长寿梦想的“天梯”

2009年的诺贝尔生理学或医学奖，让端粒和端粒酶成了生物科学史上的“明星分子”。瑞典皇家卡罗林斯卡医学院宣布，将年度诺贝尔生理学或医学奖授予伊丽莎白・布莱克本、卡罗尔-格雷德和杰克・绍斯塔克，以表彰他们在端粒和端粒酶领域作出的贡献(图1)。

认识端粒和端粒酶

汉代大文学家司马迁说过：人固有一死，或重于泰山，或轻于鸿毛。所谓生死交替，生生不息，本来就是大自然的正常规律。但人类作为万物之灵长，自有与飞禽走兽不同的特质，总要把生老之谜弄出个所以然来，追逐长生不老的梦想。端粒和端粒酶的发现，似乎使人类找到了实现这一梦想的“天梯”，或许在不久的将来，人类果真可以仙福永享，寿与天齐!

端粒最早是由赫尔曼・缪勒(1946年的诺贝尔生理或医学奖获得者)命名的。20世纪30年代，缪勒发现被x射线打断的果蝇染色体末端极不稳定，提出染色体末端结构可能是为了维持染色体结构的稳定性和完整性，并将希腊文末端“telo”和部分“meros”合成新词“telomere”，命名为端粒。遗传学家芭芭拉・麦克林托克女士(1983年诺贝尔生理或医学奖获得者)在40年代研究玉米染色体时也提出，断裂的染色体末端处经常发生粘连或融合，而末端未断裂的染色体不会发生这种情况。但当时尚不能解释染色体末端的作用机制。

直到1978年，美国科学家伊丽莎白・布莱克本及其同事发现，不同种属的端粒序列极其相似，均由富含G和T的简单序列重复而成。这些重复的简单序列与结合在其上的蛋白质，构成了生物染色体的“末端保护帽”――端粒(图2)。它保护染色体DNA免受外界因素的影响，同时将基因组包裹在内，防止了遗传信息的丢失，维护了染色体结构和功能的完整性。形象地说，将染色体比喻成鞋带，端粒就好比鞋带两端的塑料套，保护鞋带(染色体)不受磨损(缺失)。

端粒还有一个重要的结构规律，即在复制起始处需要有一定长度的RNA作为引物；复制完成后，引物被切除。这样，染色体DNA的末端就随着细胞分裂而不断缩短。然而天无绝人之路，科学家在动物的细胞提取液中发现了一种酶活性成分，能往染色体末端添加重复序列，这种活性成分就是端粒酶。

端粒酶主要包括RNA、催化亚基和端粒酶相关蛋白3个部分，具有逆转录酶活性，能以自身RNA为模板合成端粒DNA。

端粒与衰老和疾病

有个生物学概念：Hayflick界限，即正常体细胞在体外培养过程中，都有一定的寿命界限；它们的增殖能力达到这一界限时，即会启动“程序性细胞死亡”。联系细胞衰老和染色体端粒，Olovnikov等人认为，随着细胞的分裂，端粒逐渐变短，当其缩短到一定程度，细胞就走向了衰老。

随后，端粒作为“生物钟”控制着细胞的分裂次数这一观点，逐渐为大多数科学家所认同。即细胞每分裂一次，端粒就缩短一些。缩短到一定的“临界值”，端粒长度不能维持细胞分裂了，细胞就会停止分裂，生物体便走向了衰亡。

有人可能会质疑，端粒酶不是可以产生端粒吗?不错的。但是，事实不如我们想像的那样完美。以人体细胞为例，其细胞中的端粒酶合成端粒是在胚胎期完成的，胚胎发育之后，端粒酶的活性在大多数体细胞中就消失了；只有在延续人类生殖的生殖细胞和其他几种细胞，比如造血干细胞中，端粒酶才有活性。所以，人体大多数体细胞还是受端粒这一“生命时钟”控制的。

进一步研究端粒与疾病的关系，也验证了端粒和细胞寿命的关系。例如，许多阿尔茨海默病(老年痴呆症的一种)、癌症、先天性再生障碍性贫血等的患者，细胞端粒长度都有一定的变化。阿尔茨海默病患者的神经细胞发生退行性变化且细胞寿命缩短，同时可发现其海马神经元中端粒长度有明显缩短。癌症则正好相反，在多数癌细胞中，端粒酶活性异常增强，使端粒长度得以保持或延长，于是，癌细胞就得到了“永生”，不受控制地恶性生长。

端粒和端粒酶使我们对癌症有了新的认识。目前，人们已经从多个方面来抑制癌症细胞端粒酶活性，如阻断端粒酶RNA模板作用，抑制端粒酶催化亚基功能，等，以期找到一种从根本上治疗癌症的新途径。

结语

所谓生死有命，如能健康工作五十年，不以香烟为瘾，不以醇酒为伴，生活规律，适可而止，寿终正寝。亦不失为一种处世的泰然。想当今肺癌高发，酒精肝横行，正是人类生活不节制所致恶果，如不加限制，珍爱生命，哪怕是神仙也救不了你。

端粒和端粒酶的发现，对生命科学发展做出的巨大贡献，是其为生命细胞引进了时间参数，解释了细胞寿命的界限，让人们从根本上认识了一些疾病的机理，并为治疗和诊断疾病提供了新的方法。相信随着科技发展，许多生命科学的未解之谜终会为智慧的人们所认识。而随着生命科学的发展，人类的寿命会得以延长，人类必将更加长寿、健康和快乐!