【論壇平台】自由論壇NO.2:「關於老化」之跨領域討論(周成功教授專題演講)

主題:掀開老化的秘密

演講人:周成功(長庚生物醫學系)

科文計畫 ─ 北區自由論壇2011.04.12

口述/周成功  文字整理/胡心怡

老化是文明的產物

我今天講的主題是人為什麼會老?我想我們都了解人生的必經之路:生老病死。那老是不是一種病?這是一個有趣的問題,當人老的時候,反映出來的是整體生理功能的逐漸減退,伴隨而來的是生殖能力的喪失跟死亡率的增加。但是老,基本上我們科學家認為它不是一個病,因為它沒有一個特定的致病原因,但明顯的是每一個人在老的時候,我們身體所呈現出來的特徵都非常的類似,這類似的特徵是不是代表說在我們的身體裡面,有這樣一個遺傳程式,有一個program在那裏指揮,讓我們的身體隨著時間產生這樣的一個變化呢?有人認為yes,因為在動物世界裡面,鮭魚是最好的例子。

鮭魚成熟之後,要返回牠的出生地,然後在出生地產卵,產完卵以後就老死在牠的出生地,由此可以顯示在鮭魚的體內一定有一個非常精準的program,一個程式在指揮鮭魚身體的變化,包括牠的行為。但是如果我們從另一個角度來看的話,在非洲的野外會不會看到很老很老的斑馬?顯然不行,因為斑馬只要跑得稍微慢一點,稍微有個病痛,牠也許就會被獅子吃掉了;因此坦白說,只有在動物園裡我們才能看到斑馬老時身體呈現出來的特徵。所以第一個我們要了解的概念是:「老化它是文明的產物」,在原始的世界裡面你看不到很老的人,因為人的平均年齡是三十歲,所以你沒辦法看到一百歲的人瑞是甚麼樣子、他的行為是甚麼。

人為什麼會老?

那我們回過頭來看這個問題:人為什麼會老?我想我今天就從兩個非常不一樣的角度來探索這個問題。第一個角度是:生命為什麼會演化出產生老化現象的機制,用英文來說,就是why we age?我們為什麼會老?第二個角度是:我們身體在老化的過程中,到底是什麼樣的機制在運作,造成我們身體的衰老?用英文來講是how we age?這個why跟how其實意思非常不一樣,但中文翻譯常常會混為一談,在講為什麼會老之前,我想我們第一件事就是先把這個why we age?跟how we age?做一個清楚的區隔。

基因病變的累積

生物為什麼會演化出老化的機制,我們先來討論一下,在演化的過程中,身體為什麼會帶著這樣的遺傳程式讓我們隨著時間造成身體的改變?要回答這問題就得再比較不同的生物,像人可以活一百歲,但是小老鼠有非常好的照顧最多也只能夠活兩歲到三歲;我們看一個例子:杭亭頓舞蹈症。這是因為我們的基因發生了突變以後所造成的神經病變,簡單的說,這個病變是四十歲以後才會發病,最後會死亡,那我們想像今天如果杭亭頓舞蹈症讓人在十歲的時候就發病死亡的話,會有怎樣不同的結局?你十歲時就發病死掉了,你沒有後代對不對?你沒有後代所以這個病會不會在我們的社會中流傳呢?當然就不會。就是說有很多基因的病變,是我們在年紀大的時候才發作,所以在演化的過程中,這些病變就逐漸在我們物種間慢慢累積下來,等到有一天因為社會文明的進步,讓我們有機會活到五十歲、六十歲的時候,這些基因的外部效果就全部展現出來,結果就造成我們身體的衰老。

基因的副作用

另外一個理論,從演化生物學來探討就是,可能有很多基因的作用在我們年輕的時候,對我們身體有好處;但是它在幫助年輕身體運作的過程中,很可能產生一些對身體潛在的傷害,而這些潛在的傷害,到了年紀大的時候,就開始浮現。我常用一個比喻,我們中國人其實很早就知道這個說法了,因為我們常說「婦女生產之後要做月子」,老祖母也說過你年輕的時候不做月子,雖然不會馬上有病痛,但是到你老年的時候就知道厲害了,這想法其實是非常類似的。

物種投資抉擇理論

最後一個理論是在談,不同的物種在演化過程中,它所擁有的資源是固定的,那物種在演化時就要去決定,有限的資源到底要投資在哪一方面?對生物來說,有兩個重要的目標第一是,我們身體在運作的過程中會受到傷害,所以身體要修補,修補身體需要什麼?修補身體需要資源。第二就是生育,生育也是物種非常重大的投資,但是修補身體跟提早生育,這兩件事是互相衝突的,所以有限的資源你到底要把它投資在修補身體還是投資在及早生育?這是不同的物種在不同的演化過程中的一個抉擇,所以我把它稱作是「投資抉擇理論」。因此今天你如果是在野外生活的小老鼠,那在演化的過程中你要怎麼決定你投資的策略?你是要投資在把你的身體修補得很好呢?還是決定要把所有的資源投資在很快地繁殖後代?小老鼠在野外一出生,牠周圍充滿了危機,天上的老鷹、周圍的蛇、狐狸都要吃小老鼠,所以在這樣的環境下修補身體是沒有用的,因為你如果只是修補身體的話,你只會便宜了天上的老鷹,於事無補。在野外、在大自然裡,當生物處在一個危險的環境裡時,牠唯一的選擇就是在牠還沒被老鷹吃掉之前能夠繁殖後代;所以小老鼠一出生眼睛還沒張開,但牠六個禮拜之後就可以開始繁殖了。因此在演化的過程中,小老鼠讓牠的身體結構、新陳代謝…的所有事,都只為了達到一個目的:就是及早生育;所以小老鼠身體修補的能力變得非常差,再好的照顧最多只活兩歲到三歲,必然一定會死亡。從這我們就可以清楚看到,不同的生物在過去大自然的演化過程中,用了不同的策略來適應環境,跟今天在文明的世界裡是一個完全不一樣的結果。

都是氧化壓力惹的禍

第二個面向的問題就是:老化現象產生的分子機制是什麼?How we age?簡而言之,都是氧化壓力惹的禍,氧化壓力就是我們每天吃的食物在體內燃燒產生的副產物。食物在我們體內燃燒,最主要的是在我們細胞的染色體裡,食物的分子在細胞的染色體裡面燃燒,產生維持我們生命運作所需要的能量;但是在燃燒的過程裡,食物內高能量的電子在傳遞的過程中,會釋放出供應細胞運作所需要的能量,但是電子在傳遞的過程中很容易,而且幾乎是無可避免地一定會碰到氧,電子一碰到氧就產生氧的自由基,氧的自由基有很高的破壞力,因為它的化學性質非常活潑,所以它會攻擊細胞裡面的組織。雖然我們有很好的防衛系統去清除氧的自由基,有很好的修補系統去把自由基產生的身體對細胞的破壞,把它復原,只是百密終有一疏,那疏失之處所造成的傷害累積,我們現在認為很可能是造成我們身體老化最重要的一個原因。

少吃一點長壽一點但要持之以恆

如果我們同意氧化壓力是造成老化的原因,那下面的事就變得非常簡單了。氧化壓力是食物燃燒的副產品,但是怎麼讓它減少?最簡單的方法就是少吃一點;食物少吃一點,那食物燃燒就少一點,自然產生的氧化壓力就少一點。之前差不多七十幾年前約1936年就有做一個非常有名的實驗:發現減低每天熱量的攝取在老鼠身上的確可以延長牠的壽命,我們可以看到,如果牠吃得很好,一個禮拜140卡的熱量,牠的平均年齡大概是25、26個月;如果你把熱量的攝取從140降到它的三分之一的話,老鼠的平均壽命可以從26、27個月增加到40個月。這是一個非常清楚的結果,只是對老鼠可以,那對高等生物行不行?這實驗在威斯康辛做了差不多將近25年。我們來看看這兩隻猴子,你們覺得哪一隻比較老?大家都覺得是這隻,毛都快掉光了…其實這兩隻猴子年紀是一樣的,那為什麼兩隻年齡相似的猴子在外觀、在行為上有如此大的不同?其實我們看牠吃的東西大概就會瞭解為何有這差異了。

如果我們少吃一點就能讓壽命延長,那大家會不會問我過去都是大魚大肉,今天才開始奮發圖強會不會太晚?有一個果蠅的實驗很有意思,果蠅如果讓牠吃得很好,你看隨著年齡牠的死亡率直線上升,如果讓牠挨餓,隨著年齡牠的死亡率上升的幅度很明顯比吃得好的來的小;重要的是在第19天的時候,讓吃得很好的果蠅挨餓,你可以看到牠的死亡率立刻下降,反之亦然,你如果一直在挨餓死亡率很低,有一天你突然大澈大悟覺得人生苦短為什麼要這麼難過,開始大魚大肉,死亡率立刻就上升,所以下面這句話很重要,必須持之有恆才不會功虧一簣,這是science2003年的paper。

秀麗線蟲的實驗,青春永駐的可能?

壽命長短跟基因到底是什麼關係?是現在很熱門的科學研究課題,科學家專注找尋會影響壽命長短的基因,用的模式生物最重要的一個叫做秀麗線蟲。這個蟲全身大概0.5milemeter,959個細胞,可以使細菌維生,在攝氏20度c大概活20年。正常線蟲的壽命曲線是這樣子,但是我們只要把線蟲的這個基因破壞了,牠的壽命曲線就立刻幾乎可以延長兩倍到三倍,那我們說這個基因人有沒有?人當然有。這個基因是甚麼呢?是大家非常熟悉的胰島素受體,是接受胰島素訊號改變細胞新陳代謝的一個很重要的蛋白。因此,當我們對這個老化的過程,對它的控制有了了解以後,科學家就在想:那我們能不能夠用藥物,讓我們不需要挨餓也可以達到同樣的延長壽命的效果?這也是現在另外一個非常當紅的研究課題。

老化的挑戰

老化研究真正的挑戰是甚麼?我們剛剛跟大家討論的都是老鼠、要不然就是線蟲,但是在演化過程中,老鼠的投資策略跟我們人的投資策略是不一樣的,因為投資策略不同,造成今天我們的身體已經非常不一樣了,所以能夠在老鼠身上有效的改善牠、延長牠壽命的方法是不是對人也同樣有效?這其實是一個大的問號,這是第一個挑戰。第二個挑戰是,人類老化不是全身一起老化,我們最大的問題是我們的大腦跟我們的心臟,大腦、心臟的老化,而不是身體其他的器官。因此在針對人類老化的問題,要針對或解決或真正要試圖改善的是,在老的時候至少不要老年痴呆症,或者說心臟有什麼問題,這是在我們整個老化研究所碰到的挑戰。

所以簡單的說,今天我們科學家對基因了解很多,也了解基因對生物的影響,但這些坦白講,都只是讓我們了解現今所碰到的問題。在這樣基因的時代裡,當我們去面對老化社會時,光只有了解是不夠的,我們真正還需要有更多的智慧,才可以幫助我們去面對文明帶來的老化社會的問題。我想我今天就講到這裡。

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1 Response

  1. Adam 說:

    我開始要少吃點了!

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