生命尽头的端粒密码：寿命的极限会在哪？

出品：科普中国

作者：程艺青、章鹏（中国科学院合肥物质科学研究院 强磁场科学中心）

监制：中国科普博览

编者按：为解码生命科学最新奥秘，科普中国前沿科技项目推出“生命新知”系列文章，从独特的视角，解读生命现象，揭示生物奥秘。让我们深入生命世界，探索无限可能。

据史书记载，秦始皇曾经为了能够长生不老多次派方士去海外寻仙丹，汉武帝为求长生一再受骗却仍执迷不悟……不难看出，在中华文明数千年的历史长河之中，一直充斥着一种对长生不老的无限向往与狂热追求。

不论是帝王将相还是平民百姓，都渴求得到一种永生的办法。不仅如此，流传于人间的各种神话传说，呈现在大众视野的各种影视作品，甚至是生活中诸如“长命百岁”“寿比南山”这样简单温馨的美好祝福也都映射出了人类对于“长生”的无限憧憬。

生老病死乃人之常情

（图片来源：veer图库）

然而，了解故事结局的人都知道，那些追求长生不老的人最终都逃脱不了死亡的宿命。于是，人们慢慢接受了生老病死是一种自然发生的客观规律，意识到长生不老这种有悖常理的事情只不过是一种不切实际的妄念。

细胞分裂的极限：人类寿命的终点

随着时代的发展、科技的进步，人类开始以科学的角度重新观察和审视这个世界。科学家们开始由表及里，探索生命内部的世界，也一步步揭开了有关生命的奥秘。实际上，不论是衰老还是死亡，这些生命现象的“自然发生”都有迹可循。

二十世纪60年代，Hayflick等科学家研究发现，正常人类的胚胎细胞的分裂次数存在上限，当分裂到一定次数之后细胞将停止分裂，人的生命也将结束。基于这个理论，人类寿命的极限大约是 120-150岁左右。

那么，为什么细胞会停止分裂呢？究竟是什么在限制着人类的寿命？

生命的时钟——端粒

我们都知道，染色体是遗传信息的重要载体，它能在每次细胞分裂过程中精准地将遗传信息传递给子代细胞，也正是因为它的存在才能让每个物种在保持自身独特性的同时又能代代相传，从而实现“种瓜得瓜，种豆得豆”，使得自然界的各个生物有条不紊地生生不息。因此，染色体对于生命的重要性就不言而喻了。

端粒

（图片来源：veer图库）

端粒是细胞中染色体末端的一小段由DNA和蛋白质组成的结构，它们像帽子一样盖住并保护染色体的末端。端粒不仅保护着染色体的完整性，还控制着人体细胞的分裂周期。

现代分子生物学研究发现，每一次的细胞分裂都伴随着染色体的复制，而每一次的染色体复制又会以损失一部分末端（即端粒部分）为代价。因此，随着细胞分裂次数的增加，端粒变得越来越短，直至它们短到细胞无法再正常分裂，细胞将不再更新，只剩凋亡。所以现在科学界的主流观点认为，端粒的长度指示了细胞衰老和死亡的进程，进而决定了人类的寿命。

衰老过程

（图片来源：veer图库）

也就是说，没有外伤和疾病的情况下，随着端粒的逐渐缩短，人体会不断衰老直至死亡。有研究表明，对于个体而言，端粒越长的人活得越久。极短的端粒长度与造血系统恶性肿瘤、心血管疾病、消化与呼吸系统疾病、药物等引起的死亡息息相关。有趣的是，有科学家通过研究比较男性和女性的T淋巴细胞发现，端粒的平均长度还存在性别差异：女性的端粒长于男性，平均比男性“年轻”8岁。

两种方法比较的男女T细胞端粒平均长度

（图片来源：参考文献[4]）

另外，除了先天性的因素会影响端粒的长度之外，后天的环境也会对其造成影响。例如有科学家研究发现，心理压力也会导致端粒的损伤。由此可见，保持一个积极良好的生活心态对于健康和长寿来说也是十分重要的。那么，端粒可以被延长吗？

心理压力导致的端粒损伤

（图片来源：参考文献[2]）

端粒酶——长寿的钥匙？

事实上，早在2009年，几位美国科学家在发现了端粒的同时，也发现了在体内存在一种可以催化延长端粒的物质——端粒酶。端粒酶是一种RNA-蛋白质复合体，以其自身携带的RNA为模板，通过逆转录过程可以实现对染色体末端DNA的延长。

人类端粒酶的催化核心叶(蓝色)与组蛋白(粉色和棕色)和端粒DNA复合

（图片来源：veer图库）

按理说，端粒酶的存在可以弥补端粒因细胞分裂而造成的损耗，使得细胞能够无限分裂。然而，普通体细胞中的端粒酶活性很低，即端粒酶延长端粒的速度远不及端粒被消耗的速度。这也就是为什么尽管人体内存在端粒酶，但它并不能阻止普通体细胞中端粒缩短的大趋势，也就无法使细胞永生了。

虽然普通体细胞中的端粒酶活性很低，但是还有些特殊的细胞，如胚胎细胞、生殖细胞中端粒酶的活性都很高，其中的端粒DNA并不随细胞分裂次数的增加而缩短，具有无限增殖的能力。

那么是否可以通过某种方法激活普通体细胞中的端粒酶活性从而实现人体永生呢？

生命的抉择：永生还是死亡？

事实上，人体中确实有些体细胞的端粒酶活性会突然增高从而实现了细胞的无限增殖——这就是癌细胞。没错，令人类闻风丧胆的癌细胞就是永生的。因此，如若将普通体细胞中端粒酶的活性激活，细胞将无限分裂并进一步发展成癌细胞，生长不受控制的癌细胞最终会发展成肿瘤，造成的结果就是：细胞永生了，人却没了。

带有端粒的染色体

（图片来源：veer图库）

从这个角度来看，端粒酶的活性在人类体细胞中受到限制，使得端粒在每一次细胞分裂过程中都在缩短，似乎为生命提供了一种限制肿瘤发生的天然机制，将癌细胞扼杀在摇篮中。

由此可见，人体内的各种运行机制都是十分精密的。端粒的正常缩短是人类保持健康很重要的一环，它们在限制细胞寿命和人体的寿命之间实现了必要的平衡，阻止了癌症的发生，也让生命有了寿命的限制。

目前看来，能不能在未来的某一天实现永生还是未知的，但能确定的是，科学家们一直在努力探求生命的真相。随着科学家们对人类机体和端粒缩短机制更深的研究以及医疗科技的不断发展，人类的平均寿命一定会逐步延长。

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