逆转衰老、回拨生命时钟的神奇研究

学术   健康   2024-09-21 11:02   上海  


高压氧疗法(HyPerbaric oxygen theraPy,HBOT)是在高压环境下,呼吸纯氧或高浓度氧来治疗缺氧性疾病的方法。过去高压氧常用来治疗一氧化碳中毒、煤气中毒、伤口不愈合,以及帮助自杀未遂的人恢复脑功能等。最近,以色列医生研究发现:间歇性的高压氧还可以逆转衰老!相关研究论文发表于《衰老》(Aging)杂志。


衰老是一种正常的生理功能退化,从细胞水平上说,衰老与关键标记物DNA端粒缩短有关。


图1


我们有23对染色体,每一个染色体的顶端都有一个小帽子,这就是DNA端粒,如图1所示。我们可以看到染色体顶端有一个深色的小帽子,而这个小帽子随着我们年龄的增长,随着细胞再生周期的不断推进,它会不断地缩短。


图2


在我们出生前,实际上DNA的小帽子就开始形成了。图2中黑色的线代表DNA端粒长度的变化情况,当我们出生以后,端粒长度是15 kb(1kb=1000碱基),也就是15000个碱基形成的一个小帽子,儿童时期端粒迅速缩短到13000个碱基左右。之后随着年龄的增长,端粒每年减少大约20~50个碱基。最后到超老龄的时候,比如说90岁、100岁的时候,端粒长度大约只有8000~10000碱基左右。这个时候,细胞就进入停止增长期,干细胞不再繁殖和复制。此时也意味着细胞开始凋亡,形成碎片,最后被免疫系统清除掉。


维持端粒很重要的一个物质叫端粒酶(Telomerase),端粒酶活性在我们出生以后就开始迅速下降。如图2所示,蓝色折线代表端粒酶活性的变化,蓝色箭头标志着64岁老人的DNA端粒酶活性和DNA端粒长度都已经缩短到接近终末期了。


研究方法


研究对象是64岁及以上的健康老年人,接受60次的高压氧治疗。每次治疗时间为90分钟,以吸氧20分钟、休息5分钟间歇进行,一周5次,持续三个月。研究人员采集他们在基线、第30次、第60次治疗和治疗结束后1~2周的全血样本,观察外周血单核细胞(PeriPheral blood mononuclear cells,PBMCs)的端粒长度和衰老情况。


结果发现,高压氧治疗后,辅助性T细胞、细胞毒性T细胞、自然杀伤细胞和B细胞的端粒长度显著增加20%以上。最显著的变化是B细胞的端粒长度在第30次、第60次治疗和治疗结束后分别增加了25.68%±40.42(P=0.007)、29.39%±23.39(P=0.0001)和37.63%±52.73(P=0.007)。


图3 DNA端粒延长了


由此可见,高压氧治疗后端粒长度平均延长30%左右,这意味着它把我们的年龄逆转了25岁,也就是说把我们的生命时钟回拨了25年。图4中展示了染色体端粒长度在治疗前后的变化。从中可以看到,和基线时相比,高压氧治疗后端粒延长到了1.38,也就是延长了38%的长度。


图4


高压氧治疗不仅延长了DNA端粒的长度,同时还清除了部分衰老细胞。辅助性T细胞、细胞毒性T细胞等的衰老细胞下降了25%~30%左右(图5),意味这些细胞不再继续衰老了,或者这些衰老的细胞消失了。


图5衰老的细胞减少了


背后道


为什么间歇性的高压氧可以延长我们的寿命,延长DNA端粒长度呢?



缺氧与高氧的悖论


首先,这是缺氧和高氧的悖论,在真实世界或者科学研究中,动物研究和人类研究都发现DNA端粒损耗、缩短是和氧自由基及微炎症相关的。也就是说,如果身体里有大量的氧化反应,有氧自由基,它会破坏细胞,让我们的DNA端粒快速缩短,比如说一般而言DNA端粒每年可能缩短20~40个碱基,而如果有氧自由基的大量产生,每年可能消耗70~80个碱基,也就是端粒缩短的速度更快。抽烟、压力过大、不健康的饮食、静坐不动以及肥胖等都可以持续增加氧自由基的产生,还会导致微炎症。

在科学研究和日常生活中发现,运动(特别是高强度的间歇性运动),可以一过性地增加氧自由基,而且也开始产生微炎症,比如炎症因子白介素6(IL-6)上升。但随后令人吃惊的是,机体的抗氧化能力和抗炎能力马上就被调动起来了,比如说具有抗炎能力的白介素10(IL-10)水平升高。也就是说,一过性的刺激可以诱导机体产生抗氧化因子、抗炎因子,发挥清道夫的作用。这就是缺氧和高氧的一个悖论。所以间歇性的高压氧,在吸氧过程中,实际上刺激了机体的氧化反应,或者增加了氧化。但是随后我们的机体调动起抗氧化能力,可能持续1~2天,甚至更长时间,来保护我们的DNA端粒,保护我们身体的其他组织。



衰老细胞


衰老细胞实际上是指 DNA端粒缩短到一定程度以后,细胞失去了保护作用,就停止复制和增生。这是生理上的保护机制,以免出错。这些衰老细胞会迅速启动凋亡机制,形成碎片,并被免疫系统清除掉。但是随着我们年龄的增加,这些衰老细胞的清除能力实际上是下降的,即自噬能力下降。此时,衰老细胞堆积会分泌出一系列的衰老因子去影响周围的细胞,所以衰老是一个连锁反应。目前有科学家正在尝试用一些抗癌药靶向清除这些衰老细胞。

动物实验已经证实:如果能快速地清除衰老细胞或者减少衰老细胞的堆积,也可以促使我们年轻化,特别是阻止衰老。科学研究证据表明,锻炼、间歇性的缺氧和吸氧,可以诱导衰老细胞迅速凋亡,诱导免疫系统加快垃圾的清除。同时,间歇性高压氧可以延长DNA端粒长度,让细胞生命时钟回拨,减缓或者是逆转衰老。我们可以想象这是一个双重的作用,让老年人恢复到年轻的状态。



HIF


还有一个原因是缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIF),在我们缺氧的时候,可以恢复组织再生,产生新生的血管、新生的表皮,然后去诱导干细胞再生,恢复神经细胞功能,加强线粒体的有氧代谢。所以HIF增加可以诱导后面的一系列反应。而在高压氧治疗下,HIF的水平是上升的。

端粒是DNA的高度重复序列,5’-TTAGGG-3’重复2500次。婴儿出生的时候,我们大约有13000~15000个碱基,老年的时候可以缩短到最少4000个碱基,但是一般到8000个碱基时我们的细胞就停止再生,进入到衰老状态。而且男性端粒缩短的速度比女性要快。


端粒的长短决定种系间的差别,但并不是说端粒越长,寿命越长。老鼠的端粒长度比人长得多,但它消失得也更快。从细胞水平来看,同一种系内部应该是端粒越长,寿命越长,端粒消减得越慢,寿命越长。


高压氧治疗前景


过去高压氧治疗的都是一些比较简单的适应症,比如煤气中毒、伤口不愈和放射性损伤、缺血性疾病。当出现了一氧化碳中毒时,高压氧是一个非常好的方法,它可以治疗和保护缺氧器官。另外,高压氧对突发性耳聋、神经性耳聋、脑卒中、脑创伤和认知障碍也有一定的疗效。


端粒的长度是跟我们的遗传因素有关,而端粒消耗跟我们的生活方式有关,比如说抽烟、心情不愉快、压力非常大,那么碱基的消耗会比较快。相反,如果我们经常锻炼、健康饮食、有愉快的心情,那么消耗就慢一些。锻炼方面,现在已经发现高强度运动、间歇性运动,包括跑马拉松、长跑,可以延长大约5%的DNA端粒长度。但是5%并不是一个特别显著的效果,在本研究中60次间歇性的高压氧可以将端粒延长25%,意味着延长了我们25年的寿命,这是让人非常吃惊的。


DNA端粒的长短并不是寿命的决定因素,消耗的速度是关键,所以对我们人类来讲,首先要有好的生活习惯。该研究表明,高压氧不但阻止了端粒的消耗,而且把端粒延长了,也就是逆转了衰老。同时有大量的研究证明,如果我们的端粒缩短,患癌的风险就会增加。所以要保护好我们的DNA端粒。


这项研究介绍了一个逆转衰老的方法,如果我们国家的科学家可以重复出同样的实验,甚至是用病毒感染的病人、肿瘤患者,以及一些自身免疫性疾病的病人进行这样的研究,证明它可以调节免疫,可以令衰老的免疫系统,以及其他的系统,如神经或者心血管系统重返年轻的话,这将是对人类做出的巨大贡献。


参考文献:Aging 2020;12:22445-22456


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