袁越
世界上流行过很多长寿秘方,但真正被科学实验证明有效的秘方只有一个,那就是“卡路里限制”(Caloric Restriction)。
“卡路里限制”可以被简单地定义为科学节食,即在保证蛋白质、脂肪酸、维生素和矿物质等人体必需营养元素一点也不缺的情况下,适当减少卡路里(能量)的摄入。针对线虫、果蝇和小鼠进行的一系列严格的动物实验都已证明,“卡路里限制”确实能够延长它们的寿命,但因为涉及伦理问题,与此相关的人体实验非常难做,科学家们至今也无法确切地知道节食到底能不能延寿。
即使将来科学家证明节食确实能延长人类寿命,恐怕大家也很难坚持下去,因为食物是人类获得满足感的重要途径,整天饿肚子肯定会让人不爽。于是,有不少科学家试图搞清节食延寿的机理,以便能发明出一种药物,模仿节食的效果,让人不必挨饿就能长寿。
这种研究很难做,因为节食导致的生理变化异常复杂,不同的组织和细胞类型对于节食的反应各不相同。高通量单细胞转录组测序技术的出现,为解决这个问题提供了一种可能性。这项技术能够让科学家同时研究很多个不同细胞内的基因活性变化,便于相互比较,从中找到最合适的药物靶点。
来自美国和中国的科学家们通力合作,在《细胞》杂志上发表了一篇重磅论文,首次在细胞和分子水平上揭示了节食长寿的机理。
为了尽量接近实际情况,研究人员选择用和人体较为类似的大鼠来做实验。节食组大鼠从出生后18个月起开始节食,每天只供应相当于平时70%的食物,一直持续到27个月为止。如果换算成人类时间,这就相当于一个人从50岁开始每天只吃七分饱,一直坚持到70岁。对照组则正常喂食。
实验结束后,研究人员首先分析了大鼠不同组织内细胞成分的变化,发现对照组有57%的成分变化在节食组身上都没有发生。这其中最显著的变化发生在免疫细胞上。已知年轻大鼠身体组织中的免疫细胞含量相对较少,说明它们体内的炎症反应水平较低。随着年龄的增加,对照组大鼠体内的免疫细胞含量升高了不少,说明它们体内的炎症反应显著增强,这是衰老的标志之一。相比之下,节食组大鼠体内的免疫细胞水平和年轻大鼠相当,说明节食的一大功效就是降低炎症反应的活跃程度。
说到炎症反应,很多人都认为这是免疫系统对付细菌感染的武器之一。这个看法当然没错,但炎症反应是一种比较激烈的防御手段,动物自身的健康细胞很容易在“战斗”过程中被误伤。如果炎症反应转为慢性的,危害尤其大。已有无数研究显示,包括糖尿病、心血管疾病和癌症在内的很多老年病都和慢性炎症反应有关。
接下来的问题是,“卡路里限制”究竟通过何种方式影响了炎症反应的强度呢?这就需要用到高通量单细胞转录组测序技术了。研究人员从这些大鼠体内的40多种不同类型的组织当中提取出168703个细胞,运用这项技术对这些细胞的基因表达水平进行了逐个分析,结果表明随着年龄的增加,很多细胞内的免疫基因的表达模式都发生了变化,但节食组却没变,依然保持了年轻时的状态。这个结果说明,节食能够改变免疫细胞的基因表达模式,从而抑制动物体内炎症反应强度随年龄增长而增加的趋势。而这似乎就是节食之所以能够延缓衰老的主要原因之一。
这些基因当中,一个名为YBX1的转录因子极为关键,因为研究者在23个不同组织中都观察到了节食对该转录因子活性的影响,看来这个YBX1极有可能成为科学家梦寐以求的长寿药物靶点。
但是,这个靶点是在大鼠身上找到的,科学家们并不知道它是否对人体也有同样的效果,而这只能通过人体实验才能知晓答案。
为了解决人体实验的伦理难题,美国国立健康研究所亲自出马,联合了一批高等院校,共同启动了一个卡路里限制人体实验项目,并为此招募了218名成年健康志愿者。科学家们首先确定了每名志愿者的基准卡路里摄入量,然后将他们分成两组,一组减少14%的卡路里摄入量,另一组维持原样。
这个项目已经进行了两年,是迄今为止规模最大、持续时间最长的人体节食实验。耶鲁大学的生理学家维什瓦·迪克西特和他领导的一个研究小组受邀对实验结果进行了分析研究,相关论文发表在《科学》杂志上。
研究人员首先通过核磁共振成像技术(MRI)分析了志愿者的胸腺,发现节食的效果非常显著。很多人都知道,胸腺是生产免疫T细胞的工厂,但大家可能不知道的是,胸腺也是衰老速度最快的人体器官之一。一般人活到40岁时其胸腺组织的70%会转化为无用的脂肪,導致免疫T细胞的生产能力水平直线下降。事实上,这就是为什么老年人更容易生病的原因之一。
迪克西特发现,节食组胸腺的脂肪化进程居然被逆转了。这个结果相当令人振奋,几乎可以肯定“卡路里限制”能够增强人体免疫力,间接地延长寿命。
接下来,研究人员又分析了节食者的免疫细胞,想看看它们在机理上和对照组有何差别,结果却令人失望,两者看不出明显区别。但迪克西特没有轻易放弃,他决定把注意力转向脂肪组织,因为这也是人体免疫系统中的一员。很多不同种类的免疫细胞藏身于脂肪组织之内,这些免疫细胞如果被不恰当地激活,就会导致炎症反应。事实上,节食之所以能长寿,一个主要原因就是节食者通常都很瘦,体内的脂肪含量较低,炎症反应的水平也较低。
研究结果证实了迪克西特的猜测,节食组在节食一年之后其体内的脂肪组织就发生了明显变化,一种名为PLA2G7的基因的活性显著降低,而且在节食两年后其活性仍然维持在很低的水平。
这个基因编码的PLA2G7蛋白常见于巨噬细胞表面,在炎症反应中扮演了重要角色。该研究证明节食不但能通过减脂而延寿,还有可能通过降低PLA2G7基因的活性来减少炎症反应,从而延长人类的寿命。
既然如此,有没有可能通过人为降低PLA2G7基因活性的方式模仿节食的效果呢?答案似乎是肯定的。研究人员在小鼠身上做了一个实验,证明只要想办法减少小鼠体内的PLA2G7蛋白含量,无论小鼠多吃还是少吃,胖还是瘦,其胸腺功能都增强了。这说明那些并没有节食的小鼠获得了“卡路里限制”的诸多好处。
上述两个基因都有潜力成为长寿药的靶点,其中PLA2G7基因来自人体实验,潜力似乎更大一些。也许有一天,科学家能够发明出一种基于YBX1基因或PLA2G7蛋白的减肥药,通过模仿节食来延年益寿。