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    壽命是可以預測的嗎？

    日前，北京大學(xué)分子醫學(xué)研究所程和平課題組與北京生命科學(xué)研究所董夢(mèng)秋課題組在《自然》（Nature）報告稱(chēng)，3日齡秀麗線(xiàn)蟲(chóng)中線(xiàn)粒體“超氧炫”頻率可以預測其壽命長(cháng)短。
 

    3日齡秀麗線(xiàn)蟲(chóng)中線(xiàn)粒體“超氧炫”

    線(xiàn)粒體是動(dòng)植物細胞中廣泛存在的一種細胞器，掌管能量代謝、應激與細胞凋亡，同時(shí)也是細胞活性氧自由基生成的主要場(chǎng)所。早在1972年，Harman就猜想線(xiàn)粒體是驅動(dòng)衰老生物鐘的核心部件，提出了“線(xiàn)粒體衰老學(xué)說(shuō)”，即細胞線(xiàn)粒體自由基損傷的累積導致機體的衰老。然而，這個(gè)學(xué)說(shuō)卻一直苦于沒(méi)有合適手段來(lái)進(jìn)行實(shí)驗驗證。
 

    線(xiàn)粒體超氧炫“數字鐘”與衰老生物鐘的關(guān)系模型

    2008年，程和平課題組采用新穎的線(xiàn)粒體定位的超氧探針cp-YFP，觀(guān)察到單個(gè)線(xiàn)粒體內超氧陰離子自發(fā)性爆發(fā)現象，稱(chēng)之為線(xiàn)粒體“超氧炫”。細胞內超氧炫在時(shí)間和空間上隨機發(fā)生，與線(xiàn)粒體呼吸、ATP合成、鈣信號、基礎活性氧水平等緊密相關(guān)。可以說(shuō)，超氧炫是反應線(xiàn)粒體功能狀態(tài)的“數字鐘”。

    超氧炫數字鐘與衰老生物鐘是否偶聯(lián)在一起呢？為了研究這個(gè)問(wèn)題，作者選取了線(xiàn)蟲(chóng)作為實(shí)驗對象。線(xiàn)蟲(chóng)平均壽命僅為21天，是衰老研究的常用模型；且其個(gè)體小、通體透明，適于從生到老全程***觀(guān)測。作者構建了表達超氧探針的轉基因線(xiàn)蟲(chóng)，實(shí)驗發(fā)現，線(xiàn)蟲(chóng)咽部肌肉的線(xiàn)粒體超氧炫在成蟲(chóng)第3天和第9天出現兩個(gè)明顯峰值，前者對應于線(xiàn)蟲(chóng)生命周期中繁殖力最活躍、生理機能最旺盛時(shí)期，而后者則對應于線(xiàn)蟲(chóng)衰老死亡的起始點(diǎn)。

    不同的基因背景可影響線(xiàn)蟲(chóng)的平均壽命長(cháng)短，如daf-2（胰島素受體）突變線(xiàn)蟲(chóng)平均壽命為39天，而hsf-1（熱休克蛋白轉錄因子）突變線(xiàn)蟲(chóng)僅為15天。通過(guò)在29個(gè)不同遺傳背景中進(jìn)行系統研究，作者揭示了3日齡超氧炫頻率與平均壽命呈負相關(guān)，非線(xiàn)性回歸分析得出59%壽命變化可以用超氧炫來(lái)預測。除了遺傳背景差異，壽命也受到環(huán)境因素的影響。在26種不同環(huán)境條件下（如限食，熱休克，高糖飼喂等），超氧炫的頻率可以預測70%的壽命變化。即使對于同一遺傳背景、同一環(huán)境條件中的群體，它們的個(gè)體壽命受隨機因素影響而變化，3日齡超氧炫頻率依然保持與個(gè)體壽命負相關(guān)的規律。而9日齡超氧炫頻率與個(gè)體壽命則沒(méi)有相關(guān)性。進(jìn)一步實(shí)驗還解釋了在daf-2突變蟲(chóng)株中，通過(guò)線(xiàn)粒體超氧炫指征的線(xiàn)粒體功能狀態(tài)反應其壽命長(cháng)短的機制。

    超氧炫作為線(xiàn)粒體機能狀態(tài)參量可以預測壽命長(cháng)短變化，尤其是生命早期、機體功能最旺盛時(shí)的線(xiàn)粒體機能狀態(tài)與壽命呈負相關(guān)，這是一個(gè)出人意料的發(fā)現。從生命早期超氧炫數字鐘的節拍就能推測其衰老生物鐘快慢的實(shí)驗結果，支持了廣義的線(xiàn)粒體衰老學(xué)說(shuō)，即線(xiàn)粒體是遺傳、環(huán)境和隨機因素調控衰老的一個(gè)共同節點(diǎn)。與此同時(shí)，該發(fā)現還為程序化衰老學(xué)說(shuō)（programmedtheoriesofaging）提供了迄今為止最有說(shuō)服力的實(shí)驗證據。

    用超氧炫數字鐘來(lái)一窺衰老的奧秘有望開(kāi)啟新的研究方向。目前，線(xiàn)蟲(chóng)上得到的結論是否可以推廣到高等動(dòng)物，以及如何闡釋相關(guān)性規律背后的生物學(xué)機制等，尚有待進(jìn)一步研究。