發育與老化的祕密 91/11/26
完美的神奇攜鈣素CAM完美攜鈣素營養補充保養聖品,您想要調整體質的營養補給保養,完美人生 OEA無負擔不飽和脂肪酸是大家的幫助消化 幫助維持消化道機能的理想食品目標,OEA媚而絲的亞麻仁油不飽和脂肪酸能幫助維持消化道機能讓您健康維持, 你我一定要 健康維持,完美的青春永駐 攜鈣素調整體質及調節生理機能的泉源,王凱華博士攜鈣素,鈣的調理元素攜鈣素 完美幸福





December 7, 2008




發育與老化的祕密 91/11/26



發育與老化的祕密 91/11/26
作者: 王道還 中央研究院歷史語言研究所人類學組

關鍵字: 線蟲、發育、老化




線蟲(Caenhabditis elegans)
二○○二年諾貝爾生醫獎

今年得到諾貝爾生醫獎褒揚的研究,源自近四十年前一個不起眼的計畫──線蟲計畫。

線蟲(Caenhabditis elegans)是一種非常微小的動物,體長不到一毫米(1/10 cm),沒有眼睛,過著卑微的生活,在泥土中以細菌維生。與牠同宗的,我們比較熟悉的是蛔蟲。線蟲的構造非常簡單,成年身體由 959 個細胞構成,每個細胞都能在顯微鏡下清楚地觀察到,因此很適合用來研究動物的發育(其中大約有 300 個神經元,肌肉細胞則有 81 個)。

多細胞動物都是由受精卵發育成功的,一開始一分為二、二分為四,然後細胞逐漸分化。於是,不同類型的細胞、不同的組織、不同的器官就出現了,最後構成成年個體。

在這個過程中,科學家追蹤每個細胞的來龍去脈,把線蟲發育的每個細胞步驟,都推敲出來。光是這個研究,就花了許多年。

然後,就是找出控制細胞分化的基因機制。科學家最重要的發現是,生物發育的過程,不只涉及細胞的增生、分化,還有細胞死亡。很明顯地,發育是個有階段性的過程,每個過程都出現特殊的細胞,有些細胞必須死亡,個體才能進入新的發育階段。例如,人類在胚胎期間,大腦中的神經元得大量死亡,正確的神經線路才能出現。所以,有計畫的細胞死亡(細胞凋亡,apoptosis)是生物發育的正常機制。線蟲也不例外,在牠發育到成體的過程中,一共有 131 個細胞死亡,科學家已找到一些控制細胞凋亡的基因。

今年三位生醫獎得主中,南非出生的英國人布藍納(Sydney Brenner)年紀最大,已經七十五歲了,當年線蟲計畫就是他開創的。另外兩位是索頓(Sir John Sulston)與霍維茲(T. Robert Horvitz),當年在布藍納的實驗室工作過,他們都發現了造成細胞凋亡的基因。索頓目前是英國人類基因組計畫主持人。霍維茲是美國人,現在是麻省理工學院的教授,他去年得到英國一個神經科學研究的傑出獎,獎金五萬美金,宣布他得獎的新聞稿就指出:他的研究使大家相信「細胞凋亡」是正常生物過程的一部分,而不是異常。(參考本刊五月號〈細胞凋亡〉)

現在線蟲計畫已經是國際的重要研究項目,因為線蟲的基因組已經定序完畢,包括一億個鹼基對,其中大約有17,800個基因。

除了發育,線蟲也提供了有關衰老的重要資訊。

老化的理論

關於老化的原因,十九世紀有人提出過一個理論,認為老化是保護種族的機制。因為資源有限,任何族群都不能無限制地增長下去,所以必須讓年紀大的成員自然死去。日本導演今村昌平拍攝的《楢山節考》(一九八二年出品),就是以人類為例子來描寫這個概念。

不過,這個理論並不成立。簡單地講,科學家在野外觀察許多物種,發現大部分成員都活不到高壽。所以,野生族群的問題,不是高齡成員過多,而是絕大多數成員都沒機會活到高壽。

由這個觀察產生了第二個理論。在自然狀態中,大多數成員都活不到高壽,因此,有許多對高壽身體有害的基因,就會在演化中逐漸累積,最後即使動物有機會活到高壽,這些基因也會讓牠日子不好過。根據這個理論,我們還可以進一步推論,高壽族群中,個體間的差異會很高。這個理論基本上是對的,不過,我們還可以談得更細緻一些。

例如,我們可以想像動物的身體只是為了繁殖下一代用的,等到身體不能再繁殖下一代,就沒有用了,自然容易出毛病。用動物做實驗,也找到了支持這個理論的證據。例如,一群果蠅,要是專門挑選晚成熟的來配種,結果發現牠們的確比較長壽。

另外,還有一個觀察,那就是,如果限制每日攝取的熱量,動物也會長壽,以線蟲與老鼠做實驗,都得到同樣的結果。有人說,古人說吃飯只吃八分飽,道理上有相通之處。

其實,這涉及動物生活環境的特徵,以及動物過去的演化史。老鼠在自然界,死亡原因主要是缺乏食物,以及受到天敵捕殺,因此,活不到老年。牠們在實驗室中可以活滿兩歲,在田野中大概第一年就死了。

換言之,牠們是在糧食不穩定的環境中演化的,生理機制已經適應這種環境,一旦糧食缺乏,身體就會進入一種特殊的生理模式,先求存活,其他的事都當不急之務,例如交配。牠們這時似乎只是個求生機器,活著只是為活著。難怪限制老鼠每日攝取的熱量,可以使老鼠的壽命延長。

人類似乎也有類似的機制,例如女生到了青春期,身體內要是沒有累積足夠的脂肪,生理周期就不會開始。還有,女性在飢餓狀態中,不易受孕,似乎也是這種求生反應造成的。

這麼看來,限制飲食/熱量造成的長壽,只是身體適應糧食短期波動的策略,這樣達到的所謂長壽,是不是我們期望的,值得討論。可惜我們不能以人做實驗,就算能做實驗,也需要花很長的時間才能得到答案。更重要的是,實驗的時間越長,實驗的結果就越難以解讀。

人類女性的壽命

不過,生殖與老化的關係,或者說從身體只是繁殖工具這個觀點來說,過了生殖年紀還能活很長的現象,就值得特別注意了。例如,為什麼人類女性在停經之後,還能活那麼長?

在這一方面,鮭魚是個極端的例子,牠們一生只生殖一次,生殖完了,就死亡了。其他的物種,生殖期結束後還能活多久,似乎與牠們照顧子女的能力成正比。人類的女性因此是另一個極端,可以再活三十年。

一個可能的理由是,在人類的演化史中,女性從未活過五十歲,因此身體本來就只準備生到五十歲。不過,更可信的理論是,人類婦女生產是極為兇險的事,女性提早停止生殖反而有利。因為人類直立身子行走,重心在腰部,骨盆的形狀與構造都改變了,使生產非常困難。難怪每個人類社會都有產婆之類的人,幫助接生。此外,人類為求生產順利,還會提前將胎兒生出,因此每個新生兒都可說都是早產兒。

總之,人類的生產過程很兇險,人類胎兒出生後需要長期仔細照顧才有機會存活,所以,人類女性很早就停止生產,而且停經後能夠活得很長。

老化的演化理論

從演化觀點看老化,我們可以預測:

一、絕不會有什麼老化基因;
二、老化是身體長期累積損傷的後果,與長壽有關的基因,都與修補機制有關;
三、任何與促進老化有關的基因,往往是在身體年輕時有用的基因。

英國的《自然》雜誌剛發表了一份研究報告,科學家在另外一個層次上發現了老化過程的特徵。

關於線蟲的老化,過去已經有些有趣的發現。例如,線蟲的肌肉系統有明顯的老化現象,而不是神經系統。又如,現在已經發現了50多個基因,都與延長壽命有關,有的基因是生理調控按鈕,能使線蟲進入適應惡劣環境的生理模式,對環境壓力有極大的忍受力;有些基因控制新陳代謝率。這些都與演化理論的預測相符。

不過,這份新的報告顯示,發育有個面相,我們過去強調得不夠,就是隨機性。像人類這種多細胞、多基因的生物,我們很容易想像,個體間應該有很大的差異。有人說,人類剛出生時,像同一個模子翻出來的複本,到衰老後,就恢復正本了。意思是,大家在年輕時,差異不大,臨到老,才露出本來面目。

以線蟲來說,科學家發現的隨機性與我們剛剛說的那種不同。原來在細胞層次上,每個細胞的命運,與遺傳、與環境似乎都無關。因為線蟲是雌雄同體、同體授精的動物,先天遺傳差異並不大,而在實驗室中,牠們的環境也是完全一樣的,因此更凸顯了隨機累積的損傷的後果。

根據演化理論,老化就是細胞層次上隨機損傷累積的結果;導致細胞損傷的生化、分子過程,也有隨機性。因此,衰老與身體修補機制有直接的關係。但是,損傷的隨機性質,限制了修補機制的功能。也就是說,即使再好的修補機制,也不能有效地維護每個細胞。

科學家已經發現因為特定基因突變而變得長壽的線蟲,牠們的平均存活期比野生種長。例如,野生種平均活十六天,有的可以活到二十五天;突變種平均二十五天,有的可以活到三十幾天。但是,這兩個族群的個體壽命分布,卻沒有差異。換言之,即使是突變的長壽種,也有些個體活得比野生種還短。同一個基因的作用,似乎在不同的個體身上效果不同。

深度閱讀資料

Herddon, Laura A. et al.(2002)Stochastic and genetic factors influence tissue-specific decline in ageing C. elegans. Nature, 419, 808-814.
資料來源: 《科學發展》2002年11月,359期,72~74頁(pdf檔)


 


美國再生醫學講演聯絡服務電話:0980178578  --0911381555林小姐


創作者介紹
創作者 攜鈣素 阿叁 的頭像
攜鈣素 阿叁

攜鈣素 完美攜鈣素-美麗青春永駐 健康維持 CAM攜鈣素Calmodul網

攜鈣素 阿叁 發表在 痞客邦 留言(0) 人氣()