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第一集
生命解碼-人體的藍圖
第二集
破癌解謎-組織嚴密的疾病
第三集
追尋人的根源-人類藍圖
第四集
生命時鐘之謎-老化死亡的計畫
第五集
打開潛力之鎖-人類思想的藍圖
第六集
打開潘朵拉的盒子


生命時鐘之謎-老化死亡的計畫
早衰症染色體 維爾納氏症候群DNA 螺旋脢過氧化物過氧化物歧化端粒


早衰症(Premature senility syndrome)
約翰塔凱特今年九歲,臉和雙手卻有老化的跡象,他患了早衰症,患這種病的人,每年老化五至十歲,每年世界各地這些同病的兒童齊聚一堂,來這婸E會的病童,大約有二十個,這些同病相憐的兒童,他們的家人彼此關懷勉勵。

由於基因研究的進步,早衰症的起因漸漸地顯明了,也使得人何以會老化這個亙古謎團露出曙光。由於基因科學的發展,使人類可以揭開生命結構之謎。

老化一直被視為是自然現象,現在我們知道基因在老化過程上扮演要角。自古以來人類就夢想能夠長生不老,大約西元前三百年,秦始皇聽信徐福的話,厚賜鉅金令他出海,尋找長生不老之靈藥,然而徐福一去不回。

在21世紀前夕基因科學,會圓人類長生不老之夢嗎?德州大學的研究發現,能夠延長人類細胞的壽命。基因藍圖在老化死亡過程中的角色,這堶悼i以看得到實現長生不老夢的線索。

位於熱帶的沖繩島,在日本的最南端,島民的長壽舉世聞名,島上的百歲人瑞比率,在日本首屈一指,沖繩有許多高齡島民,仍然工作不懈。 下治初是沖繩島的一名女性,今年88歲,她紡織宮古上布的技術,已被視為無形的文化資產,把橫紗編入一千多根直紗,精確地交錯形式,她要編織複雜的設計,每個月都有阿治的小學同班在她家開同學會,暢談歡樂的童年跳豐年舞打開話閘子。阿治的同班同學如今都有88歲了,他們的基因堥s竟有什麼長壽之秘?

20年來琉球大學的鈴木真教授,對沖繩島大約六百位百歲人瑞作過研究,研究他們基因堛滲絞K,結果發現這些人瑞的基因,染色體有一個共同的特性。


染色體
一個細胞有23對染色體,從父母各遺傳一個,這些染色體按長度編號,把46個染色體,看作46個基因譜。免疫基因堛熔6對染色體,有一個共同的特性,能抵抗滋生疾病的微生物,這類基因大致上有18類,我們從父母各得一個。 阿治這一班同學十分之三,帶有沖繩人瑞的特性。

DR-1型這個基因對細菌入侵,迅速地反制;但是DR-9型,並不受歡迎,假如帶有這一型就容易,罹患風濕症一類的疾病。顯然沖繩島的百歲人瑞,身上的基因包括DR-1,卻不含DR-9,就是說他們的基因組合有抗病力,長壽的秘訣不僅在免疫基因堙A找長壽基因的行動正在全世界展開。

世界上活得最長的紀錄是122歲,是住在法國亞耳的珍喀爾曼,她於1997年去逝,珍的父親享年90,母親也有93高齡。達文西大學的方斯華夏赫特教授,一直研究法國百歲人瑞的基因,包括珍在內的人瑞,既健康又活躍,19號染色體、APO-E基因,除了免疫基因以外,他還發現19號染色體內,與腦功能有關 有共同特性的基因。

人是否容易患阿茲海默症,跟貝他類澱粉這些有關係,一般認為阿茲海默症是由於一種纖維狀的物質,不易溶解而黏住腦細胞,導致細胞死亡。E-2型蛋白質阻止這種物質黏住腦細胞,防止患阿茲海默症,但是E-4型不能。夏赫特教授 認為,得父母遺傳E-4型基因,篤定會得阿茲海默症,有兩個第4型基因者,可能會提早開始癡呆,例如本來是80歲,卻提早在70歲開始,相反地有第2型基因的人,就不會罹患阿茲海默症,即使發病也會在晚年。珍的的基因組合,屬於2,3型,這種組合使她免於患阿茲海默症。

長壽又有活力者的基因,還有其他共同的特性,顯然百歲以上的人瑞,有一種基因使他們免於罹患動脈硬化(Arteriosclerosis),或者有酵素基因防止他們患白內障(Cataract)或癌,這些研究顯示,並沒有長壽的特別基因,長壽者只是有許多使他們免於患病的基因。無論壽命多麼長,人總免不了老化死亡,據說人的壽命極限,大約是120歲,就像珍喀爾曼。到底是什麼,使人難圓長生不老夢? 維爾納氏症候群(Werner's symdrome) 導致過早衰老的病有若干症狀,最近終於發現引起這種疾病的基因,使得這種病的治療有所突破。


維爾納氏症候群(Werner's symdrome)
導致過早衰老的病有若干症狀,最近終於發現引起這種疾病的基因,使得這種病的治療有所突破。。

丹尼爾亨利今年43歲,在巴黎近郊地區獨居,他罹患早衰症,叫做維爾納氏症候群。這種症候群症狀發生較晚,在30歲左右發作,病人開始以正常老化的兩倍速度衰老。丹尼爾喜歡騎機車,是運動型的人,他25歲時症狀發生,他是電器技工,發覺手臂大腿失去知覺,他看了好多家醫院,但是病因仍是個謎,終於在31歲時診斷為早衰症。他的雙腿漸漸失控,好幾次差點摔落屋頂,到後來失業了,他腳部的血管老化,潰爛而壞疽,終於有一部份要切除,同居的女人也離他而去。

丹尼爾從未放棄治療,為了對研究有點幫助,他送血樣給西雅圖和沖繩的研究中心,終於發現導致病變的基因。美國西雅圖華盛頓大學的喬治馬丁教授,從事維爾納氏症候群的研究,他從世界各地蒐集血樣,想找出基因堛漲@同因素,丹尼爾的血樣也送到馬丁教授那堙C


DNA 螺旋脢 (酵素)

1996年馬丁教授終於發現了致病的基因,共同因素就是第8對染色體的基因突變,如果從父母遺傳到這種基因,就會防礙某種蛋白質產生,人體在解開DNA雙螺旋時,需要這種蛋白質酵素,當DNA之間有相似的字母組合時,字母可能會交換位置,DNA就不能適當運作,簡單地的說就是DNA受損。這種酵素可以解開錯誤的連接,以防止DNA受損,不過這種酵素若因為突變失效,損壞的狀況會累積。

丹尼爾的快速衰老被認為是DNA損壞的快速累積,現在真象大白,就因為損壞累積,粉碎了人類長生不老的夢。其實即使是健康者的DNA,每天也有損壞。


過氧化物
身體要產生能量就需要氧氣,氧經由呼吸進入體內,傳到各個細胞,然後引起細胞內的線粒體(Mitochondria),起化學作用而產生能量,這個過程堮韘陪蚚B外的電子,而且不穩定。

氧這時候的狀態叫做過氧化物,過氧化物把電子推入細胞組織埵虓l壞細胞,過氧化物進入細胞核,妨礙DNA的功能,因此而導致的DNA損壞每天會在一個細胞的幾千個地方發生。不過DNA自身精巧的結構,防止了損壞後立即致命,方法是產生酵素來修復損壞。

DNA能產生酵素修復損壞,也就是自行療傷,不過並不能完全恢復,損壞狀況會積少成多。監視酵素的角色是發掘仍有多少殘存的傷害,當監視酵素判斷不能修復時,就命令破壞性的酵素把該DNA切除掉,這就是自毀,簡單地說就是細胞自殺。DNA受損的細胞會自殺,以免危害到整個身體。

20多歲的人腦如果細胞死亡,腦細胞減少,功能退化;80多歲的人腦,心肌堛熔茩M若減少,循環全身的血液會不足,就會引起身體老化。假如能減少損壞的DNA,這個導致老化的禍首,是否就能減緩老化過程?


SOD(過氧化物歧化)
中村善英住在日本沖繩島,雖然已經80多歲,仍然每天下海打漁。善英用沖繩島傳統的古法,不用裝備潛水打漁,而是在珊瑚礁上架網,只靠一根長竿趕魚入網。會用傳統古法打漁的人已經寥寥可數,沖繩島稱打漁的人為"海男子",意思是屬於大海的男人。當海男子要會觀察潮汐,了解魚類的習性,還要體力足、耐性夠,從破曉持續到天黑。

琉球大學正在研究善英的細胞被過氧化物破壞的數量,人愈老損壞部份愈大,在沖繩島像善英這種老人,這種細胞損壞很少。研究人員認為這現象有個原因,就是第21對染色體產生的酵素,強力地防止這種損壞。

這種酵素可視為DNA的防護單位,把過氧化物的額外電子除去,如此一來DNA的損壞減少,防止老化。這種酵素的力量因人而異,顯然包括善英在內,沖繩島老人體內的酵素,一定比其他地方老人的酵素更強。因此我們日漸衰老,是由於DNA損壞日漸增加隨著細胞減少老化開始,一旦細胞死去就無法替換嗎?

人體由細胞分裂產生新細胞,例如細胞分裂可替換血管內損壞脫落的細胞,不論什麼原因,只要細胞分裂困難時,身體就不能產生新細胞,於是導致血管老化。

另一個阻撓人類實現長生不老美夢的關鍵,隱藏在細胞分裂的機制堙C茂樹是善英的孫子,高中快畢業了,他要繼承祖父成為人人尊敬的"海霸王",畢業之後茂樹要追隨祖父,學習海男子的功夫,同時研究現代的養魚科技。像茂樹這種年輕人,細胞分裂活躍,不過老人的細胞分裂就沒這麼活躍,到後來停止分裂。

長久以來科學家一直以為細胞是無限制地分裂,不過海弗利教授在經由持續培殖細胞過程中,發現一種奇怪的現象,使得細胞分裂有次數的限制。海弗利教授觀察細胞一定有計次或計時機制,細胞複製的次數和物種的長壽大有關係。以小白鼠為例複製次數為15至20次,人類胚胎細胞的複製次數為50至70次,細胞複製次數最高的是加拉巴哥大海龜,大約為125倍,最長可以活175年。隱藏在細胞堛瘧蟀O什麼?


端粒(Telomere)
1990年有一份報告說,每次細胞分裂,部份DNA就縮短。染色體是DNA螺旋,若仔細看這兩端,可以看到大約有一萬個,TTAGGG字母在重複,這部份就叫端粒,多虧了端粒染色體,才免於末端接末端。

如果拿分裂18次的細胞跟分裂65次的細胞,比較兩者的端粒,後者少了幾千個字母,為什麼細胞每分裂一次,端粒就會更短?

一個細胞分裂為二時,DNA中的一股也要一分為二,為了完成分裂,DNA的雙螺旋有一小部份會解開,其中有酵素會複製這部份,酵素會遍尋未纏繞的DNA複製下來,並且連接之前酵素所複製的部份,不過酵素要連接DNA並非屢試不爽,所以不能複製的部分就遺漏了,端粒也就短了。端粒太短時染色體就會彼此黏住,使得細胞不正常,所以細胞要未雨綢繆設定停止分裂,每次細胞分裂時端粒就縮短,就像定時炸彈一樣,當細胞停止分裂,身體就開始衰老,端粒就是一分一秒把生命流失掉的東西。

1998年1月生物投資公司的股票狂飆,不得不停止交易,因為報上說這家公司,發明了長生不老的藥物。這項研究是在德州大學進行,裘利夏伊教授在這所大學任教,又兼該公司的顧問,夏伊教授多次經由基因操控,成功增長端粒,如此就可以延長人類細胞壽命。

能延長細胞壽命的法師,就是端粒脢(Telomerase),位在第5對染色體內,端粒脢能使時鐘倒轉,把縮短的端粒恢復到原來的長度。總之端粒的要務是生產精蟲和卵子等生殖細胞,要確保傳給下一代的端粒不會縮短。除了生殖細胞,我們的體細胞、端粒脢,平常不做工,若使這種酵素不停地做工,能否使我們長生不老?

人體有60兆體細胞,有些細胞內的DNA,被過氧化物嚴重地斷離,正常的情況下這些細胞會死亡,端粒脢會在斷離開的DNA兩頭。增加端粒可以讓細胞存活,不過若有不完整的細胞存活,就可能生病,諸如癌症。即使每個細胞都變得不朽,它也可能是致命因素。

為什麼人類不能長生不老?這個答案至今還在進化的生命堙A生物終究難免一死,生命誕生時並沒有注定要死,生命進化的漫長過程中,有兩種生活方式。結腸桿菌不像人類,它的環狀DNA沒有末端,所以不必憂慮端粒會變短,這是結腸桿菌選擇不朽之道,不限制地分裂,複製同樣的DNA給下一代;另一個例子是酵母菌,酵母菌像人類一樣有線狀DNA,線狀DNA的兩端有端粒,所以使生命有受限的危險,為什麼酵母菌選擇線狀DNA?酵母菌在有性生殖之前,重排父母的基因,子代就是由父母不同的基因產生的,這種安排叫作同源的基因重組。一個正常的酵母菌,把父母的DNA用端粒將兩頭連接,沒有端粒的酵母菌就無法做同源基因重組。

事實上端粒必須在定點上讓父母的DNA接近,然後重新安排部份基因,恢復原先的情況,由重複這種過程把基因重組傳給後代。端粒是兩面利刃,一方面由同源重新組合,傳宗接代;一方面又限制我們的壽命。選擇線狀DNA的物種,放棄了長生不老,不過他們把新的基因組合,傳給下一代,漸漸進化為更複雜的多細胞物種。

原始期的單細胞動物草履蟲,其DNA埵U有一個大核小核,大核等於我們的體細胞,小核等於生殖細胞。草履蟲只靠大核生存,努力防止小核受損,這表示大核要負責壽命。

經由有性生殖生物的DNA,在備受保護的小核內傳給了下一代,有一個叫做端粒的定時炸彈,置入了多細胞物種體內。生殖細胞獲得端粒脢的供應,這是一種延長細胞壽命的酵素,經由有性生殖父母把生殖細胞,在未爆炸前釋出體外 生殖細胞傳下之後,父母的體細胞設定死亡時間。不過物種釋出生殖細胞後,其生命的長短因物種而異,基因使我們可以跟後代,有很長的時間相處,尤其是人類。

長生不老是人類夢寐以求的事,當我們破解了老死的基因密碼時,卻發現非得接受美夢難圓的事實,而且由酵母菌和草履蟲來看,我們的祖先刻意選擇死亡之路,這條路留給後代新的基因組合,繁衍了各樣會死的物種。我們都用有限的生命,過最充實的人生,而且給下一代新的可能。 時鐘滴答時光流逝,這就是人類的命運,很久以前我們的祖先,放棄了長生不老,選擇為後代創造新的可能,我們就是這種選擇死亡,但要變化的物種後代,而基因讓我們死後,那生命的時鐘在我們的後裔身上繼續滴答,所以我一面觀看下一代基因,一面傳遞生命的證據,直到我們的時鐘停止。

(原翻者:姜金龍;公視研發部整理


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