研发一种药物，就像在分子层面尝试开锁。可以采用两种方法：你可以随机尝试成千上万把不同的钥匙，希望找到合适的一把。制药行业一直这样做——有时会筛查数十万种化合物，看看它们是否会与某种酶或蛋白质相互作用。但遗憾的是，这种方法并不总是高效——宇宙诞生至今经过的秒数，仍不及药物分子形状的数量那么多。
另一种方法是像开保险柜的专家那样，用X射线扫描要打开的锁，再根据得到的图像推断钥匙可能的形状。这种方法更有助于发现药物，因为研究人员进入实验室寻找最佳候选药物之前，可以先用计算机模型找出有希望的化合物。如今，一项研究发表于《自然》，公布了一种名为端粒酶的重要抗衰老酶的详细图像，让人们对不久后减缓衰老、治愈癌症抱有希望。
每种生物都会将DNA打包成染色体。像大肠杆菌这样的简单细菌，其染色体是一个小小的环状结构。更复杂的生物拥有更多DNA和多条线性染色体（22对常染色体加上性染色体）。这些结构可能是因为带来了进化优势而出现的，但也有其弊端。
每条染色体的末端都有一个称为端粒的保护帽。然而，大多数人体细胞无法复制端粒，这意味着每次细胞分裂时，端粒都会变短。端粒变得过短时，细胞就会进入一种名为“衰老”的有害状态。如果免疫系统未能清除这些衰老细胞，它们便开始损害所在组织的功能。几千年来，人类一直察觉到组织功能随时间逐渐衰退，却不知道原因。我们只是把它称为衰老。
端粒酶由此登场。这是一种由两部分组成的专门端粒修复酶，能够向染色体末端添加DNA。第一部分是一种名为TERT的蛋白质，负责复制。第二部分名为TR，是一小段RNA，用作模板。两者共同构成端粒酶，它沿着染色体末端移动，不断复制模板。人体端粒大约由3,000个“TTAGGG”DNA序列拷贝组成，这些序列由端粒酶添加并维持。但遗憾的是，除精子、卵子和某些免疫细胞外，人体组织中的TERT生成受到抑制。
衰老与癌症
生物体以这种方式调控端粒维护，是因为它们如履生物学钢丝。一方面，日常生活中流失的细胞需要通过细胞分裂来补充。另一方面，任何能够无限分裂的细胞都可能成为肿瘤的种子。事实证明，大多数人类癌症都具有活跃的端粒酶，而且其端粒比周围细胞的更短。
这表明，癌细胞的起源细胞起初正常分裂，后来发生了某种突变，使TERT重新启动。癌症与衰老如同一枚硬币的两面，而端粒酶大体上推动着两者之间的转换。抑制端粒酶，就能治疗癌症；激活端粒酶，则能防止细胞衰老。至少理论上是如此。
这项新研究的研究人员不仅获得了部分酶的结构，还观察到了整个分子工作时的结构。这是一项非凡的成就，得益于冷冻电子显微镜技术：该技术利用电子束（而非光）从不同角度拍摄单个分子的数千张细节图像，再通过计算将图像合并。
在这项技术问世之前，科学家们去年凭借这项技术获得了诺贝尔奖，要对蛋白质成像，就必须先将蛋白质结晶。这通常需要反复尝试数千次，耗费多年时间，而且未必能成功。
青春灵药？
TERT本身是一种大分子。研究显示，通过基因疗法将其导入正常小鼠体内可以延长寿命，但这种方法在技术上难度很高，困难重重。能够激活生成TERT的酶的药物要好得多，给药更容易，制造成本也更低。
我们已经知道几种可以抑制或激活端粒酶的化合物，它们是通过繁琐的随机药物筛选过程发现的。遗憾的是，这些化合物效率不高。
一些最引人关注的研究涉及化合物TA-65（环黄芪醇）——这是一种天然产物，实验显示它能延长端粒；据称，它对早期黄斑变性（视力丧失）也有益。因此，TA65曾在互联网上销售，并引发至少一起诉讼（后来被驳回），起因是有人声称该产品导致使用者患上癌症。这个令人惋惜的故事说明了一条重要的公共卫生信息，简而言之就是：“大家千万别在家尝试。”
不过，目前已知的端粒酶抑制剂在多种癌症治疗中确有临床益处，尤其是与其他药物联用时。然而，所需剂量相对较高。
这项新研究前景极为可观，因为了解端粒酶的结构后，我们就能利用计算机模型找出最有希望的激活剂和抑制剂，再通过测试确定哪些效果最好。这比随机尝试不同分子、观察其是否有效要快得多。
那么，我们能走多远？对于癌症治疗，结果难以预料。人体很容易对癌症药物产生耐药性，端粒酶抑制剂也不例外。对于没有癌症的人，减缓衰老的前景相对更容易估计。在小鼠实验中，清除衰老细胞或给予端粒酶（基因疗法）都能将寿命延长约20%，尽管这些方法效率不高。或许到了某个阶段，其他衰老机制也会开始发挥作用，例如受损蛋白质的累积。
但如果我们确实能通过激活端粒酶，阻止由衰老细胞引起的那类衰老，就可以开始全力应对其他衰老过程。我们完全有理由乐观地相信，不久之后，我们的寿命会比今天长得多，也会更加健康。
