本文發表在《大眾科學》之前的部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
我怎樣才能減去三十歲？
約翰·沃爾夫岡·馮·歌德著名戲劇中的主人公浮士德在《女巫廚房》一章中向墨菲斯托提出了這個問題。墨菲斯托提供了一些相當好的建議——考慮到他是魔鬼，而且這個虛構的交流發生在黑暗的中世紀
Begib dich gleich hinaus aufs Feld,Fang an zu hacken und zu graben
Erhalte dich und deinen Sinn
In einem ganz beschränkten Kreise,
Ernähre dich mit ungemischter Speise,
Leb mit dem Vieh als Vieh, und acht es nicht für Raub,
Den Acker, den du erntest, selbst zu düngen;
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞工作 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
以下是魔鬼建議的精髓：尋求一種適度的生活，停止懶惰，透過耕田定期鍛鍊，並避免不健康的食物！
偉大的學者和科學家浮士德如何回應這些常識性的建議？
謝謝，但不用了。浮士德不喜歡體力勞動，並且對目前的生活方式感到非常滿意，所以他選擇了備選方案——一種神奇的青春藥劑。
在歌德的《浮士德》首次上演近兩個世紀後，我們對逆轉衰老過程的探索仍在繼續。逆轉衰老的魔藥仍然像以往一樣難以捉摸，但衰老研究在過去幾十年中取得了實質性進展。衰老的一種生物學定義是隨著時間的推移觀察到的功能逐漸下降。人類在全身或器官水平上都會經歷這種與年齡相關的衰退，例如記憶力喪失或肌肉力量減弱，但衰老也會發生在單個細胞中。細胞衰老或細胞衰老描述了一種“耗竭”的形式，到了細胞無法再分裂和正常細胞活動中斷的地步。大量科學資料表明，單個細胞的衰老在我們年老時發生的肌肉功能、血流或新陳代謝的總體下降中起著核心作用。但是，瞭解細胞衰老不僅會解開一些“健康”衰老的奧秘，還可以幫助我們理解和預防某些與年齡相關的疾病，例如心臟病或癌症。
導致細胞衰老的中心機制之一是端粒的縮短。端粒是染色體末端的重複 DNA 序列，起到保護帽的作用。每次細胞分裂時，其染色體都會經歷一個倍增過程，以便兩個子細胞獲得等量的 DNA。在 DNA 複製和新形成的染色體分離過程中，小塊 DNA 會在染色體的末端被修剪掉。透過擁有保護性端粒帽，縮短過程只會影響端粒，而不會影響染色體的基本基因編碼部分。
當組織中的細胞受損時，其相鄰細胞或再生幹細胞和祖細胞的儲存庫必須啟動，分裂以替換受損細胞。擁有較長的端粒將使這些再生鄰居能夠繼續分裂並恢復組織，而短端粒細胞則必須儘早放棄，因為它們的保護性端粒帽會減少。再生細胞（如干細胞）經常被要求分裂，這就是為什麼這些再生細胞往往含有高水平的稱為端粒酶的酶是有益的，該酶有助於防止端粒的縮短。因此，端粒酶充當抗衰老酶。端粒和端粒酶在細胞衰老中的作用最初是在 20 世紀 80 年代和 90 年代由先驅伊麗莎白·布萊克本、卡羅爾·格雷德和傑克·索斯塔克發現的，他們因“發現染色體如何受到端粒和端粒酶的保護”而共同分享了 2009 年的諾貝爾生理學或醫學獎。
在第 64 屆林道諾貝爾獎得主會議上，伊麗莎白·布萊克本回顧了她和她的同事如何確定端粒和端粒酶在細胞衰老過程中的作用的歷史，還介紹了更新的資料，即測量血液樣本中端粒的長度可以預測一個人長壽和健康的傾向。擁有長端粒從直覺和理論上講是一件好事，但是很高興擁有從成千上萬的人類身上收集到的真實世界資料，證實情況確實如此。一項前瞻性研究收集了血液樣本並測量了 787 名參與者白細胞的平均端粒長度，並跟蹤他們 10 年以觀察誰會患上癌症。端粒長度與患癌症和死於癌症的可能性呈負相關。在十年觀察期內，端粒最短組的人患癌症的可能性是端粒最長組的三倍！長端粒與較少疾病之間也存在類似的關聯，例如心血管疾病。
布萊克本博士很快指出，這些關聯並不一定意味著存在直接的因果關係。事實上，增加端粒酶水平應該會延長端粒，但在癌症的情況下，過多的端粒酶可能和過少的端粒一樣糟糕。過多的端粒酶可以幫助賦予癌細胞永生性，並實際上增加患癌症的可能性，而過少的端粒酶也會透過耗盡身體的健康再生潛力來增加癌症。為了降低患癌症的風險，我們需要理想水平的端粒酶，而且沒有太大的誤差空間。這表明“端粒酶注射”並不是浮士德和許多其他人類在歷史上所尋求的神奇抗衰老藥劑。
為什麼端粒長度是長壽的良好預測指標，但過多的端粒酶對您不利？答案可能是白細胞中測量的端粒長度反映了一系列廣泛的因素，例如我們的基因構成以及細胞的歷史。我們中的一些人可能很幸運，因為我們天生就具有稍微更高的端粒酶活性或更長的端粒，但環境在調節端粒方面也起著重要作用。如果我們的細胞暴露於大量壓力和損傷下——即使在年輕時——那麼它們會被迫更頻繁地分裂並縮短它們的端粒。預測健康和長壽的端粒長度測量是特定時間點拍攝的快照，無法區分將較長端粒天賦賦予某些人的遺傳特徵和可能使細胞維持較長端粒的環境壓力源的缺乏。
哪些壓力源會影響細胞衰老和端粒縮短？布萊克本列出了一些壓力源，例如壓力激素、氧化應激和炎症應激。所有這些壓力源都會在分子水平上造成壓力，這意味著它們會損害蛋白質和細胞的其他重要成分。氧化應激，即活性氧的過量產生會氧化蛋白質，破壞它們的結構和功能，以至於氧化的蛋白質變得無用甚至有害。炎症應激是指超出細胞正常炎症反應的過度炎症，細胞可以從中恢復。例如，長期炎症會導致細胞啟用細胞死亡程式。最近在小鼠身上進行的研究表明，大腦中炎症通路的啟用可以抑制認知功能、肌肉力量和整體壽命。布萊克本還指出，壓力源通常是相互關聯的。壓力激素的長期升高或長期炎症會增加氧化應激。這些壓力源的水平越高，細胞就會越早衰老。這意味著一個 30 多歲或 40 多歲的人的身體，如果暴露在高水平的炎症或氧化應激下，可能已經有許多細胞顯示出衰老的跡象。
這些壓力源如何導致過早衰老？端粒縮短可能是一個答案。如果細胞由於自身免疫性疾病或炎症相關疾病（如肥胖和動脈粥樣硬化）而長期發炎，那麼它們必須透過細胞分裂不斷被替換，這會縮短端粒。但是，端粒縮短並不是細胞衰老的唯一途徑。衰老研究小組發現了多個額外的途徑，這些途徑可以加速細胞的過早衰老，而不一定需要縮短端粒。炎症或氧化應激可以啟用某些衰老途徑，例如衰老調節因子 p16INK4a。我們自己的研究表明，炎症細胞因子可以將高度再生的血管祖細胞轉化為不再透過啟用 p16INK4a 複製的衰老細胞，並且這種情況的發生不會影響端粒長度。來自巴克衰老研究所的朱迪思·坎皮西以及其他幾位研究人員發現了一個重要的惡性迴圈：一旦細胞開始衰老，它們本身就會釋放炎症蛋白，而炎症蛋白反過來又可以啟用鄰近細胞中的衰老，從而啟動自我強化的衰老級聯反應。
端粒依賴和端粒非依賴的衰老途徑之間的相互作用，以及已知（和許多未知）的壓力因素對我們產生的影響，最終會把我們引向何方？儘管對細胞衰老的分子機制的理解正在穩步進展，但細胞衰老的複雜性，以及諸如大腦和心臟等器官如何衰老這一更加複雜的問題，還需要更多的研究。不會存在一個單一的分子開關，可以逆轉或阻止衰老並使我們的壽命延長三倍，但大多數衰老研究人員並不以此為目標。瞭解特定的衰老途徑，以及啟用這些途徑的基因和壓力因素，將使我們能夠預防和治療與年齡相關的疾病，並有朝一日能夠為個人提供個性化的建議，以最大限度地延長他們的“健康壽命”。就目前而言，我們可以堅持梅菲斯特推薦的一些廣泛的生活方式干預措施：鍛鍊和健康飲食。
最初以“衰老的壓力”為題發表於林道諾貝爾獎得主會議部落格。