有一種叫源頭康膠囊的保健品,據稱是一個很有名的端粒酶活性調節劑,其主要成分是乙醯膽鹼,溶血磷脂,肌醇磷脂,腦磷脂,亞麻酸,共軛亞油酸等,通過對端粒酶的調節來增加細胞端粒的長度,增加細胞的分裂次數,從而延長人的壽命。有消費者稱服用後身體狀況大為改善。如何理解商家聲稱的其工作原理,即通過對端粒酶的調節來增加細胞端粒的長度,增加細胞的分裂次數,從而延長人的壽命?


先說結論:

延緩端粒被消耗的進程,端粒酶就是用來延長染色體末端的端粒的。但這個延長過程比不上消耗的過程(或者剛剛好達到穩態),所以端粒酶實際上最多只能維持端粒長度,大多情況下根本就是揚湯止沸。

以下為圖文解說,為了解釋清端粒和端粒酶,不得不說細胞分裂和染色體複製。

逆轉衰老實現永生的方法大多情況下都和抑制腫瘤無限生長的治療恰恰相反。


如果把染色體頂端的DNA放大觀察,你能看到不是一段基因或涉及基因調控的DNA片段,而是一個簡單的序列——

TTAGGG-TTAGGG-TTAGGG-TTAGGG-TTAGGG

這串「TTAGGG」的組合周而復始,重複成百上千遍。在染色體末端的這串重複序列就是「端粒」

端粒就是每條染色體末端的亮點。圖片來源:人類基因組計劃(公共序列)的「端粒帽」影像。

「端粒」存在於各種真核細胞中,從單細胞生物到人類,體內的染色體末端都有端粒。

那麼這種染色體的「小帽子」到底有什麼用呢?

如果把染色體看作鞋帶,那麼端粒就像染色體「鞋帶」頂端的保護套,他們對染色體同樣起著保護內部區域的作用。在DNA的每一輪複製過程中,它們都會被消耗掉一小部分。

為了和這種端粒持續被消耗的過程對抗,或者說,延緩端粒被消耗的進程,端粒酶就是用來延長染色體末端的端粒的。但這個延長過程比不上消耗的過程(或者剛剛好達到穩態),所以端粒酶實際上最多只能維持端粒長度,大多情況下根本就是揚湯止沸。

末端複製的問題

用生活中類似的例子打個比方,給手機貼膜,為了不在膜有粘性的那一面留下指紋,會在貼膜上方加一個小粘紙把手,拽著這個小粘紙慢慢讓貼膜覆蓋到手機屏幕上,確保完美無指紋,然後就把貼膜撕掉。

染色體複製與轉錄的過程就像手機貼膜上的小貼紙,因為結構的限制,許多精細操作都有賴於外部工具的輔助。如果說染色體複製是手機貼膜,最後一些染色體片段是貼膜邊緣的區域,那麼「端粒」這些無意義的片段就是貼膜邊緣的小貼紙。

小貼紙上留下指紋沒關係,保證需要貼膜的區域不要留下指紋和灰塵,貼完膜就可以扔掉。

端粒上無關緊要的結構區域不複製也沒關係,保證需要複製的染色體完全複製到,之後端粒消耗完就完成了使命。

這個問題就繞不開真核細胞和原核細胞的比較。下圖就是原核細胞和真核細胞的比較圖。

左邊為細菌(原核細胞)的DNA,右邊為人體細胞(真核細胞)的DNA

根據上圖,可以了解到,兩種細胞最大的區別就是是否具有細胞核(Nucleus),染色體的DNA其實就是一段密碼,原核生物(細菌)的染色體是閉環的,而真核生物的染色體是線形的,這就意味著真核生物的染色體它們有末端,在DNA複製的過程中,問題就在於染色體末端的DNA不能在每一輪複製中完全複製,每複製一次就會少一些最後的信息,長此以往,染色體就會越來越短,信息越掉越多。

端粒(Telomere)

為了防止染色體末端磨損而導致的基因丟失,真核生物染色體的頂端就有了這個「保護帽」,稱為端粒。

端粒在染色體尾端的示意圖。圖片來源:Samulili

雖然端粒上的信息毫無用處,它們只是用於協助DNA複製的工具,在保護的過程中他們就會被不斷的磨損,在許多細胞分裂周期中隨著染色體複製而緩慢被吞噬,因為染色體的複製和細胞衰老有關,所以端粒的縮短也就被認為也和細胞衰老有關了。而且,因為端粒總長度一定,所以學界普遍認為細胞的分裂次數不是無窮的,當端粒用完了,染色體無法有效複製,細胞就不會再分裂。

端粒酶(Telomerase)

有端粒自然就有「端粒酶」,有些細胞能夠通過表達端粒酶來逆轉端粒縮短。端粒酶是一種依賴RNA的DNA聚合酶,說白了就是,這種酶可以利用RNA作為模板回過頭來製造DNA。

端粒酶的運作圖示

端粒酶會和一種特殊的RNA分子結合,這種RNA分子具有和端粒上重複序列「TTAGGG」互補的序列。利用這種互補的RNA作為模板,將核苷酸延伸(添加到)端粒DNA的外懸鏈。當懸臂足夠長時,就會產生雙鏈DNA。

雖然看起來端粒酶不斷的加長端粒,端粒加長染色體,讓染色體無限複製,好像細胞可以無限分裂,人類可以實現永生。

然而,

事實上,在大多數體細胞(身體的細胞)中端粒酶通常都不活躍。它們大多在生殖細胞(製造精子和卵子)和一些幹細胞中比較活躍。這些細胞類型本身就需要經歷多次分裂,源源不斷的生產出來。而對於生殖細胞,精子的生產和卵子的排出都是具有一些生物鐘屬性的,此時端粒和端粒酶就是很重要的調控角色。

端粒在無限複製的癌細胞中會怎樣?

有趣的是,雖然許多癌細胞里的端粒都很短,但癌細胞里的端粒酶卻很活躍,這也是癌細胞過度分裂的原因之一。如果端粒酶可以被藥物抑制,作為癌症治療的一部分,它們的過度分裂就有可能被阻止,癌細胞的生長就可以被抑制。

從這個方面看,讓細胞無限分裂的結果似乎也並不會達到永生的目的,而腫瘤的治療大多還要限制端粒酶的功能。

讀完這篇文章,你對「信端粒酶得永生」還有遐想嗎?


參考文獻

  1. Chow, T. T., Zhao, Y., Mak, S. S., Shay, J. W., and Wright, W. E. (2012). Early and late steps in telomere overhang processing in normal human cells: The position of the final RNA primer drives telomere shortening. Genes Dev., 26(11), 1168. http://dx.doi.org/10.1101/gad.187211.112.
  2. Chow, T. T., Zhao, Y., Mak, S. S., Shay, J. W., and Wright, W. E. (2012). Early and late steps in telomere overhang processing in normal human cells: The position of the final RNA primer drives telomere shortening. Genes Dev., 26(11), 1167.
  3. Vega, L. R., Mateyak, M. K., and Zakian, V. A. (2003). Getting to the end: Telomerase access in yeast and humans. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 4, 951. http://dx.doi.org/10.1038/nrm1256.
  4. Bartlett, Z. (2014, November 14). The Hayflick limit. In The embryo project encyclopedia. Retrieved from https://embryo.asu.edu/pages/hayflick-limit.
  5. Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Shortening of the ends of linear DNA molecules. In Campbell biology (10th ed., p. 327). San Francisco, CA: Pearson.


通過激活端粒酶來延長端粒,增加細胞分裂次數,從而延長壽命?

——想法很美好,可惜目前還無法實現。至少在正兒八經的科研領域,最有效的端粒酶激活劑(環黃芪醇)也不能真正延長端粒,題主列舉的某保健品若真如商家所稱,今年諾貝爾生理學或醫學獎就該換人了。

說到端粒和端粒酶,不得不先車軲轆一小段科普:

我們的遺傳物質位於染色體中,細胞每經歷一次分裂複製,染色體就會不可避免地丟失末端的一小段序列,而端粒實際上就是位於染色體末端的「炮灰」。你可以把它想像成一條鞋帶兩端的塑料殼,承擔傷害以防止鞋帶本體散架。

隨著細胞的不斷分裂,端粒不斷磨損,使基因表達模式發生改變,從而導致細胞出現衰老,這也是海弗利克極限背後的生物學機制。此時就需要端粒酶出馬了,研究發現:端粒酶能把磨損的端粒重新縫補好,從而延長細胞分裂的次數。

更詳細的介紹見專欄文章:

sonic super:端粒與端粒酶1:如何讓生命時鐘維持平衡??

zhuanlan.zhihu.com圖標

端粒保護染色體,端粒酶修補端粒,聽上去簡直是抗衰老的天作之合,不少微商也打著諾獎的幌子賣起了端粒酶面膜、面霜、保健品,似乎人類分分鐘就要實現永生了,只可惜他們努力錯了方向,原因有二:

①並非所有細胞都表達端粒酶。

大多數體細胞中的端粒酶幾乎沒有活性,細胞每經歷一次分裂端粒就相應縮短一截,這類細胞通常也被稱為「死亡細胞」。

生殖細胞、幹細胞與癌細胞中的端粒酶活性較高,使端粒維持在相對穩定的長度,這類細胞具有無限增殖的潛力。

因此,如果細胞本身處於癌變階段,激活端粒酶反而可能成為幫助癌細胞存活的幫凶。

②激活端粒酶的實戰效果並不理想。

暫且不管端粒酶與癌細胞的關係,現有的端粒酶激活劑並不能真正延長端粒長度。TA-65(環黃芪醇)是目前最有希望的小分子激活劑,而在動物實驗和小型人體實驗中,給予實驗動物和受試者TA-65並不能有效延長端粒長度並使人變得年輕,推測原因可能是在激活端粒酶的同時也激活了端粒的縮短機制,導致端粒實際上沒有被延長。

不客氣地說,激活端粒酶用於延壽還處於智商稅階段。另一方面,抑制端粒酶活性用於抗癌倒是逐步走上了正軌。

大多數化療藥物是殺敵一百自損三千,癌細胞還沒清完,體細胞已經折損得七七八八。而端粒酶能幫我們很好地區分這兩者:大多數腫瘤細胞表達端粒酶,而大多數體細胞不表達端粒酶,一旦活性被抑制,腫瘤細胞比正常細胞跪得更快。

——基於此原理,短短十來年,研究者開發了多種端粒酶抑製劑作為潛在的抗腫瘤藥物,也算是失之東隅,收之桑榆吧。

延長壽命,究竟哪些方法比較靠譜?

頂尖期刊《Nature》為了慶祝創刊150周年,推出了一系列綜述文章,其中就包括我們專註研究的抗(續)衰(命)老(學)。綜述中,Nature為我們指出了7條相對「靠譜」的靠衰老策略:

如果你對這幾種延壽方法感興趣,歡迎和我一起討論~

參考文獻:

[1] Blackburn EH. 2005. Telomeres and telomerase: their mechanisms of action and the effects of altering their functions. FEBS Lett 579: 859–862.

[2] Venteicher AS, Meng Z, Mason PJ, Veenstra TD, Artandi SE. 2008. Identification of ATPases pontin and reptin as telomerase components essential for holoenzyme assembly. Cell 132: 945–957.

[3] W. Kim, A. Ludlow, J. Min, G. Stadler, J.D. Robin, N. Zhang, I. Mender, W.E. Wright, J.W. Shay Regulation of the human telomerase gene TERT by telomere position effect over long distance (TPE-OLD): implications for aging and cancer. PLoS Biol, 14 (2016)

[4] De Jesus BB, Schneeberger K, Vera E, Tejera A, Harley CB, Blasco MA. The telomerase activator TA-65 elongates short telomeres and increases health span of adult/old mice without increasing cancer incidence. Aging Cell 2011;10: 604–621.

[5] Harley, C.B. et al. A Natural Product Telomerase Activator as Part of a Health Maintenance Program. REJUVENATION RESEARCH Volume 14 (2011):45-56.


在這裡再告訴大家一個好消息,經過一年的努力,我們的APP終於正式上線了!

(它長這個樣子)

這個APP很酷,據說點進來的人都活到了120歲

https://m.timepie.com/m/apk/android.apk (二維碼自動識別)

(蘋果)

小程序


有不少永生化的細胞系就是通過tert的突變獲得的,有很多癌症的發生也是因為tert不受控制。

你要是想自己在自己身上養出來個細胞系,沒人攔著你,還很有可能求著你要組織呢。


90後,復旦醫學院碩士一枚,抗衰老先鋒研究美少女~

此次回答修改於2019.8.30日,之前的回答太過於晦澀,可能一部分小夥伴還不能很好理解端粒與端粒酶,此次更新在結構與內容方面有了大的改動與補充,乾貨滿滿哦~


先說結論吧,不靠譜,超級不靠譜,千萬別買!!

為了給健康錦上添花,許多人都會求助於保健品,希望能夠吃出健康。近幾年,那些號稱「高科技」「諾貝爾」背景的保健品,被宣傳得天花亂墜,經常會給人「不明覺厲」的感覺。

不過,「覺厲」的原因只是因為「不明」。

下面,就跟大家聊聊端粒與端粒酶,幫助大家「明」起來。

以下是乾貨↓


《How and Why We Age》的作者,生物學家Leonard Hayflick,提出過著名的「Hayflick極限」理論:人類體內的細胞,平均分裂50次之後,就會自動凋亡。當人體全部的細胞都停止分裂,步入凋亡,人體新陳代謝就會停止,人就走到了生命的盡頭。而決定「細胞分裂次數極限」的,就是在每個細胞DNA序列末端的,一段重複性的序列。它就是——端粒 (Telomeres)

端粒之所以這麼重要,是因為我們DNA的複製機制,有一個小bug,而端粒的存在,就是為了修補這一bug。所以我們先從DNA的複製開始說起,對這一part比較熟悉的小夥伴可以跳過:

DNA的複製

親代的DNA分子在解螺旋酶的作用下,從複製起點開始,雙鏈之間的氫鍵斷開,成為兩條單股的多核苷酸鏈。在DNA聚合酶的作用下,單核苷酸串聯成多聚核苷酸片段,再經過DNA連接酶的作用聚合成一條完整的DNA鏈。在DNA複製過程中,依據鹼基互補原則合成新的DNA鏈,由此合成的新鏈和舊鏈之間呈現互補關係,從而構成了一個完整的DNA雙鏈。因此,在複製完成後,兩條模板鏈就分別成為新鏈中的一條鏈,一般將這種複製方式稱為半保留複製。

簡單來說,就是一個DNA分子變成兩個DNA,這兩個DNA分子一模一樣。

1、起始階段

DNA要複製前,首先要解開雙鏈,這一步由DNA解旋酶來完成,雙鏈之間的氫鍵斷開,成為兩條單股的多核苷酸鏈,兩條鏈是反向平行的,一條鏈的方向是5『-3』,另一條是3『-5』。

2、DNA片段的生成

接著DNA聚合酶開始幹活,但兩條DNA鏈複製過程其實並不對稱。因為DNA聚合酶有一個怪癖,它只能從DNA的5端開始向3端合成,並且前面必須要有DNA或者RNA為引物。其中一條舊鏈的起點是3, 那麼聚合酶用它做為模板合成一條5-&>3的新鏈,可以一直順著開始複製。

但是,另一條舊鏈的起點是5,如果也從起點合成DNA的話就會違反了從5端開始向3端合成的規律,所以DNA聚合酶在DNA模板的不同位置加入,其複製點前面會被加上一段RNA引物,然後在RNA引物的引發下向相反方向開始合成DNA小片段,採用此方法一直重複合成,因此就形成了數以千計的DNA片段,並且被RNA引物分隔開,這些片段叫做岡崎片段。

3、RNA引物的替換

以滯後鏈為模板的新鏈上的RNA引物會被核酸外切酶剪貼下來,再被另一種聚合酶添上DNA。

4、DNA連接酶將DNA片段連接起來,形成完整的DNA分子,這樣就形成了一條完整的DNA新鏈。

那麼這條新鏈就完整嗎了?並不是這樣的,然而,由於聚合酶在添補RNA空出來的位置時,依舊需要前面有DNA,它才能往上填。這對於中間位置的空缺來說沒有問題,但是鏈條最末端卻沒有DNA,因此末端的空缺就無法添補。所以只要DNA每進行一次複製,DNA鏈末端就會丟失一小截。

但是,DNA所攜帶的遺傳信息對人體至關重要,如果這樣複製下去,那就會導致DNA鏈上存在的遺傳信息遭到丟失,從而導致無法維持機體的長期穩定。

這時候,端粒的作用就體現出來了~

端粒的發現

端粒是存在於真核生物細胞線狀染色體末端的一小段DNA-蛋白質複合體,它與端粒結合蛋白一起構成了特殊的「帽子」結構,作用是保持染色體的完整性和控制細胞分裂周期

通俗點來講就是:我們的遺傳物質大都藏在細胞的染色體中,染色體就像一條長長的鞋帶,在鞋帶的兩頭,各有一段 「保護裝置」來確保細胞內的DNA以及遺傳信息能夠穩定完整的存在,這種保護裝置就是端粒。

就這樣,端粒在每次的DNA複製中,犧牲掉自己,保全帶有編碼信息的DNA的完整。但是,當分裂次數過多時,Hayflick提出的極限是50次,端粒就被磨損得無影無蹤了。大量的細胞凋亡,帶來的就是身體功能衰退,個體衰亡。端粒也因此被科學家們稱為「生命時鐘」。

因此,端粒的縮短被認為是細胞衰老的生物學標記。端粒的長度決定了細胞分裂的次數,控制著細胞衰老和死亡的過程,進而決定人的壽命長短。

既然如此,那有沒有辦法,可以通過延長端粒,以此來增加細胞分裂次數呢?這就要說到端粒酶了~

端粒酶的作用

端粒酶是人體內一種特殊的具有逆轉錄活性的核糖核蛋白聚合酶,它可以在細胞內合成端粒DNA,維持端粒的長度,增加細胞的分裂次數,從而使細胞具有無限增殖的能力。簡單來說,端粒酶能把縮短的端粒再重新延長一部分。

然而遺憾的是,在正常人體細胞中,端粒酶的活性受到相當嚴密的調控,當細胞分化成熟後,必須負責身體中各種不同組織的需求,各司其職,於是,端粒酶的活性就會漸漸的消失,起不到什麼作用。但是在生殖細胞、幹細胞以及絕大多數癌細胞中,端粒酶的活性卻維持在較高的水平,從而保證了這些細胞具有無限增殖的潛力。而且在超過85%的癌症中,科學家都觀察到了端粒酶的活性增高。

所以我們現在有沒有辦法可以激活正常體細胞的端粒酶,讓人重返年輕,長生不老呢?

端粒與永生

想法雖好,實操卻難!

在2011年,Bruno Bernardes等人發表文章稱,端粒酶激活劑TA-65(黃芪類化合物)延長了端粒長度,也延長成年/老年小鼠的健康壽命。但是關於TA-65應用於人體的研究表明,受試者的端粒長度並未增加,但短端粒的百分比卻顯著減少,這表明端粒確實確實會受到一定影響。

同時,在巨細胞病毒(CMV)血清陽性受試者中,自然殺傷細胞的比例有所減少,雖然衰老T細胞也同樣有所減少,但並無統計學差異。

此外,在隨後的研究中發現,受試者的胰島素、血糖、低密度脂蛋白、血壓、膽固醇以及骨密度水平等均有所改善,這一結果雖表明該端粒酶激活劑可能具有改善機體心血管系統、代謝系統以及骨骼系統的功能,但是它能否真正降低衰老相關的疾病的患病率還需要進一步的研究值得注意的是,這兩項研究的人群樣本量均比較小,研究結果並不能直接推廣至普通人群,研究中也並未發現端粒酶激活劑能夠有效延長端粒的長度並使人變得年輕。

除了採用端粒酶激活劑外,有研究者也曾經嘗試過將端粒酶蛋白直接導入細胞的方法,但是因為端粒酶的分子量過大,難以高效的導入細胞發揮作用,因此該項研究很快就以失敗告終了

so,市面上這些號稱掌握了高新技術,使用後可以延長端粒,讓人重返年輕的保健品,是否還會購買,我想你心中已經有了一個判斷~

端粒功能的發現確實是為科學家們開拓了一條新的抗衰研究之路,但是,從發現端粒到提出端粒理論也只不過短短几十年時間,很多研究尚處於初步探索階段,關於端粒的研究任重而道遠

不過值得大家注意的是,雖然激活端粒酶還未研究清楚,但是科學家們對於端粒酶有了一個新的研究思路:那就是抗癌!

端粒酶在體細胞中活性很低,但是在絕大多數癌細胞癌,端粒酶的活性卻維持在較高的程度,使癌細胞能夠無限增值。

激活端粒酶會不會致癌,學術上還沒有定論,但正是由於端粒酶在癌細胞中的特異性表達,科學家們正在嘗試通過抑制端粒酶活性來對付癌症,端粒酶也因此成為了抗腫瘤藥物作用的一個重要靶點~

世界在發展,科學在進步,希望由於一天科學家們能夠在抗衰和抗癌的領域取得巨大的突破吧!respcet~

本回答,end


參考文獻:

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【7】De Jesus BB, Schneeberger K, Vera E, Tejera A, Harley CB, Blasco MA. The telomerase activator TA-65 elongates short telomeres and increases health span of adult/old mice without increasing cancer incidence. Aging Cell 2011;10: 604–621.

【8】Bernardes de Jesus B, Vera E, Schneeberger K, Tejera AM, Ayuso E, Bosch F, Blasco MA. Telomerase gene therapy in adult and old mice delays aging and increases longevity without increasing cancer. EMBO Mol Med 2012;4: 691–704.

【9】Harley, C.B. et al. A Natural Product Telomerase Activator as Part of a Health Maintenance Program. REJUVENATION RESEARCH Volume 14 (2011):45-56.

【10】Harley, C.B. et al. A Natural Product Telomerase Activator as Part of a Health Maintenance Program: Metabolic and Cardiovascular Response. REJUVENATION RESEARCH 16 (2013):386-395.


端粒縮短是衰老的表現,而不是衰老的原因,就好像你把手錶調慢了並不能減緩時間一樣。細胞凋亡是一個複雜的機制,你不需要了解,而且也沒研究清楚,你只需要知道,任何與端粒有關的保健品和藥品,只要能買到,那就肯定是假的


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