第四章 DNA保护
将DNA想象成你个人基因的蓝图,扭成螺旋梯(称为双螺旋)的形状,缩小后装进一个细胞内。这个楼梯是由你从父母那里继承的基因构成的。这是你健康的方方面面所依赖的源代码,让你得以生存且各项功能可以正常运作。然而,DNA相当脆弱,是你一生当中遭受到的各种恶毒攻击的目标。
你的DNA每天承受着一万多起自然发生的破坏性事件。1其中一些错误是自发中断;当数以万亿计的细胞日复一日不间断地工作和复制时,这种中断在所难免。其他错误是体内发生的破坏性事件所造成的副作用,比如炎症或感染。还有一些则是有毒化学物造成的,这些化学物存在于我们呼吸的空气和吞咽的食物中,还可以通过我们的皮肤从家用产品和其他环境来源中吸收。无论以何种情况发生,每一个错误都有可能损害我们的DNA,严重破坏我们的健康。考虑到每天都有大量的DNA受损,你可能会想为什么我们没有那么容易生病,没有发生突变,或者没有每天都形成致命的癌症。这是因为我们的DNA天生就能保护自己,从而保护我们的健康,使其免受这种损害的影响。
你每天听到的关于DNA的大部分内容大多与祖先有关,但是遗传筛选方面的一些重要突破可以帮助你检测患遗传性癌症和其他疾病的风险。在个性化医疗的新时代,基因组检测也被用于指导癌症治疗。你可能还听说过一些可以编辑DNA并用健康的基因替换有缺陷的基因的技术。但是,我将告诉大家一个关于DNA的最神奇的故事:它作为我们的一个健康防御系统是如何发挥作用的。
不管我们的DNA因何种原因受损,我们的基因指令在体内被执行时都会发生错误。一旦我们的基因突变被遗传,就可能导致灾难性的疾病。随着年龄的增长,我们的DNA会逐渐老化。在我们的一生中,我们所做的选择——我们住在哪里,我们吃什么,我们的生活方式——要么有助于,要么有害于我们的DNA。如果我们想保持健康,那么保护我们的DNA就变得至关重要。当人类的基因密码完美运作时,我们的身体就会很健康。当它出了问题或者发生突变时,我们的健康就会受到威胁。
我们的DNA使用不同的机制来保护自己。我们的细胞已经进化出强大的修复过程,不断监测我们DNA结构的异常。如果有任何发现,修复“人员”会检查由DNA进行编码的多组相同的信息。细胞内的分子剪刀会剪掉受损的DNA片段,并以正确的结构和序列取而代之。这就让DNA在进行自我复制时可能发生的绝大多数异常免于被传递下去。
DNA防御系统的另一种工作方式是借助一种名为表观遗传变化的反应。这使得DNA能够通过放大有益基因并阻止有害基因,来对环境和生活方式(包括饮食)做出反应。因此,某些基因的功能或多或少取决于环境。
端粒是保护DNA的另一个关键。端粒就像鞋带两端的金属箍一样,位于染色体两端。随着你的年龄的增长,它们会保护你的DNA,使之免受磨损。良好的饮食、高质量的睡眠、规律的运动和其他健康的活动可以保护你的端粒。
饮食在增强这些DNA防御系统的威力方面起着重要的作用。我将在第二部分详细介绍哪些食物有助于DNA修复,哪些食物会引起促进健康的表观遗传变化,以及哪些食物能够保护甚至增强端粒的功能。随着基因组检测、基因编辑和基因治疗的进步,我们开始破译饮食影响DNA的健康防御系统的方式。为了了解我们已经走了多远,并了解饮食的作用,我们有必要简单地回顾一下DNA研究的起源。
DNA的历史
尽管现在连小学生都在学习DNA,但值得注意的是,我们对DNA 的了解只有150年左右,并且在过去近50年里才破解了它的密码。对遗传的研究可以追溯到一位生活在摩拉维亚(现捷克共和国)布尔诺市的科学家和奥古斯丁修会的修道士,他叫格雷戈尔·孟德尔。孟德尔注意到,他花园里种植的豌豆可以通过杂交组合来获得某些特性,比如颜色和形状。1866年,他发表了自己的研究成果,认为代代相传的特性有一定的规律。2这些规律被称为孟德尔遗传定律。孟德尔推测,一些看不见的因素(基因)携带着决定所有生物体特征的信息。
1869年,在德国图宾根进行研究的一名医生弗雷德里希·米歇尔发现了DNA的第一个实物证据。3米歇尔当时正在化验克里米亚战争中受伤士兵绷带上的脓液。他发现了一些不寻常的物质,并且相信这些物质来自细胞内部。他将其命名为核素。12年后,即1881年,米歇尔以前的教授、德国生物化学家阿尔布雷希特·科塞尔觉得有必要更加仔细地研究这些发现。科塞尔发现核素是由脱氧核糖核酸构成的,并创造了“DNA”这个术语。1910年,他因为这一发现获得了诺贝尔奖,成了因研究DNA而获得诺奖的第一人。
然而,DNA的真正本质在接下来的71年里依然是个谜。1952年,伦敦国王学院的罗莎琳德·富兰克林拍摄了第一张高分辨率的DNA照片。
在这些图像的指导下,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克第二年在剑桥大学研究出了DNA的结构,有效地破解了“生命密码”,并因此在1962年为DNA研究赢得了第二个诺贝尔奖。在此之后,成千上万的科学家涌入DNA研究领域,以揭开我们之所以成为人类的源代码的秘密。
1990年,人类历史上最雄心勃勃的科学事业之一——人类基因组计划——开始了。这项浩大的工程涉及美国、法国、德国、西班牙、英国、中国和日本的20多所大学,以及美国国立卫生研究院和一家名为“赛雷拉基因组”的私营公司,目标是绘制出人体每一个基因的图谱。
2003年4月14日,有关人士宣布,整个人类基因组已经被正式测序完毕,比15年的期限提前了两年。这一里程碑式的成就是由两位开拓性的科学家弗朗西斯·柯林斯和克雷格·文特尔领导的。4从那时起,基因组的完整测序已经不再局限于人类,也包括其他物种,如黑猩猩、狗、老鼠,甚至青蛙。
DNA科学
DNA的源代码是用四种化学物质的首字母编写的:A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)和G(鸟嘌呤)。螺旋梯的台阶由这些字母(A-T和C-G)的不同组合组成。这些配对可以编码指令,合成一种完全蛋白质[1],而配对的序列便是我们所熟知的基因,类似于螺旋楼梯上的一组台阶。这些基因合在一起,就构成了人体制造一万种蛋白质时所需的各种指令,只有这样人才能生存下去。
令人惊讶的是,你体内的每个细胞都知道如何读取这段源代码。细胞利用这些代码,将其下载到细胞机器中,然后这台机器就会像一台微型3D打印机一样,根据这些代码制造蛋白质。这些蛋白质产生的过程悄然无声,发生在你生命中的每分每秒,从你母亲怀你直至你离开这个世界。当你听到“人类基因组”这个词时,它指的是由DNA组成的完整的基因集合,在你的一生中,这些基因是为你的身体所需要的东西进行编码时所必需的。
要想知道基因组如何保持健康,首先要考虑自己体内令人惊诧的DNA数量。每个细胞都含有约6英尺长的DNA,它们缠绕成一团,形成被称作染色体的紧密包裹体。每个细胞的细胞核内有46条染色体(23条来自母亲,23条来自父亲)。如果你把体内所有细胞(目前估计有37.2万亿个)的DNA拉直,并让它们首尾相连,你将拥有一条420亿英里长的基因高速公路。5这是从地球到冥王星距离的近10倍!真正有趣的是:这条DNA超级高速公路中只有3%真正构成我们的基因,另外97%的DNA是作为空中交通管制员,指导身体如何使用这些基因。
在一个繁忙的机场,训练有素的空中交通管制人员需要确保飞机的安全起飞和降落,同样,DNA功能的精确性是绝对必要的。错误可能带来致命的后果。源代码一旦被破坏,细胞内的3D打印机便会产生过多有害的蛋白质或产生过少有用的蛋白质,甚至会产生完全错误的蛋白质或有缺陷的蛋白质。这些错误可能会产生可怕的后果,就像空中交通管制人员的错误引导可能导致事故甚至机毁人亡一样。
DNA损伤的危险
不幸的是,我们的世界对DNA来说真的是一个非常危险的地方。许多外部因素构成了威胁,因为它们可以扰乱和破坏我们的源代码。尽管许多危险是由工业造成的,但并非所有的威胁都是人为的。事实上,对DNA最有害的因素之一就是紫外线辐射——阳光。你出门时是否总是记得涂防晒霜?研究表明,如果不加防护,来自太阳的有害的紫外线辐射会穿透我们的皮肤,每小时能在我们的DNA中造成10万种损伤。6在沙滩上躺了一会儿后回到室内并不意味着辐射对你DNA的攻击已经结束。
耶鲁大学的科学家们已经证明,即使在阳光照射结束之后,这种损害也仍在继续。皮肤中的黑色素之所以会吸收辐射并让你变黑,其实是因为它通过一种叫作化学激发的过程来储存能量。一旦你进入室内,这种被抑制的能量就会被释放出来,即使你不在阳光下,而是在室内纳凉,这个过程仍会在3个多小时里持续对你的皮肤细胞造成DNA损伤。
当然,在海滩上晒太阳对健康有害,但还有其他潜在的方式使阳光对你的DNA造成破坏。如果在你早晨乘车上班时,太阳透过风挡玻璃照进来,那么紫外线会在你乘车的整个过程中损害你的DNA。人们更加没有意识到的是乘坐飞机时的情况。你每次坐飞机都涂防晒霜吗?你应该涂。加州大学旧金山分校的研究人员在《皮肤病学纪要》期刊上发表了他们在2015年进行的一项研究,结果表明如果飞行员在3万英尺的高度飞行1小时,他们透过座舱窗户受到的紫外线辐射等同于在日光浴沙龙里待20分钟。8与直觉相反,多云的天气使情况变得更糟。对飞行员和乘客而言,云层只是将他们头顶的辐射反射回机身,这样反而增加了DNA损伤和黑色素瘤的风险。
太阳并不是唯一的威胁。破坏性的辐射也从地面散发出来,以氡的形式存在,氡是一种由地下室进入家庭的无味天然气。地球上不同的地方会释放出不同水平的氡,它是一种破坏DNA的看不见的家庭入侵者。
事实上,氡是非吸烟者患肺癌的头号原因。9如果你吸烟(你不应该),你在家里吸入的氡会增加由香烟引起的肺癌风险。
很显然,烟草烟雾对DNA是有毒的。据估计,从香烟烟雾中吸入的化学物质高达4000种,其中有70种已被证明是致癌物质,包括苯、砷和甲醛。10吸入这些化学物质没有任何娱乐或镇静作用,而是会让你全身都出现炎症反应。坏消息是,即使你不吸烟,也难以避免二手烟,而它对不知情的朋友、家人、同事,甚至宠物的DNA都有同等的危害。
地毯、新车和普通家用产品(洗甲水、洗发水和油漆)中的化学物质也会释放出可溶解的气体,破坏DNA。如果你驾驶一辆使用汽油的汽车,当你加满油箱时,你吸入的是含有苯的烟雾,而苯会损害DNA。
当你在加油站时,逆风站立是明智的。
研究表明,这些损害DNA的有毒物质甚至会影响后代。例如,父亲精子中的DNA可能受到有毒化学物质的影响,如双酚A(用于制造塑料)、邻苯二甲酸二乙酯(用于制造荧光棒)和镉(存在于陶瓷釉和香烟烟雾中)。这些暴露通过表观遗传机制改变精子中的基因,而这种改变可以传递给他的后代。12同样,有毒化学物质,如苯(存在于石油中)、四氯乙烯(用于干洗),以及母亲在怀孕期间可能接触到的香烟烟雾都会在胎儿的DNA上留下痕迹,并将持续存在于孩子的余生。
DNA损伤会使你生病甚至死亡,但是DNA有一个主要的指令:尽可能原封不动地从一代传到下一代。为了确保完成这一使命,DNA有防御机制来对抗有害的暴露。让我们来看看这些防御机制,因为我们会在第九章了解到我们所吃的东西是如何强有力地增强这些机制的。
DNA的第一道健康防御:DNA修复
每天发生的DNA损伤的数量是惊人的,但是我们的DNA已经在它成为问题之前修复了大部分的损伤。多亏了机体天然存在的自我修复酶,据估计,每1000个被引入我们DNA的错误只有不到1个会成为永久性突变。这些酶工作时表演了一支分子水平上的错综复杂的舞蹈。它们的修复能力被设计得很完美,恰好能够修复DNA独特的结构。
回想一下,在正常DNA的每一条链中,构成双螺旋结构的螺旋梯的每一个“台阶”都包含两个分子。DNA对这些分子的配对有严格的规则。
A总是与T配对,C总是与G配对,这叫作碱基配对。一些常见的DNA损伤扰乱了这些配对。在每个细胞中,C每天大约有100次会自发转变成一种不同的化合物,形成不符合规则的配对。暴露在太阳的辐射下是另一个触发因素,可以导致两个T分子粘在一起,产生一组异常的无法正常工作的化学连体双胞胎。自由基也会造成严重的损伤。这些天然化学物质含有高度不稳定的氧原子,能像化学手榴弹一样向周围释放能量,破坏正常DNA的有序配对。
你的细胞里含有修复酶,可以发现并修复这种损伤。当这些酶看到DNA双螺旋的有序结构出现偏差时,它们就会立即采取行动。一旦识别出DNA缺失或受损的部分,这些部分就会被正常的部分取代。就像裁缝在修补一件破损的衣服一样,修复酶将物质进行匹配,并把它缝进去,使其尽可能地无缝。与DNA修复相匹配的物质是从核苷A、T、C、G中提取出来的,它们在双螺旋结构中被以正确的顺序替换。
科学和临床研究表明,食用某些食物可以减少DNA损伤,要么可以提高损伤后修复过程的速度和效率,要么可以在一开始就预防损伤。抗氧化剂通常被认为是DNA的保护者,营养补充剂行业已经对它们的好处进行过大力宣传。是的,抗氧化剂可以通过中和漂浮在我们血液中的自由基来帮助预防损伤,但它们无法在损伤发生后帮助DNA。在这一点上,我们需要DNA修复机制。我们将在第九章探讨影响DNA保护和修复的食物,包括使用抗氧化剂促进健康的新方法。
当DNA修复系统开始工作时,细胞知道它必须限制已经发生的任何损伤所带来的连锁反应。因此,它会抑制细胞复制自己(包括它们的DNA)的周期。这就确保了受损的DNA不太可能被遗传。如果有太多的损伤需要修复,细胞就会通过一个叫作凋亡的过程触发自身的死亡。
凋亡是一个特殊的自我毁灭程序,当细胞无法在体内发挥功能时,它就会诱发细胞死亡。
值得一提的是,生物技术公司正在探索利用细菌的DNA修复过程,为人类、植物,甚至昆虫的一系列疾病创造新的基因治疗方法。这就是所谓CRISPR(读起来像crisper),即“成簇间隔有规律的短回文重复序列”。CRISPR天然存在于大约50%的细菌中,作为细菌自身防御系统的一部分,它被用来切断和移除外来的基因元素。科学家们发现,这种切割机制可以用来“编辑”人类基因。换句话说,它可以如外科手术般切除患病基因,使其异常功能失去活性,从而利用生物技术使正常健康的基因取代它们。当CRISPR系统在2012年被发布时,它立即改变了遗传学行业,因为它比任何其他已知的基因修饰系统都更精确,适应性更强,也更灵活。尽管使用CRISPR治疗人类疾病的前景才初现曙光,但它已经被用作研究基因工程的强大工具。
DNA的第二道健康防御:表观遗传变化
与普遍的看法相反,你的基因在出生时并不是固定的。虽然你的DNA代码本身不会改变,但特定的基因可以根据你在环境中遇到的情况而开启或关闭。这包括你在一生当中吸入、触摸和吃的东西。基于这种现象,DNA还有另一种保护健康的方式:表观遗传学(epigenetics)。
希腊语前缀epi的意思是“在”“在上面”或“附近”,你可以把这些环境影响看作那些控制基因表达或基因的蛋白质生成功能的因素。
表观遗传学回答了为什么我们体内的每个细胞都有相同的DNA,但我们却有那么多不同的细胞,而且它们还具有不同的功能。每个细胞周围的组织环境因器官而异。例如,心脏细胞表达的基因能够使它们产生电流,引发心跳并将血液输送给身体各部位。心脏中的基因受心脏细胞周围微环境的影响。位于人类眼睛后部的视网膜细胞利用它们的DNA合成识别光线的蛋白质,并传递一种信号,我们的大脑将其理解为视觉。
视网膜细胞受周围环境的直接影响,也受光本身的影响。值得注意的是,心脏和视网膜细胞使用完全相同的DNA源代码,但它们使用的部分不同,这是由它们器官的微环境和DNA需要完成的功能决定的。
表观遗传表达是不固定的,即使在同一个器官中也是如此。你的DNA对来自身体内外的外部影响做出反应,这种反应取决于环境。压力、专注力、睡眠、锻炼和怀孕只是少数有表观遗传影响的内部环境。
无论是好是坏,你吃的食物和喝的饮料都属于能从表观遗传学的角度改变你DNA活动的外部影响。在植物性食物、茶或咖啡中发现的生物活性物质可以对你的DNA产生积极的影响。在高度加工的食品中发现的化学物质也会影响你的DNA,但产生的却是负面的影响。正是由于表观遗传学,有益基因才可以被扩增,有害基因才得以被阻断。
表观遗传变化的形式
饮食和环境可以引起表观遗传的改变,但要理解这是如何发生的还很困难。甲基化和组蛋白修饰是表观遗传变化的两种形式。借助这两种机制,DNA能保护我们的健康,方法就是激活正确的基因,或不激活错误的基因。我们先来看看甲基化。
记住对螺旋梯的描述:楼梯的两条平行边是DNA的主干,而“台阶”由连接两条边的字母配对A-T或C-G组成。这些配对就像拉链上的链牙,沿着整个DNA前行。当使用DNA时,特殊的细胞机器会拉开DNA 的拉链并读取其中的链牙,而链牙则含有制造蛋白质的源代码指令。甲基是一个化学簇(科学迷们可能知道它的写法是CH3),它可以在读取时被扔进拉链里。这叫作甲基化。甲基化改变了细胞读取DNA指令的方式。当很多甲基被扔进链牙里就会发生高甲基化,产生干扰或某种DNA 损坏。拉链再也无法在那个区域被读取,因此那个DNA片段所负责的蛋白质都不能被制造出来。在出现有害蛋白质的情况下,这种表观遗传变化可以阻止该蛋白质的生成,这是一件好事。与大多数的生物学现象一样,也可能发生相反的情况,即低甲基化。这是指通常包裹着基因的甲基被移除的情况。突然间,拉链的那部分就自由了,基因可以制造很多蛋白质。如果现在释放的是有益的蛋白质,比如抑制癌症的蛋白质,那自然是一件好事。
组蛋白修饰是科学家们正在讨论的表观遗传变化的另一种形式。像甲基化一样,这种修饰可以使某些基因变得更可用或不那么可用。组蛋白是细胞内折叠成球状结构的蛋白质,DNA就缠绕在这些组蛋白周围。
一条DNA链有多个组蛋白,所以这条DNA链就像一根攀岩绳,绑着厚厚的组蛋白结。特殊的酶可以帮助DNA从组蛋白结上解开,这样蛋白质生成机制就可以读取源代码。名为乙酰基的化学基团可以被添加到组蛋白中(乙酰化)或被从组蛋白中移除(脱乙酰作用),从而改变组蛋白的形状。
其结果是不同的基因可以被暴露或隐藏,从而使细胞产生更多或更少的蛋白质。无论是隐藏还是暴露这些基因,其本身都不会对你的健康产生影响。最终的效果取决于特定的基因,以及它们产生有益的蛋白质还是有害的蛋白质。如果一个基因产生有益的蛋白质,比如肿瘤抑制基因,那么解开DNA就能保护你的健康。如果一个基因会产生有害的影响,那么将它重新包裹起来也能给健康带来益处。
第三个表观遗传变化与微RNA有关。虽然DNA包含蛋白质的实际源代码,但在制造蛋白质的过程中,代码(DNA)首先需要被转换成一种被称为RNA的模板。RNA才是真正负责制造蛋白质的。但是有一组特殊的RNA叫作微RNA,它们漂浮在主RNA模板周围,并与其相互作用,控制有用蛋白质的生成。人们认为,微RNA至少控制着30%的制造这些蛋白质的基因。
让我们尽可能简单地总结一下表观遗传学:
■ 甲基化抑制基因,阻止蛋白质的生成;去甲基化帮助基因合成蛋白质。
■ 乙酰化可以解开DNA,让基因合成蛋白质;脱乙酰作用使链条变紧并隐藏DNA,因此产生的蛋白质更少。
■ 通过干扰RNA模板,微RNA可以选择性地关闭特定蛋白的合成。
表观遗传对DNA的影响是一个热门的研究领域,尤其是在饮食方面,但在我告诉你食物会引发什么变化之前,看看其他生活方式如何通过这些变化来影响我们的基因,也能给我们带来一些启发。
大多数健康的活动都会产生积极的表观遗传变化,我们现在意识到它们正是通过我们的基因给我们带来好处的。例如,运动能引起表观遗传改变,使我们的基因释放出来,生成有用的蛋白质,用于构建肌肉,提高心脏的泵血能力,生长出新的血管来帮助肌肉扩张,并降低血脂。16运动引起的其他表观遗传变化可以阻止有害基因。游泳、短跑、间歇训练和高强度步行后可以看到这些变化。
在实验鼠身上进行的研究表明,运动可以提高大脑中DNA的活性。
这是因为组蛋白乙酰化的表观遗传变化释放了DNA,所以更多的蛋白质可以被制造来维持大脑健康。18运动对DNA的影响远不止锻炼者自身的健康。锻炼可以影响男性的精子,从而影响他们的后代。哥本哈根大学的一项临床研究分析了由一名持证上岗的教练带领大家训练1小时动感单车课程后对表观遗传的影响,该课程每周上5天,持续6周。研究人员观察了运动对20岁出头的健康男性志愿者的精子的影响,他们分别在研究开始前、动感单车练了6周后和3个月不运动后这3个时期收集了这些男性的精液,并对其中的精子进行分析。该动感单车课程使得一个基因组热点出现持久性的表观遗传变化:精子DNA负责未来胎儿大脑功能和神经系统发育的特定区域。19因此,一个男人的日常锻炼可能对他孩子的大脑健康有益,这一影响甚至早在怀孕之前。
晚上睡个好觉会引起DNA的表观遗传变化,熬夜也是如此,但一个是好的,另一个是坏的。冰岛大学和瑞典乌普萨拉大学的研究人员对16名20多岁的健康男性进行了一项研究,在他们睡了8小时(睡得很好),紧接着又熬了一整晚(通宵)之后,对他们的DNA进行了检测。
研究人员分别在他们当晚就寝前、睡了8小时或熬了一个通宵之后第二天吃早餐前采集了他们的血液。
该研究表明,睡8小时会激活脂肪代谢和预防肥胖的基因,而睡眠不足会干扰这些基因。20睡眠不足或睡眠时间过短会使儿童肥胖的风险增加45%。21睡眠的表观遗传效应是深远的。从表观遗传学的角度来说,一个晚上的睡眠剥夺会干扰多达269个基因,阻止它们被用来制造蛋白质,其中包括一个抑制肿瘤的基因。这是一件坏事。当你抑制一个阻止癌症发生的基因时,这可能会增加你形成肿瘤的风险。
冥想会带来有益的表观遗传变化,从而降低与炎症相关的基因的活性。23另一方面,从表观遗传学的角度来说,压力会释放出与炎症相关的DNA。24经历过严重创伤和创伤后应激障碍(PTSD)的人,其DNA 中有许多有害的表观遗传变化。
环境危害与患有癌症、自闭症、抑郁症、精神分裂症、阿尔茨海默病、自身免疫病、糖尿病、炎症性肠病、肥胖症,以及其他一系列严重健康问题的患者的表观遗传变化有关。当然,减少接触任何可能产生有害表观遗传效应的物质是很重要的。与此同时,饮食干预可以利用身体在积极的表观遗传变化方面的能力,激活有益于健康的基因。
DNA的第三道健康防御:端粒
端粒是DNA防御装置的第三部分,是染色体上DNA两端的保护帽,帮助维持染色体的结构,防止它们粘在一起。端粒对保护我们的DNA至关重要,一种叫作端粒酶的酶一直在起作用,修复端粒,因为端粒会随着年龄的增长而自然变短。2009年,加州大学旧金山分校的伊丽莎白·布莱克本因端粒研究获得诺贝尔奖,这是第三个与DNA研究相关的诺贝尔奖。布莱克本发现,如果没有端粒酶,端粒会迅速缩短,DNA 得不到保护,细胞迅速衰老并死亡。26在2017年的一次TED演讲中,她精彩地讲述了自己做的工作。
然而,在我们后来的生活中保持长而健康的端粒的基础是在我们的童年早期打下的。加州大学旧金山分校的研究人员进行的一项研究表明,母乳喂养可以增加孩子端粒的长度。121名儿童中,与用配方奶粉喂养的儿童相比,婴儿时期完全由母乳喂养的儿童在学龄前(4~5岁)
的端粒更长。27这显示了端粒效应的持久性——母乳喂养的益处在孩子断奶和食用固体食物后仍能持续数年。
另一方面,端粒在人们衰老的过程中不可避免地会变短。对65岁以上人群的研究表明,端粒较短的人比端粒较长的人死得早,因此一些研究正在调查是什么行为加快了端粒的缩短。28吸烟、高压力、睡眠不足和缺乏锻炼会加快端粒帽的磨损,降低端粒酶的活性。
令人着迷的是,活到100岁的人拥有异常长的端粒。292008年的这一发现促使人们开始研究生活方式和饮食如何延长端粒长度。这些发现是毋庸置疑的。至于生活方式,经常锻炼与端粒较长有关。30放松可以增加端粒酶的活性,保护压力大的人的端粒。研究人员甚至还对放松的方式进行了比较。例如,做克利亚瑜伽比听弛放音乐更能保护你的端粒。31迪安·奥尼什与布莱克本合作,在2008年的《柳叶刀·肿瘤学》上发表了他们具有里程碑意义的研究成果。该研究表明,生活方式的全面改变可以改善前列腺癌患者端粒酶的保护作用,其益处在5年的后续研究中一直保持着。32我与迪安的合作研究表明,除了影响端粒酶,生活方式的改变还在有利于抑制癌症的血管生成蛋白中产生了表观遗传效应。人们再一次发现健康防御系统中的积极变化是相关联的。
对端粒的影响中,饮食是最有力的因素之一。回想一下对因母乳喂养而端粒较长的儿童进行的研究。在研究其他饮食的影响时,研究人员发现端粒也有可能缩短。这是一个负面影响。他们发现,从4岁开始喝汽水的孩子的端粒缩短了,而对比不经常或根本不喝汽水的孩子,那些一周喝4次或更多次汽水的孩子的端粒更短。33母乳喂养和汽水对端粒的影响只是我们发现饮食如何影响DNA健康防御系统的开始。我们将在第九章中看到,真正有趣的发现在于,某些食物,如大豆、姜黄和咖啡,可以释放保护基因,同时减弱有害基因的影响。一些饮食模式有助于保护和延长我们的端粒,包括地中海饮食和基于它的类似饮食。然而,在我们深入研究这些食物之前,我还要向你介绍另外一个健康防御系统:免疫系统。
注释:
[1]含有的必需氨基酸种类齐全、含量充足、比例适当,因而能够维持生命和促进生长发育的一类蛋白质。
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