端粒是保護 DNA 鏈末端不被細胞破壞的“帽子”。它們由重複的 DNA 序列區域與染色體末端的特定蛋白質（細胞內 DNA 和蛋白質的緊密纏繞結構）結合而成。端粒在細胞衰老速度中發揮著重要作用，但具體作用機制尚不完全清楚。
沒有環狀染色體的生物體——包括人類、其他動物、植物甚至單細胞- 有端粒。端粒充當屏障，防止 DNA 被降解和損壞。
如果我們的細胞沒有端粒，細胞機器“就會啃掉染色體的末端並進入必需的基因，”說簡·卡爾塞德加州索爾克生物研究所教授，索爾克研究所格倫衰老研究生物學中心主任。細胞還可能將一條染色體的末端連接到另一條染色體的末端，他說這對細胞來說將是“災難性的事件”。
Karlseder 告訴《Live Science》：“由於我們的染色體是 DNA 的線性片段，因此進化出了一種稱為端粒的結構，可以保護染色體的自然末端不被識別為 DNA 損傷。”
端粒的功能是什麼？
在人類和所有脊椎動物中，端粒重複核苷酸序列 TTAGGG——兩個胸腺嘧啶、一個腺嘌呤和三個鳥嘌呤分子。核苷酸是組成序列的分子。在人類中，該序列最多可以重複約 3,000 次，但不同物種的重複次數有所不同。端粒末端有一種稱為 T 環的“結”，由稱為庇護蛋白複合物的特定蛋白質結構維持。 T環和庇護蛋白使細胞更難破壞染色體末端的DNA，而重複序列提供了細胞可以破壞的遺傳密碼層，而不會干擾其發揮功能所需的DNA。
在大多數細胞中，隨著時間的推移，隨著細胞破壞更多的遺傳密碼，端粒會變短。然而，一些細胞，例如產生體內多種類型特化細胞的干細胞，以及形成卵子和精子的生殖細胞，可以使用一種稱為端粒酶的酶來再生端粒。一些研究表明，可能有辦法稍微增加其他類型細胞的端粒長度。
端粒與衰老
大多數細胞無法再生端粒，導致端粒在細胞和生物體的一生中變得更短。 Karlseder 說：“端粒縮短確實通過限制細胞群體倍增或增殖的數量來延長我們細胞的壽命。”
由於生物學家伊麗莎白·布萊克本的諾貝爾獎獲獎作品許多研究揭示了端粒的性質和端粒酶的存在，支持生物年齡、端粒長度、整體健康狀況和死亡率之間的聯繫。
2003 年雜誌上的一項研究柳葉刀研究人員對 60 歲以上看似健康的人進行長期跟踪調查發現，端粒較短的人死於心髒病和傳染病的死亡率較高。 2013年，第一次研究研究發現，在一小群患有低風險前列腺癌的男性中，運動、飲食、壓力管理和社會支持等生活方式的改變與端粒長度的增加有關。一個2022年回顧發現定期進行中度至劇烈的體力活動似乎有助於保持端粒長度。端粒縮短的速度與多種生物體的壽命有關。該雜誌 2019 年的一項研究美國國家科學院院刊發現雖然生物體端粒長度的一般測量與壽命沒有任何相關性，但生物體端粒長度縮短得越快，其壽命就越短。
“衰老的確切原因仍不清楚，也不清楚為什麼有些物種的壽命不到 1 天，而另一些物種的壽命卻可以超過 400 年，”該研究引人注目的開頭寫道。端粒可以幫助揭示這個長期存在的謎團。
該雜誌 2021 年的一項研究假設端粒長度的影響可能會影響一個人的看起來的年齡。研究人員檢查了英國生物銀行超過 400,000 名參與者的調查結果，該銀行是英國居民健康信息的大型數據庫。他們發現，具有較長端粒長度遺傳預測因子的人更有可能表示，人們傾向於認為自己看起來比實際年齡年輕。
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端粒和癌症
端粒與健康相關的一個主要方式是通過癌症風險。當端粒變得非常短時，細胞分裂過程中復制的 DNA 更有可能被破壞，這會增加癌症風險。
端粒故障可能導致癌症的另一種方式是端粒酶在不應該活躍的細胞中變得活躍。
“幾乎每個癌細胞都找到了維持端粒並克服端粒縮短途徑的機制，”Karlseder 說。 “這就是讓癌細胞永生的原因。”
身體試圖通過阻止端粒過短的細胞分裂（稱為衰老）來阻止癌症。
Karlseder 與索爾克研究所的研究人員團隊一起完成了一項研究，並於 2023 年在該雜誌上發表，顯示端粒如何引發細胞死亡：它們與細胞的能量提供者線粒體對話，在危機期間引起致命的炎症，從而啟動程序性細胞死亡以響應極短的端粒。這一過程揭示了端粒如何幫助防止細胞癌變。
儘管一些研究卡爾塞德表示，保護端粒甚至再生端粒可以延長壽命，但致癌風險使得這一說法存在風險。
“我非常反對那些簡單地延長端粒的方法，”他說。 “我們知道這會導致癌症，但不一定能延長壽命。”
他說，研究人員不應該試圖延長壽命和逆轉衰老，而應該更加關注延長“健康壽命”——他們保持健康的時間。
卡爾塞德說，衰老過程的目的之一“實際上是預防癌症的發生”。 “我們應該歡迎衰老作為一種癌症抑制機制。”
