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老化是可以防止的嗎?終於闡明老化之謎!?

老化是可以防止的嗎?終於闡明老化之謎!?

限制熱量的攝取能延長壽命
老化的現象不只是產生在外表上,也會發生在身體內所有的器官。就像從前的權貴者費盡心思、用盡手段無非就是為了取得長生不老之藥,因此「防止老化、延長壽命」可以說是人類永遠存在的課題。雖然對老化的研究自古有之,但直到近年來,才對老化的分子機制有突破性的闡明,它的關鍵就在「限制熱量」和「氧化壓力」。人類真的可以製造出防止老化的夢幻仙丹嗎?

幾年前,「抗老化」(antiaging)一詞突然在媒體上頻頻出現。一提到「抗老化」,很多人腦海中浮現的是以女性為中心的化妝水或護膚用品,然而老化不只是皮膚等外在的變化,也會反應在身體器官上。大腦、骨骼、心臟、腸胃等所有器官的機能都會隨著年齡的增長而漸漸衰退、老化。
例如,90歲的人會比30歲的人神經功能衰退15%、心臟功能衰退30%、肺部功能衰退50%,腎臟功能更是衰退了70%。器官老化更是引起糖尿病等慢性病、以及心肌梗塞等各種疾病的原因。老化可以說與死亡(壽命)有著密不可分的關係。

如何測量老化?
不同的人表現出的老化症狀也不一樣,因此科學家們在很早之前就已經在研究要用何種標準來衡量一個人「老化的程度」。
以前是用「性激素」(sex hormones),也就是雌性激素和雄性激素來作為老化的參考指標。特別是女性從40歲開始,雌性激素會急遽減少,在持續減少下,到了50歲左右會引發更年期障礙,出現抑鬱、臉部發熱等情形。性激素分泌的減少還會使骨密度和肌肉質量下降、血液中的膽固醇值升高,造成身體產生變化(老化現象)。也就是說,測量血液中的性激素含量就可以了解人體老化的程度。
那麼一定有讀者會想到,男性的老化又要如何測量呢?現在有兩種物質,亦即「IGF-1」(第一型類胰島素生長因子,insulin-like growth factor-1)和「DHEA-S」(硫酸去氫表雄固酮,dehydroepiandrosterone sulfate)被認為可以作為男女通用的老化指標。經由科學家的證實,已經知道IGF-1的分泌減少,不只會使骨密度和肌肉質量下降,還會促進內臟脂肪的堆積;而DHEA-S的分泌減少,則會降低骨密度,並使皮脂分泌功能下降。
順帶一提的是在80歲之前,雄性激素的分泌不會大幅減少,所以至今大家都認為男性不會有更年期障礙。但是不論男女,都會有IGF-1和 DHEA-S減少的現象,如果減少的話,即使是男性也會出現衰老症狀。近年來,不只是雌性激素減少所引發的症狀,這兩項物質減少所引起的症狀也被稱為「更年期障礙」,所以男性也會有更年期障礙的現象。

「吃八分飽」可以延長壽命
難道就沒有方法可以延緩老化了嗎?在2009年7月的美國科學雜誌《科學》(Science)上曾經刊登一篇利用猴子所進行的有趣研究。該研究報告的內容指出「減少30%的熱量攝取,可以抑制『老化』症狀,增長壽命。」早在1930年代科學家便曾經以老鼠做實驗,結果證實減少20%的熱量攝取,可以增長壽命。之後陸續有人以酵母菌和線蟲(nematode)做實驗,也證明的確有延長壽命的作用。
猴子的平均壽命大約20年,由於存活時間長,所以這次發表的論文尚屬中間研究報告。不過從實驗開始到現在也接近20年,在這項長達20年的研究報告,指出限制熱量的攝取可以減少糖尿病、心臟疾病等生活習慣病(Lifestyle disease)的發生,增長壽命。雖然這項研究還在進行中,但近藤醫師說:「大概最後的結果還是一樣,應該可以證實限制熱量的確對延長壽命有效。」近藤醫師還表示:「雖然目前不能對人體做相同的實驗,但得到和猴子同樣的效果的可能性極高。」
為什麼限制熱量可以增長壽命呢?事實上,長久以來,真正的理由一直是個謎團,直到最近才終於解開。最初的線索是1990年代,科學家從酵母菌中發現一項長壽基因――Sir2基因。酵母菌也會老化(帶有遺傳訊息的DNA發生異常)這是很早之前就知道的,而科學家發現Sir2基因(Silent information regulator 2)可以抑制該種異常的發生。
之後的研究也發現人類和老鼠中也有類似的長壽基因(稱「Sirt1基因」)。

為什麼限制熱量的攝取可以長壽呢?
最近數年的研究成果,證實限制熱量的攝取可以活化長壽基因,與長壽與否大有關聯。為什麼限制熱量的攝取可以活化長壽基因呢?
當限制熱量時,細胞中製造能量的結構會產生變化。原本在細胞中有兩座「能量工廠」在運作。一座是利用糖類產生能量的「糖解作用」(glycolysis)工廠,另一座是利用氧產生能量的「粒線體」(mitochondria)工廠。當限制熱量時,體內的糖分會減少,則利用糖類的「糖解作用」產生的能量便會減少,而粒線體的能量製造就變得較為活躍。
粒線體在積極製造能量的過程中,同時也會生成許多副產品。經由證實,這些副產品可以活化長壽基因(基因作用可製造蛋白質)。
為什麼活化長壽基因可以延緩老化呢?科學家證實長壽基因的活化可以使結合DNA(去氧核糖核酸)的蛋白質發揮作用,促進粒線體的合成。據推測,大量新的粒線體的生成會使能量的生產更為活躍積極,這也使得細胞功能不易退化,因此可以抑制老化現象的產生。

氧化壓力究竟是否為老化的原因?
很早之前,大家認為老化的原因除了熱量的攝取外,還有一項就是「氧化壓力」(oxidant stress)。「如果將果蠅養在會增加「氧化壓力」條件的100%氧氣濃度的環境中,牠們的壽命會變短。」,這是從觀察各種動物的結果,所產生的理論。
所謂氧化壓力是指像自由基(free radical)等稱為「活性氧」(active oxygen)的高反應分子去攻擊體內蛋白質和負責遺傳資訊的DNA等物質,導致這些物質的功能下降。而氧化壓力引發的損傷會使細胞和組織的功能下降,導致老化現象
與老化有關的氧化壓力又是如何在體內產生的呢?大家都知道照射紫外線可以誘發活性氧,形成氧化壓力。然而因外在因素產生的活性氧不多,而體內大約有90%的活性氧都是發生在粒線體。
能量的生產工廠──粒線體在運作過程中,就如同工廠排放廢氣一般,會製造出活性氧。當然製造出的活性氧如果就這麼留在體內,會對身體造成不良影響,所以在粒線體中存有清除活性氧(包含自由基)的物質──radical scavenger(scavenger表示清除者之意)。但是那些鑽出清除網的活性氧,會攻擊蛋白質和DNA,導致老化發生。
科學家藉由操作基因,製造出含有大量radical scavenger的老鼠,結果證實這些老鼠都較為長壽。這也證明減少氧化壓力與防止老化有極大的關聯。雖然促進清除活性氧的藥物一直在研發中,但至今還未能開發出有效防止老化的藥物。
有些讀者可能還有一個疑惑,就是我們常聽說有一種恢復精力的方法就是吸高濃度的氧氣,但這樣會不會增加氧化壓力,提早老化呢?近藤醫師說:「當然目前並無人體實驗的結果,但對壽命可能會有不好的影響。」

老化的「關鍵」在粒線體
限制熱量會活化長壽基因,促進「粒線體」的合成;而產生氧化壓力這種不好的物質也是「粒線體」。或許有人認為長壽基因會致使粒線體數目增多,這樣應該也會增加氧化壓力促進老化的進行。乍看下,「限制熱量說」與「氧化壓力說」兩者間存有矛盾,而這項問題長久以來也一直困擾著研究人員。
關於這項問題,近藤醫師的解釋如下:「最近新的論說是長壽基因的活化所生成的新粒線體比一般的粒線體在產生能量的效率上較高。」也就是說限制熱量,可以生成出高效率的能量外,還不太會排放出活性氧,亦即生成的粒線體與一般的粒線體是不同的,因此即使粒線體的數目增加,也不會增加氧化壓力。據表示,正因為有這種高功能的粒線體,所以可以有效率的進行能量的生產,維持細胞和組織的功能,減緩老化、促進長壽。
相信大家一定很驚訝連粒線體也有「種類」,並且該種類還與細胞的作用、老化有相當大的關聯,這也使得大家對於這方面的研究發展充滿了期待。
截至目前為止的研究,老化的原因還與染色體的「端粒」(telomere)結構以及「p53基因」等種種因素有關。據表示,現在科學家不只對熱量的限制和氧化壓力有所了解,也漸漸闡明端粒和p53基因與老化現象之間的關係。

-摘自牛頓科學雜誌33期

 

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