什么才是延年益寿的最佳策略：关键在于线粒体

根据国外媒体报道，作为伦敦大学学院的进化生物化学家，尼克·莱恩正在思考与生命相关的重大问题:生命是如何开始的？它是如何生存的？为什么我们会衰老和死亡？我们为什么要鼓掌？不管我们这个时代的生活习惯如何，Ryan从进化遗传学的角度分析了这些问题。他认为，我们的基本生化机制，特别是活细胞的能量产生机制，可能是上述问题的关键。

Ryan一直在努力构建一套新的进化理论，这些理论与当前的进化理论相互替代和补充，即基因为繁殖和生存而竞争。他认为，为了充分理解进化史中的一些重要变化，如真核细胞和多细胞生物的出现，必须考虑能量限制。

为了理解瑞安对衰老、性和死亡的看法，鹦鹉螺公司在他伦敦的实验室采访了瑞安。

在你的书《能量、性、自杀:线粒体和生命的意义》中，你问了以下问题:“什么时候追求性开始受到死亡的惩罚？原因是什么？”这个问题是什么意思？

性伴随着复杂的细胞。细菌并不像我们所知的那样有性行为，但它们做着类似的事情:交换基因。本质上，这就是性的含义。但是我们重组基因的方式是不同的。复杂的真核细胞，包括人类、植物、真菌等。，都有性的概念。这本身就非常了不起。然而，我们不知道性有什么好处。它伴随着复杂细胞的进化。性似乎是必要的，而且与死亡密切相关。我们越是把资源集中在繁殖上，我们在进化中的表现就越好。因此，如果我把所有的资源都花在性爱上，那么分配给健康和长寿的资源将会非常少。从进化的角度来看，我相当于故意缩短我的寿命。

乌龟能活很长时间。这可能是因为他们的新陈代谢率极低。

你说的“性与死亡密切相关”是什么意思？

这里的死亡是指“程序性细胞死亡”。这一过程由基因控制，消耗能量，并且完全是故意的。受损细胞会主动杀死自己，将自己从原来的位置移走，然后被干细胞产生的新细胞所取代。另一方面，性交在个人层面完成同样的任务。从自然选择的角度来看，性交的目的是增加个体之间的差异，增加群体内部的多样性，从而促进自然选择。从自然选择的角度来看，人与人之间的差异应该追溯到性交。你能留下多少后代？对人类来说，这个问题主要是针对男性的。由于自然选择的偏见，男人越少越好，但是孩子越多越好。

你是说有些人在这方面做得更好，而有些人做得更差？

没错。从自然选择的角度来看，性交的目的是留下尽可能多的最佳基因拷贝。这可以增加人口的多样性。人口中会有一些非常“有效”的男人和一些“无效”的男人，那么“有效”的男人会得到更多的机会。从人类的角度来看，这可能不是很好。但是进化正是它本身。

你一直在追踪细胞中线粒体的能量产生过程。那么线粒体从何而来？

线粒体最初是渗透到另一个细胞的细菌。关于这个细胞的样子和它是什么仍然有很多争议，但是几乎可以肯定的是它是一个非常简单的细胞。最终，线粒体成为细胞中的能量工厂。我们生存所需的所有能量都来自线粒体。

这和衰老有什么关系？

生存是有代价的。任何事情都要付出代价。在某种程度上，这个价格取决于我们生活的速度。如果我们生活节奏快，我们的体力很快就会耗尽。新陈代谢率(即我们消耗氧气和消化食物的速度)和寿命之间有很强的相关性。当生活条件好的时候，我们会分配更多的资源给性成熟和生殖。然而，如果条件不理想，如饥荒，我们将把重点从性交，蛋白质合成和体重增加转移到生存。生殖需要暂停一段时间，我们会等到艰难时期结束。在过去的十年里，这种转变一直是衰老研究的焦点。它不仅与新陈代谢率有关，还与我们分配资源的方式有关。资源的分配应该集中在交配或生存上。对于简单的生物来说，遗传变异可以使它们的寿命延长两到三倍。但对于像我们这样的复杂生物来说，这要困难得多。

但是我们仍然有延长寿命的强烈愿望。延长寿命的最佳策略是什么？一些研究表明，热量限制似乎能显著延长哺乳动物的寿命。这对人类也有效吗？

我们还不确定。一些人已经对恒河猴进行了几十年的研究，但是这些研究的结果总是相互矛盾的。一些研究表明，这种方法非常有效，可以延长寿命30-40%。然而，一些研究表明，允许对照组中的恒河猴随意进食实际上对它们的健康有害，或者导致它们的预期寿命低于正常水平。因此，这些实验设计中存在许多不确定性。此外，大多数人不愿意减少40%的热量摄入。当然，有些人愿意这样做，但我们不确定这是否会延长他们的寿命。我听说有人因节食而患骨质疏松症，摔倒后极易骨折。可以看出，这种方法也有副作用。

那么人类长寿的可能性有多大呢？

从进化的角度来看，人类的生命似乎没有上限。这太令人震惊了。例如，只要生活在小岛屿上的负鼠没有天敌，它们的预期寿命在五六代后就会翻倍。鸟类的寿命也比从它们的新陈代谢率推断的要长得多。例如，鸽子可以活到30岁左右，但是根据它们的新陈代谢率和体型，它们应该只能活三四年，这是它们的十倍。鸽子长寿是因为它们有很强的有氧代谢能力。为了离开地面，鸽子必须进行大量的新陈代谢，为此它们必须有很强的线粒体。这些线粒体很少泄漏*基。这似乎是鸽子长寿的原因之一。

我们已经听说了很多关于*基的事情。例如，我们应该多吃含抗氧化剂的食物，以消除*基，延长寿命。*基的真相是什么？

*基会导致衰老的理论起源于50或60年前。该理论声称线粒体产生一种叫做*基的活性氧化物。我们吸入的部分氧气会以活性*基的形式在体内释放，对DNA、蛋白质、细胞膜等造成损害。并且还会导致DNA变异。这些损害逐渐累积，最终导致灾难性的后果。这时，细胞损伤太严重，无法存活。在过去的几十年里，这一理论被彻底推翻了。此外，声称服用大量抗氧化剂可以延长寿命和预防癌症和痴呆症等疾病的说法是不正确的。科学家进行的大量研究和大量数据分析表明，如果你服用大量抗氧化剂补充剂，你只会死得更快。

如果氧化的*基确实对细胞造成损害，为什么抗氧化剂没有用？

原因是这会对*基信号造成干扰。我们已经知道*基可以将细胞转变为应激状态。细胞中可能有各种细微的差异，但是一旦出了问题，细胞就会变得像烟雾探测器一样，随时准备“探测烟雾”并根据情况做出反应。抗氧化剂的问题是它们会使“烟雾探测器”失效，这不是一件好事。“烟雾探测器”将切换到应激状态，这种应激反应将影响各种基因的表达，从而保护细胞。因此，*基经常可以刺激细胞做出保护性应激反应。然而，如果此时允许抗氧化剂干扰这些保护信号，它只会是有害和无用的。

既然鸽子能比它们的新陈代谢预期寿命多活10倍，人类能吗？

人类受到大脑的限制。如果我们能不断更新身体中的一切，如细胞、组织等，理论上寿命没有上限。然而，如果神经元被更新，就相当于重写了我们自己的经验，我们就不再是自己了。神经元的年龄上限约为120岁。如果我们想打破这个限制，我们必须付出这样的代价。我认为这是真正的极限。随着时间的推移，我们怎样才能防止大脑失去质量以及负责存储记忆的神经连接和突触？

如果我们能够再生神经元并替换受损的神经元，那么这些新的神经元是否处于全新的状态，它们能被镌刻上新的经历吗？或者它们已经被现存的神经通路所调节了？此外，我们所说的“再生”涉及哪些大脑区域？它与记忆或认知加工有关吗？

经验不会铭刻在神经元上。然而，单个神经元上可能有10，000个突触连接，形成神经网络的一部分，我们还没有理解这些突触对整个神经网络的影响。替换与认知加工相关的神经元似乎比替换与记忆相关的神经元容易得多。如果突触连接可以储存记忆，新生神经元如何重建这些连接？

替换神经元还涉及其他有趣的问题。例如，您可以重新编辑皮肤细胞，将其转化为干细胞。然后你可以将这个干细胞重新定向成一个神经元，并用这个神经元取代大脑中的死亡神经元。如果这个新神经元能够成功地形成正确的突触连接，这将带来一个重要的问题:它的线粒体应该做什么？当你再次编辑皮肤细胞时，它们的线粒体会转变成干细胞线粒体，变得更圆，不带电荷。但是你不知道DNA会如何改变。DNA会保留以前在皮肤细胞中遭受的损伤，还是会试图消除损伤？如果这些损伤得以保留，我们得到的新神经元将是劣等的，并将很快失效。

在你的书《能量、性和自杀》中，你写道:“为了延长寿命和避免衰老引起的各种疾病，我们需要更多的线粒体。”为什么我们需要更多的线粒体？

想想爬行动物、海龟等等。他们的预期寿命惊人。原因是它们的新陈代谢率极低。这些动物几乎不动，它们的细胞很少处于应激状态，因此它们活得很长。鸟类是另一个极端。它们的新陈代谢率比人类高得多，它们的体温更高，它们消耗更多的氧气，但是它们的寿命比同样大小和新陈代谢率的哺乳动物长得多。这似乎是因为它们有更多质量更好的线粒体，从而改善了整个系统的功能。寿命和代谢率之间的比率形成一个U形曲线。我觉得这很发人深省。

我们在这条曲线上的什么位置？

我们可能在中间。就我们的体重而言，无论与鸟类还是爬行动物相比，我们的寿命都相对较短。因为我们的新陈代谢率相当高，但是我们没有像鸟类一样的高质量线粒体。这一部分与单个线粒体的质量有关，另一部分也与线粒体的数量有关。人类肝细胞中线粒体的数量是海龟的10倍。所以这似乎意味着强有氧代谢可以延长寿命。因此，鸟类和蝙蝠对能量有很高的要求，所以它们可以飞得更高，寿命更长。今天，人类的预期寿命已经远远超过了大猩猩或黑猩猩。人类在进化的早期阶段经历了有氧代谢能力，即耐力的提高。然而，尚不清楚这是否与人类祖先在非洲平原追逐瞪羚有关。然而，与其他类人猿相比，我们的确有更强的耐力，并且可以保持更长时间的活跃。

你知道人类有氧代谢的改善何时会发生吗？

我想那是100万年前的事了，似乎发生得很早。

让我们更多地谈论复杂细胞的进化。你能告诉我们更多关于细菌和宿主细胞早期结合的信息吗？

我们仍然不确定哪种宿主细胞捕获了这种细菌，以及捕获了哪种细菌。但我已经对此有了更坚定的猜测。许多证据表明，这种宿主细胞可能是一种类似细菌的简单细胞，叫做古细菌。它没有储存DNA的细胞核，不进行有性繁殖，也不吞噬任何地方的其他细胞。然而，一个偶然的机会，一个细菌以某种方式进入细胞并成为线粒体。这个过程包括两个简单的细胞，其中一个进入另一个。真核细胞的所有特征都是在这个相互作用的过程中产生的。这意味着真核细胞的复杂性都与线粒体有关，线粒体在其中仍然发挥着重要作用。

这样，线粒体只被认为是细胞的能量来源，它们被低估了吗？

如果我们想延长人类的寿命，我们不仅要把线粒体视为细胞的能量来源，还要认识到是线粒体的出现使真核细胞变得如此复杂，并在其中发挥着至关重要的作用。线粒体对于细胞复制、分裂和死亡来说是最重要的。

那么科学家如何充分利用线粒体的功能来延长人类寿命呢？

这个问题很难回答。用高质量线粒体替代缺陷产品的最简单方法是在细胞水平引入选择机制。线粒体质量差的细胞会死亡，线粒体质量高的细胞会存活。因此，我们首先需要提高细胞周转率。锻炼和良好的饮食习惯有助于实现这一目标。蔬菜和水果有益健康的部分原因可能是它们含有促进细胞更新的毒素，与抗氧化剂无关。因此，古语“吃得好，经常锻炼”是对的，但是它对延长寿命的作用是有限的。

如果细胞不更新，细胞就不能做出选择，就会有越来越多的次级线粒体。随着我们变老，遭受各种疾病的折磨，这很容易发生。最下面的线粒体在细胞中逐渐积累，而上面的线粒体不能生长。随着这些突变的线粒体逐渐占据上风，心肌纤维将被破坏。

大脑仍然是一个非常困难的问题，但它可能提供解决问题的线索——线粒体移植。我很久以来一直想知道，神经元在出生时只有线粒体，怎么能维持120年。结果，我发现事实并非如此:干细胞实际上可以通过与神经元相连的微丝将新的线粒体转移到神经元细胞中。这听起来像科幻小说，但是如果干细胞能够将新的线粒体转移到邻近的神经元，这就相当于给它们注入了新的生命。虽然这不容易做到，但我们可能希望在再生医学中使干细胞再生，而不是直接替换旧的神经元。