发育出能伸展的翅膀。人胚手指、足趾的发育也有类似情况,约在55天指(趾)间的蹼才坏死,使各指(趾)分开,出生后各器官的生长发育、恒齿对乳齿的替换、胸腺的发育和萎缩、月经的初潮与闭经等等也都是按一定程序表现出来的。换言之,似乎有个“生物钟”支配着这些生命现象循序展开。实验证明,这个“生物钟”在细胞核内,亦即核内DNA控制着个体的衰老程序,因此,这一学说属内因论,但DNA如何控制衰老目前有各种猜测,主要是:1.有专门的“衰老基因”按时活跃地表达〖HTSS〗有些实验证明在人的第1号染色体上似有引起衰老的基因。随着分子生物学的发展,研究者已在一些物种找到了与衰老有关的基因,只是对其具体功能还了解甚少。2.基因密码受到限制〖HTSS〗从而使细胞失去转译遗传信息的能力。在这方面有人对携带氨基酸的转移核糖核酸(tRNA)在衰老中的变化做过研究-也有人把老年细胞内组蛋白与染色质结合比年轻细胞紧密作为密码受限的证据。3.重复基因耗损〖HTSS〗基因组里的DNA核苷酸顺序颇多重复,这有利于遗传信息的表达。当基因遭受随机性损伤时,重复基因可以补偿损失,但随年龄增长这种棕复基因逐渐消耗,终而导致衰老。遗憾的是这种见解还缺少有力的证据,但有人证明寿限长的哺乳动物为mRNA编码的基因比寿限短者多。4.DNA修复功能下降自然条件下基因的损伤是难免的,但细胞有修复损伤的能力。当此能力下降时则受损的DNA在细胞内积累,导致表达异常,因而衰老。这方面实验工作较多,例如发现老年不易清除受损的核苷酸,姊妹染色体交换增多,长寿动物的DNA修复系统比短寿的种类完善等等,都支持了这种见解,但是以“程序外DNA合成”作为指标的实验却不易取得一致的结果,因此关于修复功能下降的设想也需进一步研究。除上述四个方面外,近来又有实验证明衰老细胞的胞膜上存在某种DNA抑制因子,可抑制年轻细胞的DNA合成。总之,遗传控制衰老的分子机理正在引起研究者越来越大的兴趣。
(二)体细胞突变说
此说认为机体的体细胞可产生突变,使功能下降,从而导致衰老死亡。突变(亦即基因的损伤)可能由于环境本底的辐射作用,或拟放射性媒质在体内的积累。二次大战及放射生物学研究的发展引起人们对此说的极大兴趣,支持此说的实验主要是接受电离辐射可缩短寿命。有人认为损害细胞的突变属显性突变,另有人则主张其为隐性突变,两种见解都曾遭到反对,对此说的支持性实验主要来自柯蒂斯(Curtis)与弥勒(Miller),他们比较了小鼠再生肝分裂细胞的染色体畸变率,发现这种染色体异常现象在短寿品系小鼠比在长寿品系中发生频率高,从而为此说积累了证据。但对这类研究结果也有过争论,另外有些实验直接反驳了体细胞突变说,例如,倘使突变说正确,则自交动物应比远交动物寿命长,因自交动物大多数基因位点是同配型的,对随机性损伤的抗性较大,但事实上恰恰相反,如著名的杂种优势现象以及小鼠和果蝇都是自交使寿命缩短。
最有说服力的是用蜂做的实验,在研究辐射效应与寿命时比较了单倍体与双倍体动物,证明虽然单倍体对电离辐射更敏感,但两种动物寿命相同,这种结果与衰老的体细胞突变说很难协调一致。还有人认为,从逻辑上讲辐射缩短寿命的机理未必与正常衰老的机理有什么关系,不少促寿的实验处理与衰老不相干。
近十多年来对此说的直接实验不多了,但较新立论的体细胞突变说又有了实验的支持,例如在衰老中随机出现可动基因或基因叠接的可能性仍待用现代生物学技术来检验。可能这类机制不仅对限制寿命而且对改变最大寿限的特殊过程都有重要意义。总之,从现代分子遗传学角度重新检验这一学说仍有必要。
(三)错误成灾说
这是由奥格尔(Orgel)首先提出的。他认为细胞在合成结构蛋白过程中完全有可能随机地发生错误,包括掺入氨基酸的种类或氨基酸排列位置的错误,如果出错在酶蛋白的活性中心则会使酶活性或特异性降低。如果出错在与信息传递有关的DNA或RNA聚合酶,则会产生有差错的DNA或RNA,由此会导致又一轮的合成错误。如此重复,导致错误按指数增加,使细胞乃至个体衰老、死亡。此说提出后引起不少研究者的注意,希望通过实验予以证明。于是有人测定了不同代龄培养细胞中的酶蛋白耐热性,用来推断其中有无异常蛋白成分以间接证明合成有无错误。有人利用测不同年龄动物细胞中非活性酶的含量作为错误合成的标志。有人利用氨基酸类似物饲喂动 物或培养细胞,观察其对寿命的影响,根据是氨基酸类似物代替正常氨基酸掺入蛋白时等于合成出了差错。还有人利用病毒感染各龄细胞观察老细胞合成病毒蛋白是否出错,亦即老细胞对病毒性能的维持和传代有无错误。更有人比较蛋白质在不同龄动物体内的更新速度。在所有上述的研究中有些成果支持了错误成灾的理论,但不能支持此说的研究结果也不少。现在还不可能对此说完全肯定或彻底否定,不过多数学者似乎不同意错误成灾是衰老的原发机理。纵然从核酸到蛋白质的信息传递中不排除出现错误,且出现频度在衰老中轻度增加,但还不清楚这种公认的增加在引起衰老或老死方面有何重要意义。在老年机体细胞内也不排除存在异常蛋白成分,但不等于直接证明了随年龄增长错误合成增加,且异常蛋白存在的意义同样是尚待深入研究的。
(四)自由基说
此说首先由哈曼(Harman)提出,意指衰老过程源于自由基对细胞及组织的损害。在生物代谢过程中自由基不断产生,并对自身组织发挥毒性作用。例如:自由基攻击生物膜中的多不饱和脂肪酸,对膜结构及有关酶都造成危害,特别是线粒体,氧的利用率高,是自由基的重要来源,线粒体DNA缺少保护蛋白及修复能力,因而最易受自由基的损害,可经过氧化反应生成强力交联剂丙二醛,使DNA发生交联或断裂失活,其它细胞器的膜脂过氧化反应也会导致大分子交联,不易被溶酶体酶消化,随年龄增加而成为脂褐质类沉积物。膜脂过氧化还会影响膜流动性、通透性和完整性。?身体各部成分都有随机遭受自由基损害的可能性。如胶原蛋白与弹性蛋白的氧化改变,粘多糖的氧化降解、血清及血管壁成分的过氧化损伤导致动脉微血管的纤维化等等。又如随年龄增长而增加的内源性自由基导致抑制性的T-细胞功能下降,从而自体免疫反应在老年增多。
虽然自由基无所不在,随时产生,但机体有天生的防御系统来保护细胞组织免受损害,因此,自由基的损伤在防御体系不足的情况下随年龄增长累积起来,终而导致衰老死亡。自由基学说已提出30多年,虽然限于技术条件,目前还不能直接测定自由基对衰老的影响,但已有不少间接实验支持这一学说,例如给实验动物以自由基反应抑制剂可加强动物免疫功能、神经活动、延缓脂褐质堆积,甚至延长寿命。此外,给雌小鼠饲以不同的脂肪,随着不饱和脂肪的量与不饱和程度的增加可使自由基反应加强,导致雌鼠乳腺癌发生率上升,说明内源性自由基反应和离子辐射一样可以致癌,这也是自由基促衰老的一个方面。另有些实验是测定不同年龄机体内的抗氧化剂水平,证明大鼠随年龄增加主要防御超氧化物自由基的超氧化物歧化酶(SOD)水平下降,老人血液中硒及硫醇水平降低,血浆、血小板、白细胞的维生素C水平显著低下,这些抗氧化剂水平的下降反映了老年机体对自由基的抑制能力下降,因而这类实验也间接地支持了自由基学说。
但是也有一些实验不能证明抗氧化剂一类药物可以推迟衰老。有人分析那些用抗氧化剂导致延寿的实验是因为动物食欲不振,反映为体重减轻,因此,无形中的限食似比抗氧剂更起延寿作用。由此看来,关于自由基对衰老的作用机理仍有争论,有待更深入的研究。
(五)交联学说
此说首由布乔克斯汀提出,他认为“衰老是由于在蛋白质分子之间随机产生的鞣制作用架桥、细胞的酶无法将桥破坏,这种不能修复的鞣制作用可由体外的鞣剂引起,或由不寻常的生物学副反应引起,还可能在蛋白质的特殊部位形成,不论何种情况,结果是体内蛋白鞣制的积累,导致众所周知的衰老”。这里所谓“鞣制”本是硝皮工业的术语,在化学上称作“交联”。这一学说是把异常或过多的大分子交联作为衰老的原因。
在正常代谢过程中经常会出现交联现象,因此,在所有生物细胞内都可找到大分子的交联反应。如全身结缔组织的主要成分胶原纤维,在其发育成熟过程中离不开交联作用,若把抑制交联的药物(如β-胺基丙腈)投给动物就会引起骨畸形、肌腱断裂等强度低下的变化。但随着年龄增长交联起的作用也在变化,老年胶原纤维不溶性及化学稳定性增加,僵硬度也增加,其根源也在于胶原蛋白亚基分子间的交联。
交联学说提出者曾作过大量实验企图证实此说并向应用方面发展。
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