定义老化的最佳生物标记 — 端粒 (Telomere)

长寿一直是人类的梦想，而如何延缓老化，更是许多学者专家持续不断研究的议题。人们常用身体感受与外观改变来定义自己是否老化，缺乏一个标准去得知老化的程度，而端粒就是那最佳的生物标记 (Biomarker)。

1941 年，一位美国的细胞遗传学家 — Barbara McClintock 偕同他的研究伙伴发现了端粒，也在 2009 年时共同荣获了诺贝尔生医奖的殊荣。端粒位于染色体的末端，他就像是鞋带末端的塑胶套保护棉线不松开一样，保护了染色体的完整性。

为什么我们需要端粒呢 ? 首先要先解释 DNA 复制时的末端问题 (End replication problem)。细胞要分裂，就需要DNA 的复制，DNA 聚合酶在合成新股 DNA 时必须要符合 3’ 端到 5’ 端的顺序，但 DNA 两股的方向是相反的，因此其中一股必须需等待 DNA 解旋酶解开了一段以后，才能接上 RNA 引子 (RNA primer) 开始复制，也因为如此会产生许多冈崎片段 (Okazaki fragment)，DNA 复制完以后，RNA 引子会降解，再由 DNA 聚合酶补齐这个空缺，完成复制。这样的机制在复制末端则会产生一个很大的问题：最后一个 RNA 引子降解后，在 5’ 端的位置没有前一个核甘酸可以让 DNA 聚合酶延长，补齐空缺，因此每复制一次，DNA 的序列就会变短一点，而端粒就是生物在演化上为了解决这个问题而存在的结构，使每一次的减短，都不会影响到真正带有遗传资讯的部分。

延伸阅读：首次解析出端粒酶结构！抗老化及抗癌的新时代来临？

随着细胞分裂次数越多，端粒长度则会越来越短，当端粒消耗殆尽时，也就无法再保护染色体的完整性，会有染色体不稳定 (Chromosome instability) 的现象，这是基因突变的高风险因子，因此细胞会开始透过 p53、p21 等传递讯息，走向老化 (senescence) 或凋亡 (apoptosis)。因为有这样一个机制的存在，细胞分裂次数就会有一个极限，当次数到达时，就是老化之时。

年龄	端粒长度
新生儿	10,000 base pair
35岁	7,500 base pair
65岁	4,800 base pair

我们都需要细胞再生，血球细胞、消化道细胞、皮肤细胞、肺部细胞、头发细胞、血管内皮细胞、干细胞等都需要不断再生才能够维持身体机能，因此这些细胞内含有“端粒酶”能使端粒的长度延长，维持动态的变化，同时能保有适度的细胞分裂。

随着年纪增长，除了外表上的变化外，总会伴随着老化相关的疾病发生。一位哥本哈根大学的教授 Stig Egil Bojesen 从 1991 年开始主持了一场端粒长度与死亡率的研究，为期了 22 年，招募了 64,637 名受测者，他利用 qPCR 的技术测量受测者的平均白血球端粒长度，当中有 7,607 名受测者在研究期间因癌症或心血管疾病等因素而离世。研究结果发现端粒长度越短者，死亡率越高，并且当端粒长度少了 69 个碱基对时，死亡风险会高出约 1倍。[1] 举个例来说，当血管内皮细胞内的端粒长度过短，没有办法在血管遭受破坏时及时透过细胞分裂来修复，因此造成心血管疾病的罹患率大增。

但好消息是：我们可控制端粒延长！

近年来有非常多的研究发现，良好习惯生活者平均白血球端粒长度较长，良好的生活习惯包含：

运动、体重管理 [2]
适时纾压 [3]
补充omega-3 [4]
补充维生素D [5]
食用地中海饮食 [6]

我们要明白，在分子机制上端粒的延长有两种情况，一是端粒酶活性增加，促使端粒长度延长，称为“真实延长(actual lengthening)”；第二种情况被称为“假性延长 (Pseudo-telomeric lengthening)”，是由于细胞种类的比例分布改变所造成，例如初始细胞 (naïve cell) 比例的增加，使平均白血球端粒长度增加，因为初始细胞的端粒长度较记忆细胞 (memory cell) 来的长。研究也有指出运动同时能够使端粒实际长度延长，也能够增加初始细胞的数目。[7]

过去我们早已知道上述的生活习惯可以为我们带来更健康的身体，但都只是借由生化指标 (例如三酸甘油脂、胆固醇、尿蛋白等) 或是身高体重去量测，现在我们终于可以从最根本的细胞，厘清生活习惯与身体机能的关系。相信大家常常问自己一个问题：我平常的运动量/保养量是否足够? 有了现代的科学，我们就可以用全新角度的看待健康，透过端粒指数知道细胞年龄是否有比较年轻，让健康指标更有依据，使我们有个更健康的人生。

文 / Yi Ping Liu

参考文献：
1. Rode L et al. Peripheral Blood Leukocyte Telomere Length and Mortality Among 64,637 Individuals From the General Population J Natl Cancer Inst. 2015 Apr 10;107(6):djv074.
2. Nicole C. et al. Physical activity and telomere length: Impact of aging and potential mechanisms of action Oncotarget. 2017 Jul 4;8(27):45008-45019
3. Xiao Wang et al. Leukocyte telomere length and depression, anxiety and stress and adjustment disorders in primary health care patients BMC Psychiatry. 2017 Apr 24;17(1):148.
4. Ramin Farzaneh-Far et al. Association of Marine Omega-3 Fatty Acid Levels With Telomeric Aging in Patients With Coronary Heart Disease 2010 Jan 20;303(3):250-7.
5. Brett M. Hoffecker et al. Systemic Lupus Erythematosus and Vitamin D Deficiency Are Associated with Shorter Telomere Length among African Americans: A Case-Control Study PLoS One. 2013 May 20;8(5):e63725.
6. S Garcı´a-Calzo´n1 Longitudinal association of telomere length and obesity indices in an intervention study with a Mediterranean diet: the PREDIMED-NAVARRA trial Int J Obes (Lond). 2014 Feb;38(2):177-82.
7. Simpson RJ et al. Exercise and the aging immune system. Ageing Res Rev. 2012 Jul;11(3):404-20.

分享此文：