本文与 苏黎世联邦理工学院合作发表。
出于对永葆青春的渴望，人类几个世纪以来一直痴迷于一个问题：我们究竟是如何衰老的？近几十年来，随着分子遗传学方法的进步，寻找与衰老过程相关基因的研究大大加速。
迄今为止，相关研究大多局限于个别模式生物的基因，例如 C. elegans 线虫，研究发现其约百分之一的基因可能影响预期寿命。然而，研究人员长期以来一直认为，这类基因是在进化过程中产生的，并存在于所有细胞保留细胞核的生物中——从酵母到人类。
梳理4万个基因
苏黎世联邦理工学院的研究人员与耶拿的JenAge联盟近期系统梳理了三种不同生物的基因组，以寻找存在于这三个物种中、与衰老过程相关的基因——因此这些基因源自一个共同祖先。尽管这些基因存在于不同生物体中，但这些所谓的同源基因彼此关系密切，并且在人类中同样存在。
为找出这些基因，研究人员检测了线虫 C. elegans、斑马鱼和小鼠中约4万个基因。通过筛选，科学家希望确定在每个可比较的衰老阶段——幼年、成年和老年——三种生物中哪些基因以相同方式受到调控，即这些基因在衰老过程中是被上调还是被下调。
作为衡量基因活性的指标，研究人员测量了这些动物细胞中信使RNA（mRNA）分子的数量。mRNA是基因的转录产物，也是蛋白质的蓝图。当某一特定基因的mRNA拷贝数很多时，该基因就非常活跃，即被上调。相反，mRNA拷贝数较少则被视为活性较低的信号，苏黎世联邦理工学院能量代谢教授、近期发表研究的通讯作者Michael Ristow教授解释道。
研究人员利用统计模型，从这些海量信息中找出在线虫、鱼类和小鼠中以相同方式受到调控的基因交集。结果表明，这三种生物仅有30个共有基因对衰老过程产生显著影响。
降低基因活性，延长寿命
研究人员通过实验选择性地阻断相应基因的mRNA，从而精确确定这些基因对线虫衰老过程的影响。其中十几个基因在被阻断后，线虫寿命至少延长了百分之五。
其中一个影响尤为突出的基因是 bcat-1 基因。“当我们阻断该基因的作用时，它显著延长了线虫的平均寿命，最多可达百分之二十五，”Ristow说。
研究人员还阐明了该基因的作用原理： bcat-1 基因编码同名酶，该酶可降解所谓的支链氨基酸。这些氨基酸天然存在于食物蛋白质的组成单位中，包括L-亮氨酸、L-异亮氨酸和L-缬氨酸。
当研究人员抑制 bcat-1基因的活性时，支链氨基酸在组织中积累，引发了一连串分子信号级联反应，从而延长了线虫的寿命。此外，线虫保持健康的时间也随之延长。作为活力的衡量指标，研究人员测量了衰老色素的积累、线虫的移动速度以及线虫成功繁殖的频率。当科学家抑制 bcat-1 基因的活性时，所有这些指标均有所改善。
科学家还通过将三种支链氨基酸混入线虫食物中，取得了延长寿命的效果。然而，效果通常不那么明显，原因是 bcat-1 基因仍处于活跃状态，导致氨基酸持续被降解，其延长寿命的作用无法得到同样有效的发挥。
保守机制
Ristow毫不怀疑，同样的机制也存在于人类中。“我们只寻找在进化中保守、因而存在于包括人类在内的所有生物中的基因，”他说。
在本研究中，他与耶拿的同事——来自Leibniz Institute on Aging、Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology、Jena University Hospital以及Friedrich Schiller University的研究人员——有意不研究其对人类的影响。但后续研究已在规划之中。“然而，出于显而易见的原因，我们无法测量人类的预期寿命，”这位苏黎世联邦理工学院教授说。相反，研究人员计划在研究中纳入胆固醇或血糖水平等多项健康指标，以获取受试者健康状况的相关指标。
医疗成本有望大幅降低
Ristow表示，多种支链氨基酸已被用于治疗肝损伤，也被添加到运动营养产品中。“然而，关键不在于让人们活得更久，而在于让人们更长时间保持健康，”这位内科医生说。该研究将提供重要指标，说明如何影响衰老过程，以及如何预防糖尿病或高血压等与年龄相关的疾病。研究人员认为，鉴于不利的人口结构以及预期寿命的持续增长，关键在于延长健康生活阶段，而不是迈向以慢性病为特征的更高年龄。研究人员指出，通过这些预防措施，老年人可以大幅提高生活质量，同时将医疗保健成本削减一半以上。
参考文献
Mansfeld J等。Branched-chain amino acid catabolism is a conserved regulator of physiological ageing。Nature Comm.，2015年12月1日在线发表；DOI 10.1038/ncomms10043
发表本文并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Peter Rüegg 曾在苏黎世联邦理工学院攻读生物学，专业方向为生态学、植物地理学和生物系统学，现任职于苏黎世联邦理工学院新闻与媒体关系团队。
图片：一位老人站立。REUTERS/Ricardo Moraes。
