植物能告诉我们一些关于长寿的事情吗

地球上最古老的生命有机体是一种植物，即Methuselah，是一种有超过5000年历史的硬毛松(Pinus longaeva)。相反，动物只能活几百年。我们可以从植物中学到一些有关长寿的知识，让他们永远年轻，甚至重新夺回失去的青春吗?

诺贝尔生理学或医学奖于2009年被授予“发现染色体如何被端粒和端粒酶保护的奖项”。首先从生活在池塘浮渣中的单细胞生物中分离出端粒酶。后来发现，端粒酶几乎存在于包括人类在内的所有多细胞生物中，并且在衰老和癌症中起着至关重要的作用。科学家一直在努力寻找利用端粒酶使人类细胞永生的方法。

亚利桑那州立大学分子科学学院的朱利安·陈(Julian Chen)和得克萨斯州A&M大学的多萝西·希彭(Dorothy Shippen)的协作小组首次进行的研究首次揭示了陆地植物端粒酶的RNA成分的详细结构和功能。包括松树在内的陆地植物的端粒酶RNA成分显示纤毛虫(浮渣)和人类端粒酶之间的联系，并为真核生物端粒酶的进化提供了新的见解。

这项工作刚刚在今天的《美国国家科学院院刊》上发表，标题为“植物端粒酶RNA的保守结构为从纤毛虫到人类的进化途径提供了缺失的联系。”ASU团队包括研究助理杨力教授和博士生Dhenugen Logeswaran。

分子层面的青年之泉

典型的人类细胞是致命的，无法永远更新。正如半个世纪前的伦纳德·海弗里克(Leonard Hayflick)所证明的那样，人类细胞的复制寿命有限，年长的细胞比年幼的细胞更早达到该极限。细胞寿命的“ Hayflick极限”与携带遗传物质的染色体末端发现的独特DNA重复数直接相关。这些DNA重复序列是保护性封端结构的一部分，称为“端粒”，可保护染色体末端免受使基因组不稳定的有害和无端DNA重排。

每次细胞分裂时，端粒DNA都会收缩，最终将无法确保染色体末端的安全。端粒长度的这种连续减少起着倒数到细胞生长结束的“分子钟”的作用。细胞生长能力的下降与衰老过程密切相关，细胞数量的减少直接导致虚弱，疾病和器官衰竭。

抑制端粒收缩的过程是端粒酶，它独特地具有延迟或逆转细胞衰老过程的关键。端粒酶通过延长端粒，增加丢失的DNA重复序列来增加分子时钟倒计时的时间，从而抵消了细胞的衰老，有效地延长了细胞的寿命。端粒酶通过反复合成非常短的6个核苷酸的DNA重复序列(DNA的构成基团)，从位于酶自身RNA成分内的模板到染色体末端，将“ GGTTAG”序列重复，从而延长了端粒。

端粒的逐渐收缩对人类干细胞的复制能力产生负面影响，人类干细胞是恢复受损组织和/或补充人体衰老器官的细胞。成年干细胞中端粒酶的活性只会减慢分子时钟的倒计时，并不能完全使这些细胞永生。因此，由于端粒长度缩短，成年干细胞在衰老个体中变得精疲力尽，这导致愈合时间增加和器官组织因细胞群不足而降解。

鉴定陆地植物中的端粒酶成分

朱利安·陈(Julian Chen)解释说：“端粒酶的研究由于其在真核生物物种中的高度差异性而具有挑战性。”“陆地植物端粒酶RNA的鉴定是最终了解该酶如何控制所有真核生物的基因组稳定性和细胞永生性的重大突破。”

端粒酶包含两种具有酶功能的核心成分，一种是蛋白质，另一种是提供DNA合成模板的RNA分子。RNA和DNA都是可以存储遗传序列信息的核酸。端粒酶的RNA成分在序列上极为分歧，很难在真核生物中找到。实际上，大约十年前，以前曾报道过一种不正确的RNA分子作为植物端粒酶RNA，直到今天才发现了正确的RNA分子。

自由生活的单细胞池塘浮渣和人类端粒酶的RNA成分显示出明显的差异。有趣的是，植物端粒酶RNA具有来自池塘浮渣和人类的端粒酶RNA的特征，即是“缺失的环节”。

挖掘端粒酶的全部潜能

理解端粒酶的调节和限制，有望逆转端粒缩短和细胞衰老，具有延长人的寿命并改善老年人的健康状况的潜力。

人类疾病包括先天性角化异常，再生障碍性贫血和特发性肺纤维化，这些基因已与负面影响端粒酶活性和/或加速端粒长度损失的突变遗传相关。这种加速的端粒缩短与过早衰老非常相似，器官老化加剧，细胞数量严重不足，导致患者寿命缩短。端粒酶活性的增加似乎是治疗这些疾病的最有希望的手段。

虽然增加的端粒酶活性可以使年轻人进入衰老的细胞并治愈过早的衰老样疾病，但太多的好事可能会损害个人。就像年轻的干细胞使用端粒酶来抵消端粒长度损失一样，癌细胞也使用端粒酶来维持其异常和破坏性生长。端粒酶功能的增强和调节将必须精确进行，使细胞恢复活力与增加癌症发展风险之间的距离很窄。

与人体干细胞不同，体细胞构成了人体绝大多数细胞，并且缺乏端粒酶活性。人体细胞端粒酶缺乏症降低了癌症发展的风险，因为端粒酶助长了不受控制的癌细胞生长。因此，不需要在所有细胞类型中都无差别地增加端粒酶活性的药物。可以筛选或设计小分子药物以专门增加干细胞内的端粒酶活性以用于疾病治疗以及抗衰老疗法，而不会增加患癌症的风险。

总之，植物端粒酶的研究可为如何调节或改造人端粒酶提供新的方向，以开发抗衰老和抗癌疗法。

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