衰老的生物學理論

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ACSM老年人科學運動健身

Wojtek J.Chodzko-Zejko

大量理論反映了人類衰老的高度複雜性，但其主要特徵為潛在的生物機能衰老。儘管許許多多研究人員一直在努力[13–15]，但是幾乎沒有在單一的生物老化的統一理論上取得重大進展與共識。令人欣慰的是，事實似乎越來越清晰地表明，引起衰老的原因不單是某個容易識別的機制，而是由於不同機制的綜合作用。

若要詳細總結衰老理論，就會超出本章的範圍。然而，概述已經提出的理論類型也很有用。在眾多理論中，萊昂納多·海弗利克提出的分類方案[16]最為突出，他認為衰老理論可以細分為三個主要類別：細胞衰老理論、遺傳衰老理論和控制衰老理論。海弗利克同時提醒，這些理論並不相互排斥，許多相似的機制可能同時有效。

01

細胞衰老理論

細胞衰老理論關注於退化病變，注重分析報告的微觀層面。細胞衰老理論中最常提出的機制之一是自由基氧化[13]。自由基是一種外圍帶有不成對電子的氧分子。奇數電子的外殼使自由基分子高度不穩定，自由基會試圖與其他分子爭奪電子以達到穩定。然而，這個過程會導致創建另一個自由基，並且可以引發一系列的破壞性氧化鏈式反應，進而導致成千上萬種其他問題。在健康人體中，自由基與一系列的混合功能氧化酶類共存，來中和他們的破壞性影響。

衰老與疾病的發生，常常使自由基和混合功能氧化酶之間的平衡狀態中斷。這種平衡被破壞，可能是由於各種內部生物變化及環境因素變化引起的，如暴露於輻射和化學致癌物中。有證據表明，衰老造成的混合功能氧化酶降低，會干擾生物平衡並且會導致自由基增加物理攻擊的可能性。自由基的損害歸結於膠原蛋白和彈性蛋白的結構變化、DNA的破壞和漸進崩潰的免疫系統。

比約克斯滕理論[17]提出，細胞的老化是由細胞結構的損壞引起的（與年齡相關），細胞結構發生損壞的表現為相鄰分子間的交聯。相鄰分子的交聯改變了原有的結構，其結果常常造成功能損害。交聯破壞了細胞結構之後會引發DNA損傷、細胞突變，最終導致細胞死亡。比約克斯滕理論表明，交聯的形成是大多數與年齡相關的細胞衰老變化的源頭。他進一步指出，由於自由基是有效的交聯劑，自由基氧化理論可以被認為是一個特殊的實例。

02

遺傳衰老理論

從同卵雙胞胎的研究來看，相當多的證據表明，很大一部分與年齡相關的變化可以歸因於遺傳機制[18,19]。俄羅斯科學家梅德韋傑夫提出，漸進破壞DNA序列的隨機突變是導致衰老的原因[20]。DNA序列的丟失將導致細胞的繁殖能力下降，並影響整個生命周期內的持續再生。

萊昂納多·海弗利克[16]指出，遺傳控制衰老不僅是隨機發生的突變，細胞死亡還似乎是由於一種程序有意將一系列事件寫入了遺傳密碼。海弗利克表示，人工培養的人類和動物細胞只表現出有限的繁殖能力。「海弗利克極限」已在大量物種實驗中得到再現[21]，有力地揭示出細胞年齡是有序的。然而，這項研究未能識別出一種單一機制來衡量細胞的破壞和死亡。

近年來，大部分研究都集中於染色體端粒在生物衰老調控中的作用上[22–24]。染色體端粒是脫氧核糖核酸的一部分，它能夠保護染色體免受惡化。歐樓弗尼可夫理論表明，衰老與端粒系統的縮短有關，它導致細胞的繁殖能力下降[25]。2009年，伊麗莎白·布萊克本、卡羅爾·格蕾德和傑克·紹斯塔克因解釋了染色體端粒如何影響人體細胞的生存能力而獲得諾貝爾生理學/醫學獎；他們為一些潛在的人類衰老機制提供了深刻見解[26,27]。

03

控制衰老理論

第三種理論試圖從特定生理系統功能的角度來解釋衰老；生理系統是控制我們身體應對壓力的關鍵。以免疫系統為例，有充分的證據表明隨著年齡的增長，免疫系統的質量與數量在應對壓力方面是逐步下降的。老年人不僅細胞活性顯著下降，也更容易出現自身免疫性疾病。

控制免疫系統的是一系列複雜的基因，被稱為「主要組織相容性複合體（major histocompatibility complex，MHC）」。MHC是治理抗原的表達式，或化學標記。它標記每個細胞，記憶身體位置，拒絕外來細菌的入侵。MHC的完整性已被證明會伴隨年齡增長而惡化。有趣的是，MHC不僅控制免疫功能，它也負責混合功能氧化酶類的基因表達，如前所述，保護細胞免受自由基氧化傷害。MHC的免疫功能表明，我們體內的監管系統對細胞、基因和衰老控制理論提供了重要關聯。

免疫系統不是控制衰老過程的唯一監管體系。近年來，專家也一直在注意內分泌和神經認知系統在控制人類衰老上的重要性。未來的研究可能還會發現更多的控制系統在分子、細胞和系統水平上對衰老有重大的調節作用。

概括地來看，目前已知的影響衰老的生物機制足以證明，衰老是一個極為複雜的過程。在這個過程里，多種生物機製作用於人體的分子、細胞和系統水平，使得衰老不可避免地造成身體對內在和外在刺激的適當反應能力下降。由於從表面來看，生物衰老受到了許多冗餘機制的影響，因此在可預見的未來，我們不能指望實驗科學會帶來奇蹟般的抵禦衰老的方案。

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