖3)。幼兒一歲蹣跚學步,兩歲呀呀學語,少女二七初潮,婦人七七絕經(jīng),有文字記載以來這個節(jié)奏基本上沒改變。在工業(yè)化時代之前,相當多的個體可能無法存活到生殖期結(jié)束。現(xiàn)代公共衛(wèi)生和醫(yī)藥科技的進步讓我們能存活到生殖期結(jié)束,步入衰老期,盡享完整的生活史。

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圖3 人類生活史的演化示意圖


該文認為,我們不能僅僅關(guān)注整體壽命的延長,更應該關(guān)注健康壽命。正是健康壽命與整體壽命之間的差異導致了人口老齡化負擔的加劇。由于老齡人口中相當比例的人群患有慢性疾病,導致醫(yī)療費用隨著年齡增長而上升,隨著人口預期壽命的延長,社會醫(yī)療保健系統(tǒng)的經(jīng)濟負擔也在增加。王釗教授提出,老年學應不僅僅著力于時序壽命的延長,還應延長健康壽命,老齡化研究和政策的制定也應更關(guān)注老年人群晚年生活質(zhì)量和福祉的提高。理想的狀態(tài)是讓人口的生存曲線展現(xiàn)“矩形化”(圖4),讓人口的死亡率更加集中在極限壽命周圍。

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圖4 人口生存曲線示意圖


當前衰老研究模型的局限性

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目前,許多模型動物被用于衰老研究。秀麗隱桿線蟲以其體積小、生命周期短、細胞結(jié)構(gòu)簡單、易于進行遺傳操控對壽命相關(guān)研究做出了巨大貢獻。當面臨環(huán)境壓力時,秀麗隱桿線蟲會進入滯育狀態(tài),從而顯著延長表觀壽命(圖 5)。

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圖5 線蟲生活史


然而,秀麗隱桿線蟲壽命的延長是通過延長發(fā)育階段來實現(xiàn)的(圖 6),這與人類通過延長生殖期后的階段來延長壽命的方法有著本質(zhì)區(qū)別。這表明將線蟲作為衰老研究模型存在固有的局限性。使線蟲壽命大幅延長的因素可能并不適用于人類,因為通過延長發(fā)育期來延長壽命對人類來說并不可行。線蟲可用于壽命研究而并不適合進行衰老研究。

對某些果蠅長壽株來說,壽命的延長主要發(fā)生在生殖期,這反映了生殖和壽命之間的權(quán)衡。雖然果蠅是研究生殖和壽命之間權(quán)衡的可行模型,但對于以延長健康壽命和干預生殖期后階段為重點的人類衰老研究來說,它們也不是理想的動物模型,因為果蠅的生殖期后壽命并不明顯。

盡管許多研究通過改變秀麗隱桿線蟲和果蠅的生活史成功地延長了它們的壽命,但這些延長主要發(fā)生在衰老之前的生命階段。王釗教授認為,這些模型與人類衰老有著本質(zhì)區(qū)別,人類衰老的重點是延長生殖期后的生命階段。這一根本區(qū)別可能是許多研究成果無法從模式生物轉(zhuǎn)化而為人類所用的原因。實驗室飼養(yǎng)的小鼠、大鼠、狗以及非人靈長類動物等是很有希望的衰老研究模型。在實驗室的飼養(yǎng)條件下,這些模式生物生殖期后的生命階段可被觀測到,并在生理和遺傳方面與人類更為相似,對于衰老研究而言,是更加合適的模式生物。

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圖6 不同滯育期線蟲的生活史示意圖


結(jié)論

近年來,涌現(xiàn)了許多有望實現(xiàn)某種形式永生的技術(shù),如數(shù)字永生;蓬勃發(fā)展的再生醫(yī)學與生物技術(shù),有可能延長人類壽命,甚至突破極限壽命。雖然這些干預手段的益處是公認的,但這些技術(shù)帶來的獲益并不屬于群體的、可遺傳的進化事件,因此不在本文的討論范圍之內(nèi)。

人類平均預期壽命的延長與公共衛(wèi)生領(lǐng)域的進步密切相關(guān),人類衰老期的出現(xiàn)主要是在工業(yè)革命之后,因此從進化的視角理解人類生活史的動態(tài)變化對深入了解長壽機制的重要意義。該觀點性文章中認為,盡管目前有許多衰老研究模型,如線蟲和果蠅等模式生物,但這些模型主要關(guān)注于生殖前期或生殖期的壽命延長,而對人類更為關(guān)注的生殖后期壽命延長研究幫助有限。這一觀點強調(diào)了我們需要重新思考現(xiàn)有的衰老研究模型,并探索更貼近人類生理和生活史的實驗系統(tǒng)。

此外,王釗教授提出了一個關(guān)于衰老的全新理念:衰老不應被視為生命中不可避免的衰退階段,因為抗衰老實質(zhì)并不是抗死亡,而是通過科學的方式來管理和優(yōu)化衰老的一個過程。他強調(diào)了追求健康、充滿活力的晚年生活的重要性,這不僅關(guān)乎個體的健康和幸福,也關(guān)乎社會的繁榮與和諧。因此,抗衰老戰(zhàn)略的目標應從僅僅延長壽命轉(zhuǎn)變?yōu)樘岣呱称诤笱娱L階段的生活質(zhì)量,注重優(yōu)雅、健康地衰老,實現(xiàn)老而不衰的健康老齡化目標。

本文凝練了王釗教授數(shù)十年對于衰老的深度思考,從進化角度審視衰老這一非進化事件,他對人類衰老進行了定義:人類衰老是成熟期后隨增齡發(fā)生的機體功能/形態(tài)的退行性改變。他提出衰老是隨機事件而不是進化事件,是自然選擇的慣性作用結(jié)果。他強調(diào)衰老干預的目標是健康老齡化而不僅僅是生理壽命的延長。相信隨著衰老生物學研究的進展與突破,健康老齡化的目標將不再遙遠,每個人都能享有一個充滿活力、尊嚴和滿足的晚年生活。


致謝

清華大學藥學院王釗教授為本文通訊作者,藥學院2019級博士生郭彥南為文章第一作者,國家衛(wèi)健委老年醫(yī)學研究所蔡劍平教授為本工作提供了重要幫助。本工作得到了國家自然科學基金、清華大學春風基金的支持。


原文鏈接:https://doi.org/10.1007/s11427-023-2579-1





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