这两“端”掀开冰山一角

这两“端”掀开冰山一角
       又是一年一度的诺贝尔奖颁发季。在10月5日最先公布的诺奖生理学或医学奖上，端粒和端粒酶成为耀眼的明星。它们背后，是美国科学家伊丽莎白·布莱克本(ElizabethBlackburn)、卡萝尔·格雷德(CarolG reider)和杰克·绍斯塔克(JackSzostak)的卓著而经典的研究。颁奖词里写道，三位科学家获奖的原因是揭示了“端粒和端粒酶是如何保护染色体的”。据颁奖者评价，端粒和端粒酶的发现，不仅为人类治疗癌症提供了新思路，更将可能让人类长生不老之梦成真。

　　端粒和端粒酶在哪里，是什么？它们缘何如此重要？

　　发现之旅有惊奇

　　细胞里每个新部件的发现，都被有趣的故事所环绕，端粒和端粒酶也不例外。按照教科书的说法，端粒是染色体末端的一种特殊结构，是DNA与相关蛋白质的复合体。端粒主要有两大生理功能：维持染色体结构的完整性，防止染色体被核酸酶降解及染色体间相互融合；防止染色体结构基因在复制时丢失，解决了末端复制的难题。

　　为了这简短的几句话，科学家们花了近半个世纪。

　　早在1938年9月，著名遗传学家赫尔曼·穆勒(HermannMuller)，首次提出端粒这一概念，以英文telomere表示。它在题为《染色体改造》(Theremakingofchromosomes)的文章中谈到，端粒一定具有某种特殊的功能，即可以对染色体的末端起到封闭的作用。从某种意义上讲，如果染色体不被这样封闭，染色体就不会持续存在。与此同时，另一位遗传学家芭芭拉·麦克林托克(BarbaraMcClintock)也意识到这一问题。囿于实验条件和技术，他们未能继续深入研究端粒到底具有何种特殊功能？

　　时间行驶至上世纪70年代。彼时刚兴起的基因重组技术，为科学家研究DNA打开一扇大门。随着人们对DNA聚合酶研究的深入，新的问题随之而来。DNA每复制一轮，末端都将损失一段DNA片段。如果没有补偿机制，DNA在经过万千代复制后，终将不断缩短甚至消失。这一难题，被DNA双螺旋结构发现者詹姆斯·沃森(JamesWaston)称为“末端复制问题”。

　　此次诺奖得主布莱克本，也在思考这一重大科学问题。1978年，它在四膜虫的rDNA末端发现了约50个串联在一起的六核苷酸重复序列CCCCAA。原来，端粒巧妙特殊，通过重复的序列来解决“末端复制问题”。1980年，布莱克本在学术会议上报告这一成果时，引起绍斯塔克的注意。当时，他正尝试在酿酒酵母里，建构人工染色体，却每每遭遇被降解的结局。布莱克本的报告，让他茅塞顿开。他进入布莱克本的实验室，将四膜虫端粒序列整合入质粒，并将该质粒成功转入酵母细胞，使人工染色体走入现实。

　　另一个问题是，端粒的DNA片段如何复制呢？布莱克本意识到，应该存在一种专门的“酶”，专职端粒的复制工作。她的学生、本次诺奖的另一得主格雷德，在实验室泡了两年，于1984年终于发现细胞内合成端粒的端粒酶(telom erase)。

　　说个小插曲。端粒的发现和重要功能揭示，离不开一种独特的真核生物——生物四膜虫。它外观呈椭圆长梨状，体长约50微米，与头发丝粗细相当。它的特殊在于，大细胞核里的染色体能大珠小珠落玉盘——断裂成上百个小染色体。复制过后，则变成上万个。由于每个染色体末端都有端粒，四膜虫无疑是端粒的富矿。布莱克本的系列研究，正是基于它而揭示端粒及端粒酶的作用的。

　　端粒与端粒酶的研究并未结束。随后20余年里，科学家逐次揭开端粒酶RNA亚基、催化亚基的秘密，为完整揭示这一重大问题提供了坚实的实验依据。现在，人们可以气定神闲地回答，端粒和端粒酶是多么重要的问题了。

　　端粒具有自我牺牲的精神，以此保证DNA序列的完整性。此外，端粒能“锁住”线粒体末端，避免与其他染色体重组或被破坏。打个形象的比喻，它像工人头顶的安全帽，全为你的人身安全着想。然而，随着染色体复制次数增多，端粒仍将不可避免地缩短。换句话说，安全帽永久了，也会脆弱不堪。这带来两个重要问题，衰老和肿瘤。

　　与衰老有瓜葛

　　谁都想成为《返老还童》里的本杰明·巴顿，生下来是糟老头，越活越年轻。恼人的是，目前这只是科学幻想。在科学家发明返老还童之术，或时间箭头逆向倒流前，没人能逃脱衰老的“魔掌”。

　　对于衰老，一般的看法是，过度耗费身体、营养不良、动怒生气的人，都容易衰老。当不能熬夜、行动迟缓、驼背拄拐时，衰老可能已悄然来临：人体结构和机能开始减退，工作适应性和疾病抵抗力降低。不过，截至目前科学家对衰老尚无完整统一的定义。那怎么测量衰老呢？美国巴尔的摩老年学中心，就通过24项数据评价身体衰老程度，如肺活量、血压、血红蛋白、听视觉、最大工作效率和反应时间等。

　　对身体衰老的机制，科学家也有多种解释。近百年来，科学家也提出过几十种衰老学说。比如，德国的魏斯曼就认为，长寿对物种是有害的，因为它剥夺占用了年轻人的资源。上世纪60年代，英国生物学家汉密尔顿为研究衰老，还建立过数学模型。简言之，如果我们让有性生殖生物的繁殖期提前，那么经过若干代后，其寿命就会缩短。从这点看来，人类集体晚婚晚育将可能让第N代子孙更为长寿。

　　科学家们认为，器官衰老的早晚与端粒大有关系。简单说来，作为细胞内染色体的末端结构，端粒像保护伞一样维系染色体遗传基因的稳定性。随着细胞的每一次分裂，端粒都会“丢车保帅”——不得不丢失掉一小段。可以想象，经年累月之下端粒缩短，完整性逐渐丢失，保护作用开始变弱，细胞的衰老终于来到。

　　哪些生活因素，会让端粒变短呢？吸烟、肥胖、不锻炼罪责难逃。

　　2005年6月，著名的医学期刊《柳叶刀》发表一项研究报告称，抽烟或肥胖者的端粒往往较短，使他们在生理上比不吸烟或不肥胖者更容易衰老。端粒的长度，某种程度上是一种生物学的年龄标记。负责此项研究的英国伦敦圣托马斯医院蒂姆·斯佩克特(TimSpector)教授说，“肥胖与抽烟导致氧负荷增大，这种损害的长期积累将使端粒受损。端粒被我们认为是加速衰老的标志，也是罹患心脏病、糖尿病、关节炎及其他疾病的原因。”(责任编辑：一枝笔写作)