澳大利亚皇家墨尔本理工大学研究团队:运动可通过增加端粒酶活性,保护染色体端粒长度,从而减少年龄相关的疾病和衰弱,延长健康寿命。

  一架飞机的寿命有二三十年,约35000次飞行,听起来很酷。事实上飞机每一次飞行,巨大的压力都会导致零部件磨损。严重的磨损会直接影响飞机的稳定性,威胁着飞行安全。

  就像没有完美的机器,人体也会在日复一日中出现“零件磨损”。为维持人体组织器官的正常功能,大部分细胞会不断复制再生,细胞中的DNA也会在不断复制中受到损伤。

  然而,DNA作为人类的核心密码被设计得非常精妙,由DNA链组成染色体的末端有一段重复的DNA序列,被称作染色体端粒(见图1),可保护DNA免受损伤。不幸的是,随着年龄的增长,染色体端粒也不可避免被逐渐磨损,从而驱使着炎症物质的释放,导致一系列年龄相关的疾病和衰弱发生。

图1. 染色体端粒示意图

图1. 染色体端粒示意图

  为了克服端粒磨损带来老年疾病,科学家们探索了包括基因疗法的诸多研究方向。但截止到目前,基因疗法的应用还有很长的路要走。有趣的是,部分科学家另辟蹊径,发现运动员较久坐人群的染色体端粒更长,推测运动可能是一种简单有效的端粒保持方法。

  来自澳大利亚皇家墨尔本理工大学健康和生物医学科学院的研究团队对运动是如何发挥端粒保护作用的原理进行了探索。该研究发表在《衰老研究综述》(Ageing Research Reviews)杂志上,结果表明,在啮齿动物和人类中,单次和长期运动均可增强端粒酶的活性,实现端粒保护作用,增强DNA修复。该结果从更深层次解释了运动可抑制随时间流逝对端粒的破坏以及年龄相关性疾病的发生发展。

  保护染色体端粒的端粒酶

  为了探索运动是如何实现端粒保护的,研究人员严格筛选了1700项关于运动对人类和啮齿类动物端粒酶影响的研究,最终纳入24项高质量的研究进入分析。从这些研究中,研究人员最终提取了两个关键的测量指标:①端粒酶(对维持端粒长度发挥重要作用的一种酶)的活性;②端粒逆转录酶(简称TERT,属于端粒酶的组成部分,TERT含量与端粒酶活性有关)的含量。

  单次运动可增加端粒酶活性以及TERT含量

  为了解需要多少运动量才能刺激端粒酶活性,研究人员分析了一场体育运动是否能增加端粒酶活性以及TERT含量。结果发现,单次30到35分钟的低到中等强度运动即可增加白细胞和心肌中的端粒酶活性以及TERT含量(详见图2)。

图2. 单次运动可显著增强端粒酶活性和TERT含量

图2. 单次运动可显著增强端粒酶活性和TERT含量

  长期运动同样能增加端粒酶活性以及TERT含量

  研究人员接着分析了长期运动对端粒酶的影响,结果发现在更多人体组织(除骨骼肌外)中观察到端粒酶活性以及TERT含量的增加。不同组织中,运动对端粒酶激活的程度不同(详见图3)。

图3. 长期运动可改善TERT含量和端粒酶活性

图3. 长期运动可改善TERT含量和端粒酶活性

  长期的端粒酶激活导致运动员端粒更长

  为明确耐力运动员的端粒更长是否与端粒酶活性增加有关,研究人员分析了不同年龄段耐力运动员的端粒酶活性,结果发现,20-50岁左右的耐力运动员的端粒酶活性和TERT含量均大幅高于久坐人群,年龄在70岁左右的高龄运动员中则没有观察到该结果(详见图4)。综上所诉,在70岁之前,随着运动时间的延长,端粒酶活性和TERT含量会持续增加,从而延长端粒的长度。

图4. 耐力运动员表现出更高的TERT含量和端粒酶活性,但随着年龄的增长而降低

  图4. 耐力运动员表现出更高的TERT含量和端粒酶活性,但随着年龄的增长而降低

  维持“端粒长度”的多种手段

  研究人员回顾了当前1700项有关运动对端粒酶活性影响的文献,发现运动可促进端粒酶的激活,长期的端粒酶激活可帮助端粒维持。然而,新的问题浮出水面——即人类维持端粒长度的最佳运动量还不明确。此外,对于老龄特别是年龄超过70岁的人,如何维持端粒长度仍是当下难题。

  由于可维持端粒长度以抑制衰老的基因疗法仍在探索阶段,所以尽可能规律运动是目前人们保护端粒的合适手段,这将有助于减少随年龄增长出现的一系列疾病。

  此外,得益于科学家们多方面的探索,当前的衰老抑制剂NMN(全称β-烟酰胺单核苷酸,是人体合成NAD+[烟酰胺腺嘌呤二核苷酸]的前体)被发现可通过增加Sirtuin(去乙酰化酶,俗称长寿蛋白)活性来实现端粒保护。Sirtuin与端粒长度是互相影响的,一方面端粒受损可导致Sirtuin活性下降,反过来Sirtuin活性下降会进一步降低对端粒的保护。NMN可通过增加NAD+水平,来提高Sirtuin活性,从而达到端粒保护的效果2。2022年1月,中科院的一项研究结果显示,口服NMN可以使人类的端粒长度加倍3。

  一架飞机可以经过很多次的修补来延长使用寿命,人体端粒的磨损同样能够依靠锻炼或衰老抑制剂来修补。减少磨损、保护“端粒的长度”,从另一种意义上来说就是保护了“生命的长度”。

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