|
图1 孤独的乔治 孤独乔治（Lonesome George），是一只平塔岛象龟的名字。它身份特殊，是平塔岛象龟（Geochelonenigraabingdoni）中已知的最后一个个体，该亚种属于生活在加拉帕戈斯群岛的加拉帕戈斯象龟（Galapagos tortoise）的11个亚种之一，被认为是世界上最稀有的动物，也是加拉帕戈斯群岛乃至全球物种保护的象征之一。 从1971年被发现到2012年确认死亡，孤独乔治在世界上生活了约100年。它的死亡，宣告属于加拉巴戈斯象龟平塔岛亚种的“孤独乔治”物种永远地从地球上消失了。 象龟是为数不多的能存活上百年的爬行动物类群。科学家自然要追问——为何象龟能有这么长的寿命？为何其他生命却只能存活十几年甚至几个月？ 尽管“孤独的乔治”所属物种已经不复存在，但它和其他加拉帕戈斯巨型陆龟仍为长寿研究提供了基因水平的线索。图2 美国自然历史博物馆中“孤独的乔治”的标本 衰老不可避免，但它是如何发展的呢？ 细胞衰老，是生命体衰老和死亡的基础。要阐明机体衰老的机制，我们必须从研究细胞衰老的机制开始。 研究显示，衰老的主要特征包括：
如果我们有方法抑制或延缓以上的一个或几个进程，就能起到抗衰老的作用。 因此，科学家将比较基因组分析（即利用自然选择的机制来寻找与复杂性状和过程相关的基因和生化途径）技术应用于长寿哺乳动物的基因组中，以此揭示在调节与年龄相关的疾病中发挥重要作用的信号和代谢网络。 图3 细胞衰老的几大特征 近年，美国耶鲁大学的科学家采用“孤独的乔治”和一只阿尔达布拉象龟的血液样本进行了基因组测序。通过与其他近缘种的基因组进行比较，他们发现这些象龟拥有许多与DNA修复、免疫应答和癌症抑制相关的基因变异，而这些变异是其他寿命较短的脊椎动物所不具备的（相关论文在线发表于《自然—生态与进化》，Nature Ecology & Evolution）。 图4 象龟基因组分析的特性分类 该研究小组发现，象龟基因组中有43个基因在其进化过程中受到了特异性的正向选择，其中包括微管蛋白骨架相关基因TUBE1和TUBG1，胞内囊泡运输基因VPS35——而微管蛋白对于保持细胞形状、运动、胞内物质运输有着不可或缺的作用； 更为重要的是，这些正向选择的基因还包括AHSG、FGF19和TDO2，其表达水平与人类老龄化相关。其中，TDO2基因编码是犬尿氨酸途径中负责降解色氨酸的第一个酶，具有调节年龄相关的蛋白质稳态的功能。TDO2被认为在衰老和年龄相关的神经系统疾病，如阿兹海默症及帕金森中能够发挥重要作用——通过抑制TDO2，可以延长动物寿命。 我们知道，免疫系统是防御病原体入侵最有效的武器，它具有识别和排除抗原性异物、与机体其他系统相互协调，共同维持机体内环境稳定和生理平衡的功能。在许多物种中，免疫功能作为进化驱动因素，承受着强大的选择压力并且在衰老及相关疾病中发挥起了重要作用。它可以清除衰老细胞、提高机体免疫力以及远离癌症威胁，是对抗衰老的主力军。 研究人员分析了与免疫系统相关的891个基因，发现正向选择的调节免疫力的基因也在象龟中广泛存在并表现出多个拷贝的情况，其中细胞毒性T淋巴细胞相关基因的扩增可以抵抗病原体和癌症发生。 长寿生物在理论上面临更高的癌症风险，但是，研究人员发现龟类的肿瘤抑制基因较其他脊椎动物有所扩张，例如SMAD4、NF2、PML、PTPN11和P2RY8等基因存在重复现象。另外，象龟基因的特异性复制对两个原癌基因MYCN和SET造成了影响——已知SET复合物会导致线粒体损伤，是细胞凋亡的第一步。 图5 象龟长寿和抗癌相关基因 研究人员还发现，象龟中一些参与DNA损伤修复的基因及保持DNA稳定的基因也发生了重复，例如NEIL1、RMI2和XRCC6基因。其中XRCC6基因在象龟和裸鼹鼠中都发生了突变，而裸鼹鼠又恰恰是最长寿的啮齿动物，这表明了一个可能的趋同进化过程。 端粒，是存在于染色体末端的一段DNA蛋白质复合体，有助于保持染色体的完整性和控制细胞分裂周期。细胞分裂次数越多，其端粒损耗越多，细胞寿命越短，因此端粒损耗和衰老之间存在很强的关联。研究人员发现了象龟中的DCLRE1B基因的一个突变，该突变可能影响其和端粒重复结合因子2（TERF2）的结合。DNA损伤修复和端粒相关基因的突变，可能共同影响端粒动力学过程，进而影响龟的寿命。 图6 象龟中的DNA修复反应 龟鹤延年。在我国，民间历来就将龟视为一种寓意长寿吉祥的动物。对于衰老机制的研究，实在关乎动物及人类的福祉。 研究人员表示，对孤独乔治基因测序的研究揭示了与延长寿命相关的特定进化策略，并扩展了人们对衰老的基因组决定因素的理解。同时，这些新的基因组序列也为恢复象龟种群提供了重要的资源。从这个角度来说，乔治又并非全然是“孤单”的。 |
|
|
