top of page

逆轉老化的密碼:表觀基因組(Epigenome)-健康長壽的時代真的來臨了?David Sinclair長生不老的驚人成果!

已更新:2023年12月21日

千百年來人類一直在追尋抗衰老的終極方法,但卻連老化的真正原因都無法找到,早在2000年,人類基因體定序就已宣布完成,也明確找到會影響壽命的基因,但仍然無法控制老化!


即使是基因序列完全相同的"同卵雙胞胎",卻發展出不同的性格、特徵及壽命,到底是什麼因素導致這些差異呢?


"表觀遺傳學" 理論的出現,似乎解答了所有生命密碼的疑問!

繼達爾文(Darwin)與孟德爾(Mendel)以演化和遺傳來定義十九世的生物學;華生(Watson)與克立克(Click)將二十世紀,界定為DNA時代,從功能的角度了解遺傳和演化如何交互作用!


而二十一世紀的"表觀遺傳學"則是一門全新的科學領域,打破許多長期視為教條的學說法則,以更多無限、更複雜、更美麗的形式重塑這門科學,並有機會解開逆轉老化的終極密碼!


尤其David Sinclair 2023年發表在Cell的論文, 關於表觀基因組的老化資訊理論,更為人類長壽,甚至長生不老,打開了大門!



逆轉老化真的找到解答?-表觀基因組-David Sinclair




現有已知的老化原因

在研究如何返老還童前,首先要找到人類老化的真正原因。過往幾十年來,科學家們努力研究老化的各項證據,總結可參考刊登在《細胞》雜誌上、以及細胞生物學的論文,列出了目前科學家已知的十大老化機理,:


  1. DNA複製出錯:細胞複製DNA時可能發生錯誤,導致基因組的變異增加。

  2. 端粒變短:端粒是染色體末端的保護結構,每次細胞分裂時都會縮短,當端粒變得過短時,細胞功能受損,最終無法分裂,變為殭屍細胞。

  3. 細胞蛋白損失穩定性和精準度:細胞中的蛋白質可能因為損傷或錯誤折疊而失去穩定性,這可能影響細胞的正常功能。

  4. 基因表徵出錯:基因的表現受到調控,當調控機制出現錯誤時,可能導致基因表達的失調。

  5. 「能量工廠」粒線體失效:粒線體是細胞內的能量生產中心,當粒線體功能受損時,細胞的能量供應不足,影響細胞的正常代謝。

  6. 細胞之間的通信機制受損:細胞彼此之間通過信號分子進行溝通和協調,當這些通信機制受損時,細胞之間的協調性受到影響。

  7. 幹細胞疲乏,器官組織停止修復和更新:幹細胞是能夠分化為不同細胞類型的特殊細胞,當幹細胞耗盡或功能衰退時,器官組織的修復和更新能力減弱。

  8. 細胞對葡萄糖和脂肪攝取量的感應度降低造成新陳代謝失調:老化過程中,細胞對葡萄糖和脂肪的利用和代謝受到影響,可能導致新陳代謝失調和相關疾病的發生。

  9. 當細胞遇到壓力受損後,炎症分子產生正常細胞變成「殭屍細胞」:當細胞受到壓力或損傷時,它們可能釋放出炎症分子以應對損傷,但在老化過程中,這些炎症分子的產生可能變得過度活躍且持續存在,導致正常細胞進入一種被稱為「殭屍細胞」的狀態,這些細胞失去正常功能並可能對周圍組織造成損害。

  10. DNA甲基化:DNA甲基化是一種調控基因表達的修飾過程,它涉及甲基基團的添加到DNA分子上。在老化過程中,DNA甲基化的模式可能發生變化,這可能導致基因的調控異常,進而影響細胞的正常功能。


以上這些老化機理都是科學家在研究老化過程中所觀察到的現象,它們相互作用並對細胞和組織功能產生影響,最終導致整體的老化現象。


2022 年全球抗衰老市場規模超過 672 億美元。 展望未來,IMARC Group 預測到 2028 年將達到 986 億美元,因此對於對抗衰老的研究,只會更蓬勃發展,相信不久的將來將有突破性進展!


AI已經如此的進步,將來運用AI科技,基因序列的分析將更精準快速,可幫助人類解決大部分的問題。但目前的科技技術還做不到長生不死嗎?


看完接下來的最新研究,對於壽命的想像可能會改觀!




表觀基因組是什麼?與基因有何關係?


你的基因真的是出生的時候就注定了嗎?如果是這樣:


為什麼基因序列完全相同的"同卵雙胞胎",卻發展出不同的性格、特徵及壽命,到底是什麼因素導致這些差異呢?


還有研究證實,幼年時期被霸凌的陰影或心裡創傷,竟然也會遺傳給下一代,難道這些後天的生活經驗,會改變基因序列而遺傳給下一代?


這些問題傳統的遺傳學都無法解釋,近10多年由於

"表觀遺傳學"(Epigenetics)更深入的研究成果,讓我們對所有生命體的解釋更加的完整,

人類的基因是什麼?


DNA(脫氧核酸),是生物體內遺傳信息的載體,它是由核苷酸組成的雙螺旋分子。


人類基因體的DNA序列是由四種不同的核苷酸組成的,名分別是腺嘌呤(Adenine)、胸腺嘧啶(Thymine)、鳥嘌呤(Cytosine)和鳥嘧啶(Guanine),簡稱A、T、C、G。這些核苷酸以特定的順序排列在人類的DNA分子中,形成了人類基因體的序列。


人類基因體的DNA序列總共約有32億組核苷酸對。這32億個核苷酸對包含了人類體細胞核中的所有染色體,其中包括22對自動體染色體和一對性染色體(男性為XY,女性為XX)。每一對染色體都包含了許多基因,這些基因編碼了蛋白質和調節RNA,並負責生物體的結構和功能。


而基因是指DNA序列中的特定區域,它們是基因體的功能單元。基因包含了編碼蛋白質或RNA所需的信息,並決定了生物體的遺傳特徵和功能。


在人類基因體中,估計約有20,000至25,000個基因,這些基因分佈在不同的染色體上。基因的序列和排列方式是通過基因組學技術和計算方法來研究和解析的。


總而言之,人類基因體的DNA序列是由四種核苷酸組成的,總共約為32億個核苷酸對。這些DNA序列包含了許多基因,基因是DNA序列中的特定區域,編碼了生物體的蛋白質和RNA,並負責生物體的結構和功能。這個 DNA 鏈通過遺傳方式從父母傳遞給子代,確定了人類的遺傳特徵。


人類基因體的序列研究對於理解人類生物學、疾病的發生機制以及個體差異具有重要意義。近年來,隨著高通量 DNA 測序技術的發展 ( 目前已發展出次世代基因定序 NGS 檢測技術 ) ,人類基因體計畫(Human Genome Project)等大型國際科學計畫的推進,人類基因體序列的研究已經取得了巨大的進展,並為基因治療、精準醫療、個體化醫療等領域提供了重要的依據。


值得注意的是,基因體序列只是人體基因的藍圖,並不代表所有基因都在所有細胞中都被表達。細胞在不同發育階段、組織和器官中會表達不同的基因,這由表觀遺傳學的調控機制所決定。


表觀基因組是什麼?


表觀遺傳簡單定義為:

不改變DNA序列,但可調控蛋白質生成及表型並代代相傳的機制

表觀基因組(Epigenome)是指細胞中基因組的表觀修飾狀態的集合且是變動的。它包括一系列的化學修飾和結構變化,這些修飾和變化可以影響基因的表達方式和功能,而不涉及基因序列本身的改變。


基因表達的調控不僅僅取決於DNA的序列,更受到表觀基因組的調控

表觀基因組修飾包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA、染色質結構等多種形式。這些修飾可以影響基因的可及性、轉錄的啟動或抑制、染色質結構的改變等,進而影響基因的表達。


例如,DNA甲基化是表觀基因組修飾中最常見的一種形式。它是指在DNA分子上添加甲基基團,通常發生在胸腺嘧啶核苷酸上(Thymine)。DNA甲基化可以阻礙轉錄因子與DNA之間的結合,從而抑制基因的轉錄。這種修飾可以在細胞分化過程中起到重要的作用,使得細胞能夠在不同組織和器官中表達特定的基因。


另外,組蛋白修飾也是表觀基因組的重要組成部分。組蛋白是與DNA緊密結合的蛋白質,它可以進行多種化學修飾,如乙醯化、甲基化、磷酸化等。這些修飾可以調控染色質結構和基因的可及性,影響基因轉錄的啟動或抑制。


總結而言,表觀基因組是指細胞中基因組的表觀修飾狀態的總體。它與基因密切相關,因為表觀基因組的修飾可以影響基因的表達方式和功能。通過調節表觀基因組,細胞能夠在發育、組織特化、環境應答等過程中靈活調整基因的表達,以適應不同的情況和需求。



表觀基因組
衝擊科學家的表觀遺傳學:基因只是腳本,後天影響更甚?


基因序列跟表觀基因組有何關係?


基因序列是一個生物體的固有基因組成,通常在出生時就被確定下來。每個個體的基因序列都是由父母傳遞的遺傳物質所決定,並在受精過程中形成。


然而,表觀基因組是基因表達的調控方式,並且可以受到內部和外部環境的影響而產生變化,是隨時在變動的。


表觀基因組修飾可以在細胞分化、發育、環境刺激等過程中產生變化,並且可能在不同組織、細胞類型或發育階段中有所不同。


這意味著,雖然基因序列是固定的,但表觀基因組可以在細胞內部的反應、環境刺激、生活方式和其他因素的影響下產生變化。這些表觀修飾的變化可能會影響基因的表達模式,從而對細胞功能和特性產生影響。


總結而言,基因序列是固定的,而表觀基因組則可以受到內外部環境的影響而產生變化。這種可變性使得細胞能夠適應不同的環境和調節基因的表達,從而實現細胞的多樣性和功能特化。


同樣的樂譜,各演奏家展現不同風格


我們可以將基因序列想像成一個音樂樂譜,而表觀基因組則是音樂家演奏這個樂譜的方式。


基因序列就像樂譜上的音符和節奏,它們排列組合在一起形成了一首音樂作品,代表著特定的遺傳信息。基因序列確定了生物體中的基因組成,就像音符和節奏決定了音樂作品的結構和旋律。


然而,表觀基因組就像是音樂家演奏這個樂譜的方式。就像音樂家可以通過速度、音量、強調和表現等手法來演繹音樂,表觀基因組也通過不同的修飾方式和調控機制來演繹基因序列。


就像音樂家可以通過強調某些音符或改變演奏方式來詮釋音樂作品,表觀基因組的修飾可以增強或抑制基因的表達,改變細胞的功能和特性。


總而言之,基因序列就像一個音樂樂譜,它包含了生物體的遺傳信息。而表觀基因組則是音樂家演奏這個樂譜的方式,通過不同的修飾方式和調控機制來演繹和影響基因的表達,從而塑造細胞的功能和特性。


在瞭解最新的表觀遺傳科學後,接下來將進入重點了,因為世界抗老權威,哈佛醫學院終生教授,發現了逆轉老化的終極密碼!


表觀遺傳訊息丟失是老化的唯一因素


David Sinclair認為在研究如何返老還童前,首先要找到人類老化的真正原因。


過去20多年來,關於細胞老化的研究總結了幾個老化的徵兆包括:端粒耗損(telomere attrition)、粒線體失去功能(mitochondrial dysfunction)…等。


但David Sinclair想進一步探索這些徵兆發生的原因。而他歸結的原因就是

細胞逐漸流失資訊

也就是老化的資訊理論(Information Theory of Aging)


懂一點生物知識或者一點常識的人都明白,人是由無數個細胞組成的一種生物。細胞的死亡與存活決定一個人的狀態,那衰老也不可例外。



經過長達13年的努力,David Sinclair(大衛·辛克萊)博士和他的同事們終於回答了衰老的驅動力是什麼。


在一項於2023年1月12日發表在《Cell》雜誌上的研究中,辛克萊博士(哈佛醫學院遺傳學教授,保羅·F·格倫生物老化研究中心的聯合主任)描述了一種具有開創性的衰老時鐘,可以加速或逆轉細胞的老化過程。



老化資訊理論-David Sinclair
老化資訊理論,破解老化的密碼!

DNA突變是老化原因?


研究衰老的科學家們一直在爭論是什麼驅使細胞衰老的過程,主要關注導致DNA突變的因素,這些突變隨著時間的推移可能破壞細胞的正常運作並引發細胞死亡的過程。但這個理論並未得到支持,因為年老人的細胞通常並不充滿突變,而且擁有更多突變細胞的動物或人似乎也不會提前衰老。


老化資訊理論

David Sinclair 教授,驗證了老化的唯一原因,提出了"老化資訊理論"


老化資訊理論(Information Theory of Aging)是一種關於生物老化的理論框架,它基於信息理論的概念,試圖解釋老化的過程和機制。


根據老化資訊理論,生物體在其生命週期中會不斷地與外部環境進行信息交流和處理。這些信息包括來自環境的刺激、生理狀態和遺傳材料中的變化等。生物體內部有一個複雜的信息網絡,包括基因表達、代謝過程、細胞間通訊和調節機制等,這些信息相互作用並影響生物體的功能和健康狀態。


隨著時間的推移,這些信息在生物體內逐漸累積,同時也可能出現錯誤、崩壞或丟失。這些累積的信息可能導致組織和器官的功能退化,增加老化和疾病的風險。


老化資訊理論主張,細胞和生物體老化的過程可以被視為信息的累積和處理能力的衰退。生物體處理和維護信息的能力隨著年齡增長而減弱,這可能涉及基因表達的異常、DNA損傷的累積、蛋白質功能的變化以及細胞間通訊的障礙等。


簡而言之,這項研究的重要發現是辛克萊博士和他的團隊提出了一個革命性的衰老時鐘概念,並指出細胞老化的關鍵機制可能與表觀基因組DNA甲基化有關。這項研究的結果有助於深入理解衰老的過程,並為開發抗衰老療法提供了新的方向。然而,這些研究結果還需要進一步驗證和研究,以確定如何應用於實際的醫學治療中。


表觀基因組資訊流失是老化原因


David Sinclair 專注於基因組的另一部分,稱為"表觀基因組"。由於所有細胞具有相同的DNA序列藍圖,表觀基因組是使皮膚細胞轉變為皮膚細胞,腦細胞轉變為腦細胞的關鍵。


表觀基因組通過向不同的細胞提供不同的開關,告訴它們打開哪些基因,保持哪些基因沉默,從而實現細胞的分化。


表觀遺傳學類似於裁縫依靠設計圖紙,為製作襯衫、褲子或外套提供指示。起始的織物相同,但設計圖紙決定了最終服裝的形狀和功能。對於細胞而言,表觀遺傳學指令導致具有不同物理結構和功能的細胞,這個過程被稱為分化。


簡而言之,David Sinclair 博士專注於研究基因組的另一部分,稱為表觀基因組,該基因組通過調控基因的開啟和關閉來指導細胞分化,使不同細胞具有不同的結構和功能。


老化可以人工顯現


在這篇《Cell》期刊上的論文中,David Sinclair 博士和他的團隊報告說,藉由表觀基因,他們不僅可以將老鼠加速衰老,還可以逆轉衰老的效應,恢復動物一些年輕特徵的生物指標。


這種可逆性強烈證明了

衰老的主要驅動力不是DNA的突變,而是表觀遺傳指令的錯誤

David Sinclair博士長期以來一直提出衰老是由於細胞失去了繼續運作所需的關鍵指令,他稱之為"衰老的資訊理論"。


他說:“衰老的根本原因是細胞中丟失了信息,而不僅僅是損害的累積。這是對衰老思考方式的範式轉移。"

他最新的研究結果似乎支持這一理論。David Sinclair 博士說,這就像軟件程序在硬件上運行,但有時會出現損壞並需要重新啟動。


他說:“如果衰老的原因是細胞充滿了突變,那麼逆轉衰老是不可能的。但通過展示我們可以逆轉衰老過程,這表明系統是完好無損的,存在備份副本,只需要重新啟動軟件。”

在老鼠實驗中,他和他的團隊開發了一種重新啟動細胞的方法,以重新啟動表觀遺傳指令的備份副本,基本上消除將細胞引向衰老路徑的損壞信號。


他們通過基因工程,在年輕老鼠的DNA中引入斷裂,模擬了表觀基因組的衰老效應(在實驗室外,表觀遺傳變化可能由多種因素引起,包括吸煙、暴露於污染和化學物質)。


在這種模擬“衰老”的方式下,David Sinclair 博士在幾週內觀察到老鼠開始出現老年特徵,包括灰色的毛髮、體重減輕(儘管飲食未變)、活動減少和脆弱性增加。

啟動逆轉衰老的密碼

David Sinclair 重新啟動逆轉衰老,是通過基因編輯的形式進行的,涉及三個基因,這些基因指示細胞重新程式化自己。


在老鼠實驗中,這些指令引導細胞重新啟動定義其身份的表觀遺傳變化,例如腎臟和皮膚細胞,這兩種細胞類型容易受到衰老的影響。


這些基因來自所謂的山中伸弥幹細胞因子套件,這是一組由諾貝爾科學家山中伸弥於2006年發現的四個基因,包括Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc。可以將成年細胞時鐘倒轉到胚胎狀態,使其重新開始發育或分化過程。這些基因能夠重新編程細胞,使其回到一個類似幹細胞的狀態,被稱為誘導多能幹細胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)


David Sinclair 博士並不希望完全消除細胞的表觀遺傳記錄,只是重新啟動它,足以重置表觀遺傳指令。使用其中三個因子將時鐘倒轉了約57%,足以使老鼠恢復年輕。


David Sinclair 博士說:

我們不是在製造幹細胞,而是將時鐘倒轉,使細胞能夠恢復自身的身份

David Sinclair 對它的普遍適用性感到非常驚訝。到目前為止,我們還沒有發現任何無法使其衰老或恢復年輕的細胞類型。


長生不老時代即將來臨


將老鼠的細胞恢復年輕固然重要,但這個過程在人類身上是否有效呢?


這是辛克萊博士的下一步研究,他的團隊已經在非人類靈長類動物上進行了測試。研究人員正在結合一個生物開關,使他們能夠通過將基因重編程的啟動與一種抗生素多西環素(doxycycline)相關聯,從而控制時鐘的開關。


給動物多西環素會開始逆轉時鐘,停藥則停止這個過程。David Sinclair 博士目前正在實驗室中測試該系統對人類神經元、皮膚和成纖維細胞的效果,這些細胞對結締組織有貢獻。


2020年,辛克萊博士報告稱,該過程可以恢復老年老鼠的視力;目前的研究結果表明,這個系統不僅適用於單一組織或器官,而且適用於整個動物。


他預計眼部疾病將成為第一個用於在人類中測試逆轉衰老的疾病,因為基因治療可以直接注射到眼部區域。


辛克萊博士說:

“有一個誤解,我們認為衰老和與衰老相關的疾病是不可逆轉的。就眼部而言,需要的是重新生長新的神經。但在某些情況下,現有細胞只是失去功能,如果重新啟動它們,它們就會恢復正常。這是一種全新的醫學思維方式。”


這可能意味著一系列疾病,包括心臟病等慢性疾病,甚至像阿爾茨海默病這樣的神經退行性疾病,可以在很大程度上通過逆轉時鐘,使這些疾病的衰老過程逆轉來治療它們。


即使在這種情況發生之前,這個過程也可能成為研究這些疾病的研究人員的重要新工具。在大多數情況下,科學家依賴年輕動物或組織來模擬衰老相關疾病,這並不總是能夠忠實地再現衰老的狀態。


辛克萊博士說:

"新的系統可以迅速使老鼠變老,這樣我們就可以將人類腦組織變成相當於70歲老年人的狀態,然後在老鼠模型中使用這些組織來研究阿爾茨海默病”

除此之外,能夠使組織、器官甚至整個動物或人類逆轉衰老的影響是令人震撼的。


辛克萊博士已多次使眼神經恢復年輕,這引發了生物倫理學家和社會界對於考慮將衰老過程持續逆轉的含義的更深層次的問題。

這項研究只是重新定義衰老意義的第一步,辛克萊博士首先承認這引出的問題比答案更多。


David Sinclair博士說:

“我們還不了解恢復年輕的真正運作方式,但我們知道它有效,我們可以用它來使身體的某些部分恢復年輕,並希望開發出具有革命性的藥物"


"現在,當我看到一個老年人時,我不再把他們看作是老年人,我只是把他們看作是需要重新啟動系統的人。這已經不再是能否實現恢復年輕的問題,而是何時實現的問題。”



長生不老
健康長壽時代即將來臨,你準備好了嗎?

更多"變年輕"最新資訊,請點擊加入以下各平台









338 次查看0 則留言

Comments


bottom of page