延長(zhǎng)端粒就可顯著延長(zhǎng)壽命，抗擊衰老

端粒是位于真核生物染色體末端的核蛋白結(jié)構(gòu)。它們由串聯(lián)重復(fù)的TTAGGG DNA序列組成，這種序列被稱為shelterin的六蛋白復(fù)合物所結(jié)合。端粒對(duì)于DNA修復(fù)活性和保護(hù)染色體末端免受DNA降解至關(guān)重要，它們?cè)谌旧w穩(wěn)定性中起著重要作用。由于所謂的“末端復(fù)制問(wèn)題（end replication problem）”，端粒隨著細(xì)胞的每一次分裂而縮短。

端粒酶是一種核糖核酸蛋白DNA聚合酶，可通過(guò)在染色體末端重新添加TTAGGG重復(fù)序列來(lái)延長(zhǎng)端粒，從而補(bǔ)償端粒消減。端粒酶由一個(gè)逆轉(zhuǎn)錄酶催化亞基（稱為TERT）和相關(guān)的RNA組分（Terc）組成，其中Terc用作合成TTAGGG重復(fù)序列的模板。在成年有機(jī)體中，端粒酶活性**于成體干細(xì)胞區(qū)室，不過(guò)，在這些區(qū)室中，不論是在人類中，還是在小鼠中，端粒酶僅有部分活性，即便在這些成體干細(xì)胞中，端粒酶的表達(dá)也不足以在整個(gè)有機(jī)體的壽命中維持端粒穩(wěn)態(tài)，這也就無(wú)法阻止隨著年齡的增長(zhǎng)而發(fā)生的漸進(jìn)性端?？s短（progressive telomere shortening）。

端粒的長(zhǎng)度由遺傳決定，端粒的平均長(zhǎng)度和端粒縮短的速率在不同物種之間有所不同。在這方面，人類天生具有比小鼠更短的端粒，但是小鼠端粒的縮短速率比人類快100倍。當(dāng)端?？s短到極限長(zhǎng)度時(shí)，它們會(huì)誘導(dǎo)持續(xù)的DNA損傷反應(yīng)（DNA damage response）和基因組不穩(wěn)定性，從而引發(fā)其他的細(xì)胞事件，比如細(xì)胞衰老和/或凋亡，以及削弱干細(xì)胞再生組織的能力。端?？s短被認(rèn)為是衰老的特征之一，這是因?yàn)檩^短的端粒足以引起有機(jī)體衰老和壽命縮短?？茖W(xué)家們已發(fā)現(xiàn)使用不同的端粒酶過(guò)表達(dá)方法（包括基因治療策略）來(lái)維持成年小鼠中的端粒長(zhǎng)度可以延緩衰老和年齡相關(guān)病理特征，并延長(zhǎng)它們的壽命。

但是，端粒酶在大多數(shù)人類癌癥中都被重新激活，這引起了人們對(duì)端粒酶重新激活在促進(jìn)腫瘤發(fā)生中的潛在負(fù)面長(zhǎng)期影響的關(guān)注。在這方面，越來(lái)越多的證據(jù)表明即使在癌基因受到激活的情況下，通過(guò)使用非整合型AAV病毒載體使得成年小鼠中的端粒酶重新激活也不會(huì)導(dǎo)致癌癥的增加。然而，大型人群研究已表明在人類中，更長(zhǎng)端粒的存在與肺癌等某些癌癥的發(fā)病率增加有關(guān)。此外，Pot1 shelterin基因發(fā)生的導(dǎo)致更長(zhǎng)端粒的生殖細(xì)胞突變與多種類型的家族性癌癥---比如黑色素瘤和神經(jīng)膠質(zhì)瘤---有關(guān)。盡管在后一種情況下，Pot1突變不僅導(dǎo)致更長(zhǎng)的端粒，而且還導(dǎo)致端粒畸變?cè)黾?，這種端粒畸變?cè)黾右部赡苁菍?dǎo)致癌癥易感性增加的原因。因此，在端粒酶不被激活或不發(fā)生其他端粒變化的情況下，探究較長(zhǎng)的端粒本身是否可以促進(jìn)腫瘤發(fā)生具有重要意義。

在小鼠中，西班牙國(guó)立癌癥研究中心（CNIO）的Maria A. Blasco研究團(tuán)隊(duì)和其他人之前已證實(shí)端粒酶在胚泡階段被激活，在該階段，端粒在內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM）中延長(zhǎng)，以這種方式設(shè)定了給定物種的正常端粒長(zhǎng)度。有趣的是，Blasco團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)源自ICM的胚胎干細(xì)胞（ESC）在體外增殖時(shí)允許它們的端粒進(jìn)一步延長(zhǎng)而超過(guò)這個(gè)物種的正常端粒長(zhǎng)度，從而產(chǎn)生所謂的超長(zhǎng)端粒胚胎干細(xì)胞（hyper-long telomere ESC）。這種端粒的延長(zhǎng)與多能性階段的表觀遺傳變化有關(guān)，這些表觀遺傳變化允許更“開(kāi)放”的端粒染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且在不存在明顯的基因表達(dá)變化的情況下允許端粒酶介導(dǎo)的端粒延伸。近期，Blasco團(tuán)隊(duì)證實(shí)這些具有超長(zhǎng)端粒的小鼠ESC可以聚合成桑椹胚（morulae），從而獲得嵌合體小鼠，這些嵌合體小鼠也由具有比正常情形下更長(zhǎng)端粒的細(xì)胞組成。因此，具有超長(zhǎng)端粒的ESC能夠產(chǎn)生所有的成年器官，并且不會(huì)影響這些器官的正常結(jié)構(gòu)和功能。但是，有必要開(kāi)展進(jìn)一步的研究來(lái)解決增加一種物種的天然端粒長(zhǎng)度的長(zhǎng)期影響。

為此，在一項(xiàng)新的研究中，Blasco團(tuán)隊(duì)百分百地利用具有超長(zhǎng)端粒的ESC培育出嵌合體小鼠，即超長(zhǎng)端粒小鼠（hyper-long telomere mice），隨后在它們的整個(gè)生命周期中對(duì)它們進(jìn)行了跟蹤。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature Communications期刊上，論文標(biāo)題為“Mice with hyper-long telomeres show less metabolic aging and longer lifespans”。

這些研究人員發(fā)現(xiàn)這些由具有超長(zhǎng)端粒的ESC培育出的小鼠在較大年齡時(shí)具有比正常情形下更長(zhǎng)的端粒，而且未顯示出任何病理異常。相應(yīng)地，與具有正常端粒長(zhǎng)度的對(duì)照小鼠相比，在超長(zhǎng)端粒小鼠中，隨著年齡的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出整體DNA損傷以及端?？s短誘導(dǎo)的DNA損傷的細(xì)胞數(shù)量顯著減少。同樣，在超長(zhǎng)端粒小鼠中，衰老標(biāo)志物p21的水平下降了。

有趣的是，從第40周開(kāi)始，超長(zhǎng)端粒小鼠的體重比對(duì)照小鼠減輕了。這些研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這種體重減小的原因是在瘦體重變化不大的情況下脂肪堆積減少。此外，超長(zhǎng)端粒小鼠表現(xiàn)出“年輕”的代謝表型跡象，這表明在它們的一生中，血清中的LDL、ALT和膽固醇水平顯著下降。再者，它們顯示出對(duì)葡萄糖和胰島素?cái)z入的敏感性增加，即使在年老時(shí)也是如此，因此這就表明相比于具有正常端粒長(zhǎng)度的對(duì)照組小鼠，超長(zhǎng)端粒小鼠具有“更年輕”的代謝年齡。

先前的報(bào)道已表明線粒體功能下降與端粒功能障礙有關(guān)。與這些先前的發(fā)現(xiàn)相一致的是，Blasco團(tuán)隊(duì)的當(dāng)前數(shù)據(jù)表明具有超長(zhǎng)端粒的小鼠具有改善的線粒體功能。特別是，他們發(fā)現(xiàn)在超長(zhǎng)端粒小鼠中，Pgc1-α/β以及其靶基因Errα和Pparα的表達(dá)增加了。此外，與具有正常端粒長(zhǎng)度的對(duì)照組小鼠相比，超長(zhǎng)端粒小鼠還顯示出增加的線粒體DNA拷貝數(shù)和增加的OXPHOS線粒體基因細(xì)胞色素C、ATP合酶、細(xì)胞色素C亞基6和細(xì)胞色素C亞基5a表達(dá)水平?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)表明，超長(zhǎng)端粒小鼠的線粒體活性增強(qiáng)，這可能有助于它們的代謝性能的改善。

重要的是，Blasco團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有觀察到超長(zhǎng)端粒小鼠具有增加的自發(fā)性腫瘤發(fā)生率，相反，與具有正常端粒長(zhǎng)度的對(duì)照小鼠相比，它們顯示出明顯的減少自發(fā)性腫瘤的趨勢(shì)，因此這就表明較長(zhǎng)的端粒本身并不增加腫瘤的發(fā)生，相反似乎會(huì)降低癌癥風(fēng)險(xiǎn)，這與更年輕狀態(tài)時(shí)的情形相一致。同樣與此相一致的是，他們發(fā)現(xiàn)超長(zhǎng)端粒小鼠的壽命比對(duì)照小鼠長(zhǎng)，中位生存期增加12.75％，**生存期增加8.4％?？赡苡腥颂岢?，在這項(xiàng)研究中使用的100％嵌合小鼠可能來(lái)自供體滋養(yǎng)層細(xì)胞，其性別可能會(huì)影響這些小鼠的生存。然而，眾所周知，滋養(yǎng)層細(xì)胞的全部作用在于它們能夠形成胎盤和羊膜囊，這不太可能影響成年小鼠。

由此可知，Blasco團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)研究中提供了一種在沒(méi)有基因操作的情況下可以延遲衰老的小鼠模型。這個(gè)小鼠模型具有抗衰老表型，這些抗衰老表型也存在于先前描述的具有延遲衰老特性的幾種轉(zhuǎn)基因小鼠模型中。特別地，Blasco團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的這個(gè)小鼠模型顯示出與生長(zhǎng)激素（GH）突變侏儒小鼠相類似的體型減小，胰島素敏感性增強(qiáng)，甚至致命性腫瘤的發(fā)生率下降，不過(guò)也存在明顯的差異，比如，前者具有更低的身體脂肪，然而這種侏儒小鼠容易堆積身體脂肪。在這方面，超長(zhǎng)端粒小鼠與胰島素樣生長(zhǎng)因子（IGF）突變小鼠更相似，后者還具有身體脂肪堆積減少的特點(diǎn)。

總而言之，Blasco團(tuán)證實(shí)通過(guò)增加胚胎干細(xì)胞的傳代數(shù)量并在不進(jìn)行基因修飾的情況下，可以產(chǎn)生端粒比自然物種長(zhǎng)得多的小鼠。這些超長(zhǎng)端粒小鼠表現(xiàn)出更年輕的表型，體現(xiàn)為線粒體功能改善、代謝參數(shù)改善、癌癥減少和壽命延長(zhǎng)。這些結(jié)果還表明，在物種中，端粒較長(zhǎng)的個(gè)體并不存在負(fù)性選擇，因此，人們可以預(yù)見(jiàn)，在特定物種中，有利于端粒較長(zhǎng)的個(gè)體的自然選擇過(guò)程可能會(huì)延長(zhǎng)物種壽命。最后，這些發(fā)現(xiàn)提出了一種誘導(dǎo)具有更長(zhǎng)端粒的個(gè)體的潛在方法可能是在端粒被延長(zhǎng)的胚胎發(fā)育過(guò)程中調(diào)節(jié)多能性階段的持續(xù)時(shí)間。