文/陳賽 插圖/栩栩
By Chen Sai/Illustrated by Xu Xu
蜉蝣
Ephemeroptera
壽命:小于1天
衰老與其相關的病理并非不可避免,一旦我們排除了人必有一死的宿命觀,科學就能向我們展示如何重新組織自己的身體,將我們的新陳代謝系統(tǒng)永遠維持在一個年輕的、具有良好自我修復能力的狀態(tài)。
——奧布里·德·格雷
心理學家厄尼斯特·貝克在《拒絕死亡》一書中說,對于人終有一死的厄運,人類發(fā)明了三種機制來維持自己的理智:宗教(上帝會拯救我)、浪漫主義(愛是永恒的)、與創(chuàng)造性(我的藝術將會不朽)。幾千年來,我們只能靠這些故事或者幻想作為應對死亡的臨時解決方案。事實上,還有第四種解決方案——將衰老和死亡視為一個問題,一種疾病,有待適當?shù)募夹g和財力就可以加以解決。正如伍迪·艾倫的笑話所言:“我不想通過作品達到永生,我想通過不死達到永生?!?/p>
在過去150年里,發(fā)達國家的人均壽命已經(jīng)從40歲翻倍到80歲。在世界上最長壽的國家摩納哥,人均壽命更是達到了90.7歲。據(jù)科學家估計,在這些富裕國家,現(xiàn)在出生的孩子,其中1/4能活到100歲。事實上,今天出生的孩子,比前一天出生的孩子,平均壽命就增加5小時。這很大程度上要得益于現(xiàn)代醫(yī)學的進展,包括抗生素的發(fā)明、疫苗的普及、公共衛(wèi)生的改進等。隨著基因工程、組織再生、機器仿生等技術的進一步發(fā)展,未來人均壽命的再一次翻番是否可能?甚至如奧布里·德·格雷(Aubrey De Grey),劍橋大學一位自學生物學的計算機博士所說,衰老與其相關的病理并非不可避免,一旦我們排除了人必有一死的宿命觀,科學就能向我們展示如何重新組織自己的身體,將我們的新陳代謝系統(tǒng)永遠維持在一個年輕的、具有良好自我修復能力的狀態(tài),將來我們都能健康地活到1000歲?
在喬納森·維納的《長戀此生》中(Long for This World),奧布里·德·格雷是個奇特的人物,不僅他的觀點和野心激進離奇——他堅持認為,永生是最基本的天賦人權,也是人類生命最美好的形式;連他的長相也很古怪,瘦長、蒼白,長長的紅胡子扎成一個馬尾,終日狂飲啤酒。在衰老作為一種疾病被“治愈”之前,啤酒就是他的青春之泉。2000年,他在硅谷的山景城成立了瑪士撒拉基金會(瑪士撒拉是《圣經(jīng)》舊約中最長壽的人,活了969歲),向“衰老”發(fā)起了一場世紀之戰(zhàn)。他煽動性地宣稱,第一個能活到1000歲的人類已經(jīng)誕生。而且,老態(tài)龍鐘、疾病纏身地多活幾十年沒有意思,他的目標是以25歲的健康狀況活上1000年。雖然他向衰老宣戰(zhàn)的姿態(tài)有種唐·吉訶德大戰(zhàn)風車的喜劇感,但也許正是這種極度的樂觀主義讓他得到了一些硅谷大亨的資金支持,包括PayPal的創(chuàng)始人彼得·泰爾。正值盛年的彼得·泰爾投資了15個公司都與長壽有關,他認為“不平等的最極端的形式就是活人和死人間的不平等”。
其實,奧布里·德·格雷的本專業(yè)是人工智能,他之所以中途進入生物學領域,是因為娶了大他19歲的遺傳學家阿德萊德·卡彭特做妻子。阿德萊德研究減數(shù)分裂(meiosis),屬于細胞分裂的形式之一。生命的初始是一個美麗而秩序井然的過程:一個受精卵,一分為二,再到四,再到八……早期胚胎的細胞很快就到達天文數(shù)字。然后是新的模式開始浮現(xiàn)出來,先是頭,然后是尾巴、內(nèi)臟,如此等等。如果精子和卵子來自青蛙,就會先有蝌蚪,然后發(fā)育成成年青蛙。如果來自蝴蝶,就會先有毛毛蟲,然后成蛹、化蝶。所有胚胎的發(fā)育都遵循相同的機制,無論青蛙、蝴蝶、還是人類。生命的展開,整個過程是規(guī)則的、結構化的,可重復、可預測,就像莎士比亞的十四行詩。相比之下,生命的衰亡卻是一場令人絕望的緩慢而隨機的變異,癌癥、糖尿病、心臟病以及其他各種慢性疾病都隨衰老而來,但根本無從追究其病變究竟始于何時何處,其土崩瓦解的過程更像是折紙的揉皺,石頭的風化,或者一朵玫瑰的枯萎。在發(fā)育中,你看到進化的天才與精準,而在緩慢的衰亡中,你只能看到混亂和無序。
衰老到底是什么?生命體為什么會衰老,會死亡?衰老又是如何發(fā)生的?為什么細胞到了某個階段就停止自我修復了? 在了解妻子工作的過程中,格雷驚異的發(fā)現(xiàn),衰老作為最基本的生命現(xiàn)象之一,科學界對其生理機制卻知之甚少。事實上,科學家甚至無法確定是否真的有一個生物過程叫“衰老”,或者只是生存的意外事故?一場來自身體內(nèi)部的意外事故——新陳代謝的意外,就像來自身體外部的意外(一次撞車事故)一樣?
在加州大學生物學教授萊奧納德·海弗利克(Leonard Hayflick)看來,人之所以會衰老,是因為熱力學第二定律。根據(jù)這一物理學定律,世間萬物終究要崩塌、毀壞、滅亡。這是熵的本質(zhì)。就像停在車庫中的汽車,即使從不使用,終究也會解體。有機體與汽車的區(qū)別在于,有機體有自我修復機制,但隨著時間流逝,構成和維持肉身凡胎的復雜生物分子機制最終因為能量耗盡而停擺。所以,海弗利克認為,人一旦出生,唯一的方向就是不斷衰老,沒有任何力量能夠阻止。
海弗利克是研究人類衰老進程的先驅人物之一。半個多世紀前,當他還是費城大學一名年輕的研究員時,在多次實驗中發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象:無論他如何精心培育,人類胚胎細胞總是在分裂40次到60次之后停止并最終死亡(按當時的學術觀點,只要條件適當,培養(yǎng)細胞可以無限增殖)。這一發(fā)現(xiàn)后來被命名為“海弗利克極限”——即細胞的壽命極限。此后,他和其他科學家記錄了不同動物物種的海弗利克極限(一般來說,細胞的培養(yǎng)代數(shù)越多,動物的壽命就越長,反之則短),比如實驗室的小鼠一般分裂15次后變老,差不多能活3年;海龜能分裂90至125次,可活到175年;人體細胞在培養(yǎng)條件下平均可分裂60代,每一代相當于2.5年,也就是說,理論上,人的壽命極限應為2.5×60=150歲。沒有人真正證實過“海弗利克極限”對有機體的壽命有實際限制作用,但到目前為止,也還沒有人能活到150歲。當下人類壽命極限的保持者是法國人雅娜·卡爾芒——她生于1857年,14歲時親眼見到埃菲爾鐵塔建成,28歲參加雨果的葬禮,85歲時鉆研擊劍,117歲戒煙,然后活到了122歲又164天。
雖然人終有一死,但人體內(nèi)有些細胞的確具備了不朽的特質(zhì):當一個人過世時,只要他有孩子,就有非常微量的細胞能延續(xù)這個不朽的譜系。一個孩子就代表你有一顆精子或卵子逃脫滅絕的命運。孩子出生、成長、成熟,并完成繁殖的任務,綿延不絕。為什么進化不讓所有細胞享有生殖細胞(精子和卵子)一樣的特權?
這個問題最早是19世紀德國博物學家奧古斯特·威斯曼(August Weismann)提出的。作為達爾文最重要的支持者之一,威斯曼認為,生命體的衰亡是一種主動適應的過程——自然選擇建立了特殊的死亡機制,用以淘汰群體中的衰老成員,為新的成員留存資源和空間。也就是說,衰老對個體雖然沒有好處,但它對群體有好處。
到了20世紀,生物學家推翻了這一結論,認為進化根本無須設計一個衰老機制來淘汰物種中的衰老成員,自然競爭如此殘酷,動物們早在衰老之前就已經(jīng)餓死、凍死或者被天敵吃掉了。例如野生小鼠的生存環(huán)境非常險惡,很快就會喪命,很少有野生小鼠活過一歲;但蝙蝠因為能飛,生存環(huán)境較安全,通常比同等身形的小鼠要多活3到4倍。既然進化并沒有為我們規(guī)定一個死亡的時間,為什么我們還會衰老,會死亡呢?
20世紀生物學界一種主流的解釋是這樣的:進化的要義是讓基因的代代相傳最優(yōu)化。這意味著在生命早期優(yōu)越性較大的特性更受進化的青睞,即使它們可能會在以后造成傷害。借用海弗利克的比喻:身體就像一臺火星探測器,只不過其設計用途是繁殖后代而不是探察宇宙。一旦身體完成了它的使命,自然就會像NASA一樣,對以后的事漠不關心。某一特定物種成員的生殖年限或許是這樣進行優(yōu)化的:讓該年限與物種個體在可能因事故、天敵捕殺和疾病而死之前預期的壽命相匹配。生命有限的能量資源是用于繁殖后代,而不是用于延長壽命的。
在生命進程中,我們可以清楚地看到這些效果:隨著老年而來的,是新陳代謝放緩、對疾病的抵抗力持續(xù)下降。曾經(jīng)有助于構建身體并使之正常運轉的生理過程開始轉而對身體有害,比如關節(jié)的膠原蛋白分子網(wǎng)格收緊造成了關節(jié)僵硬,同一過程在生命初期有助于強化關節(jié);為了避免發(fā)生諸如癌癥那樣的破壞性紊亂,大部分細胞在接近生育期時就不再分裂了,這也意味著當衰老的器官開始損壞時,不再有新的細胞可以補充;另外,很多晚年會導致癌癥的基因在早年都是有利于生長和發(fā)育的。
從這個角度來說,衰老只是進化的副作用。我們之所以變老,是因為我們的祖先死得早。我們之所以變老,是因為老年在進化的權重中無足輕重。我們之所以變老,并不是自然為我們設定了死亡時鐘,它只是不在乎而已。正是在這個意義上,奧布里·德·格雷認為,我們應該將進化沒有完成的工作掌握在自己手中。
事實上,自然界永生的現(xiàn)象并不罕見。水螅(Hydra,一種單細胞淡水生物,在顯微鏡下形狀類似小魷魚)就被生物學家證實是永遠不老的動物。它們的身體幾乎完全由干細胞構成,能源源不斷地自我復制。它可以修復幾乎所有受損細胞,殺死所有無法修復的受損細胞,或者從任意一點身體碎片中再生出全新的身體來。除非受傷或者被捕食,水螅個體就可以一直活下去。但這也可能是它與進化進行的一項魔鬼交易:以極致的簡單交換永恒不滅的生命——沒有頭、沒有尾、沒有視覺、以自身的肛門為食物,無法享受任何永生的快樂(相比之下,多細胞生物在漫長的進化中發(fā)展出了神經(jīng)、肌肉、肝臟等各種特化細胞,獲得了復雜的運動、感知、記憶、情感等生命體驗,同時也放棄了永生的需 求。)
還有一些生命體,以幾乎難以覺察的緩慢速度衰老,最著名的是瑪士撒拉樹,4800歲,是迄今為止地球上最長壽的生命。還有很多生命,可以緩慢地活上好幾百年,幾乎沒有衰老的跡象,比如水熊蟲、蛤蜊、巖魚、鱘魚、龍蝦、水母…..它們通常都有一些神奇的能力,比如“水熊蟲”遇到極度的高溫、干旱、毒氣甚至真空時能減緩自身的新陳代謝,以待環(huán)境改善;而燈塔水母就像水下的本杰明·巴頓,能夠把自己的生物鐘往回撥,在交配之后重新回到幼年期。從得克薩斯的蝙蝠洞(科學家在調(diào)查錯誤折疊蛋白在長壽蝙蝠身上的角色)到復活島的土壤(一種叫rapamycin的抗真菌霉素能將小鼠的壽命提升30%以上),科學家在調(diào)查自然界這些神奇的生物是如何延緩甚至避免衰老的,以及它們分子機制的特性是否也有延長人類壽命的潛力。
奧布里·格雷則決定走另外一條路線——工程師的路線,而非科學家的路線。簡單而言,他的理論是,人之所以會衰老,是因為隨著時間的流逝,人體細胞的新陳代謝不斷累積的“垃圾”導致,比如皮膚膠原蛋白在細胞外互相交聯(lián)糾結,形成皺紋;衰老的細胞堆積在關節(jié)軟骨組織,造成退行性關節(jié)炎;膽固醇在動脈中沉積下來形成脂肪沉積,造成心臟疾??;淀粉樣蛋白累積在腦部,造成老年癡呆癥……也就是說,衰老就是一場垃圾災難。如果我們能找出所有引起人類組織器官衰老的“垃圾”,而后一一為它們設計清理方案,就能阻止疾病發(fā)生。他把這種方法稱為“工程化抗衰老策略”,簡稱SENS( Strategies for Engineered Negligible Senescence)。按照這種思路,治愈衰老不需要任何關于設計的知識,也不需要理解這些細胞的垃圾是如何產(chǎn)生的,你只要負責清理就行了。
格雷總結了7種人體最基本的細胞和分子損傷——細胞損失、細胞老化、線粒體變異、染色體變異、細胞內(nèi)廢物累積、細胞外廢物累積、細胞外蛋白交聯(lián)鏈。對他來說,這份清單是一張詳盡的工程藍圖,涵蓋了醫(yī)學當下所了解的所有關于衰老進程的知識。他認為,只要研究出對付這七種“致命殺手”的方法,就能為人類多爭取30到40年的壽命,從而到達所謂的“長壽逃逸速度”——醫(yī)療技術的發(fā)展速度總能超出我們衰老的速度,從而不斷有新的技術維持我們再健康地活上幾個世紀,甚至1000 年。
七個致命殺手
隨年齡產(chǎn)生的損傷 發(fā)現(xiàn)時間 治療的方法
細胞損失 1955 干細胞、生長因子、鍛煉
細胞老化 1965 利用免疫細胞誘發(fā)老化細胞自動凋亡
線粒體基因突變 1972 將線粒體的13個基因移入細胞核內(nèi) (有核膜的保護,降低突變的可能性)
細胞內(nèi)廢物累積 1959 通過基因改造,培養(yǎng)更強大的溶酶體進行垃圾清理 (從墓地細菌尋找更強的酶)
細胞外廢物累積 1907 通過藥物激活具有強大吞噬功能的免疫細胞
細胞外蛋白交聯(lián)鏈 1958 / 1981 尋找可以解開交聯(lián)鏈的化合物或酶,組織工程
染色體基因突變 1959 / 1982 刪除端粒酶基因
第一,細胞損失。人類個體細胞的壽命相差迥異,有的細胞能活很多年,如肝臟細胞,有的則只能活幾個星期,如皮膚細胞。在我們大部分人生里,每當細胞死亡,身體干細胞就會源源不斷地再生新的細胞來替代它們。但隨著歲月流逝,這種補給系統(tǒng)開始出現(xiàn)問題,細胞供不應求,導致老年人肌肉萎縮、視力下降,尤其影響大腦和心臟——人體最重要的兩個器官。對此,格雷提出兩個方案:一是用生長因子誘導現(xiàn)有細胞生長;二是利用干細胞補充損失。目前已經(jīng)有多項干細胞療法進入臨床試驗階段,包括用于治療白血病、脊髓損傷、老年性黃斑病變等,未來甚至可用來修復受損的大腦或心臟。
第二,細胞該死亡的時候不死,太多細胞沒代謝掉而累積下來,妨礙免疫機能,同樣會衍生疾病。人體主要有三種細胞有這種“好死不如賴活”的傾向:一是內(nèi)臟脂肪細胞(影響身體對胰島素的反應,從而導致2型糖尿?。?;二是老化細胞,即已經(jīng)到達“海弗利克極限”失去復制能力的細胞,這種細胞其實很少,主要聚集在關節(jié)軟骨組織處,但它們釋放的蛋白會對周圍的細胞有害,所以最好消滅掉;第三種是記憶毒殺型T細胞。有兩種方法可以解決這個問題,即誘發(fā)細胞凋亡,或者激活免疫細胞殺死這些細胞。
第三,如何防止/減少線粒體DNA的損傷?線粒體是細胞的能量站,負責將糖轉化為能量。線粒體工作的時候,會同時制造出具有破壞性的氧化分子——自由基??茖W家懷疑,正是這些自由基的氧化侵蝕最終造成了線粒體的永久性損傷(就像切開的蘋果、打開的紅酒會氧化一樣),使細胞不能繼續(xù)保持諸多分子的結合,而這是維持機體正常工作的重要因素。線粒體有13個獨立的DNA在細胞核外自成一體,因為沒有細胞核膜的保護,更容易遭到外界影響。格雷建議將這組基因拷貝并移入細胞核內(nèi),從而保護它不受自由基的腐蝕。這是他具最原創(chuàng)性的想法之一,也足夠大膽,但也遭到主流科學家的反對——進化已經(jīng)如此運作了數(shù)百萬年,要結束這一模式涉及相關基因的徹底重組設計,絕非短期內(nèi)可以實現(xiàn)。
第四,在人體的新陳代謝過程中,細胞要合成、重構與分解成千上萬的蛋白,其間難免遇到一些因為太大或者其他原因而難以處理的蛋白。如果溶酶體(細胞內(nèi)最主要的清潔工,用酸性水解酶分解各類廢物)無法分解這些分子廢物,它們就會在細胞內(nèi)累積起來,尤其是在一些分裂程度低的細胞內(nèi),如心臟細胞、視網(wǎng)膜后部細胞、某些神經(jīng)細胞、動脈壁的白細胞等,從而造成各種疾病,比如老年癡呆癥、帕金森、黃斑退化(老年性失明的主要原因)等。為了清理這些衛(wèi)生死角,格雷認為應該對溶酶體進行基因改造,使其產(chǎn)生分解功能更強大的酶。到哪里去找功能如此強大的酶呢?他認為墓地土壤的細菌身上也許能找到答案。劍橋古墓眾多,這些細菌既然能將人的尸體降解得一干二凈,可見也足以清理那些難處理的分子垃圾。這個主意乍聽之下非常詭異,但已經(jīng)吸引好幾家公司著手研究。
第五,不可降解的分子廢物也會在細胞外的液體環(huán)境里累積起來,它們通常是一些不溶性的氨基酸沉淀和一些壞死神經(jīng)細胞纖維,沉積成淀粉樣蛋白,逐漸填滿細胞空隙,造成傷害。老年癡呆癥的大腦中就有高濃度的淀粉樣蛋白。此外,細胞外的蛋白也可能相互交聯(lián),造成組織彈性退化,從而損害皮膚、肌肉和血管。這是目前為止取得最大進展的一個方向,已經(jīng)有好幾種藥物正在研發(fā)之中,尤其是解決皮膚老化問題的。
最后,染色體基因突變是最難解決的一個問題,因為涉及到癌癥。染色體終端(又稱“端粒”)會隨著細胞的每一次分裂而變短,從而嚴格限制細胞可以分裂的次數(shù)。這是一種類似分子鐘的機制,讓細胞掌握自身壽命的進展。但有些細胞,例如癌細胞,會持續(xù)不斷地分裂,因為它們能生成一種叫做“端粒酶”的酶,使端粒被自由基打斷后重新恢復良好狀態(tài)。在無控制的情況下,這些獲得“永生”的細胞會逐步膨脹為惡性腫瘤。對此,格雷提出的解決方案是,除生殖細胞和干細胞外,從所有細胞中刪除端粒酶基因。但刪除這些基因意味著身體正常細胞的壽命也受到影響,所以他提議每隔10年左右給人換一批通過基因工程制造的不含端粒酶的干細胞,既保證肌體對干細胞的需要,也不用擔心它們失控到不可收拾。
按照格雷的計劃,10年內(nèi)在動物實驗中研究出對付這七個致命殺手的治療方法,20年內(nèi)這些技術就可以應用到人體(在主流科學界看來,這個時間表即使不是異想天開,也是過度樂觀)。到時候病人只需在醫(yī)院里待幾個月,進行干細胞治療、基因治療、免疫刺激在內(nèi)的定期護理,當他們出院時,一個60歲的病人也許將擁有30歲的身體。
永恒的年輕,是一切永生主義者追逐的終極目標,也是問題的癥結所在。在《長戀此生》中,喬納森·維納對格雷和他的“永生”計劃從懷疑漸漸轉向認同,唯獨對這一點始終深感不安——人生本應是一個不斷展開的過程,沒有了終結感,永生是否會變成一種可怕的停滯?當一個人真的活到150歲,甚至1000歲時,生活會是什么樣子的?它會如何影響你的工作、事業(yè)、婚姻?宗教會終結嗎?科學會失去前進的動力嗎?更重要的是,這個世界的資源能維持如此多的人口嗎?但是,財富、權力與知識的合作,使新一代的永生主義者尤其樂觀與自信。他們不僅相信自己能永遠活下去,而且青春永駐,精力充沛(未來人類的生理年齡也許會永遠在20~25歲波動),甚至想好了如何解決生之厭倦的問題——人類可以通過大腦改造,改變自我、刪除記憶(比如只保留最近幾十年的記憶),以及對好奇心、興趣與渴望的人工擴展。
作為這一新新人類的代表,彼得·蒂爾在一篇向死亡發(fā)起的檄文《關于死亡的問題》中這樣寫道:“所謂人生的終結感不過是現(xiàn)代社會的迷思罷了。現(xiàn)代人不再相信過去那些關于生與死的故事,也無法再將死亡當作生命的事實接受下來。所以,我們需要的是一個新的故事,幫助我們理解這個新的世界?!?br class="calibre1">
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