衰老理论和衰老学说

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1、衰老理论和衰老学说目录衰老学说概述衰老学说研究自然交联学说及其对经典生命难题的解释生物分子自然交联学说与其他衰老学说其他衰老学说简介衰老理论和衰老学说 无论是英汉词典还是汉英词典， “理论”和“学说”的英文释义 都是“Theory”，这说明理论和学说在英文语境中没有明显的差异。与英文不同，中文 语境中理论等同于真理；学说则相等于假设。 因此，用中文评价衰老说，就应当区 分理论和学说两种类型。本文尝试以理论和学说为两极，理性分析现在流行的各种衰 老学说，希望能折射它们在这一直线座标系的相对位置及其到达理论顶点的“距离”。衰老学说概述自 19 世纪末应用实验方法研究衰老以来，先后提出的学说不下数十

2、种，有些学 说已被否定（如大肠中毒说），近年来比较流行的有代表性的学说大致有：程序衰老 说、密码子限制说、 DNA 修复缺陷说、生物分子自然交联学说、免疫机能退化说、 大分子交联说、神经内分泌学说、体细胞突变学说、自由基学说、交联学说、生物钟 学说、基因调节学说（细胞分裂速度逐渐减慢最终停止说）、剩余信息学说、衰老的 免疫学说、端粒学说、基因阻遏平衡论等十几种。毫无疑问，这些学说的许多观点是正确的，由于生命过程太过繁杂，研究者的观 察角度不同、位置不同以及研究方法的不同，得出的结果就会不同，准确程度也就不 同。就象饮水思源，长江的源头在哪里？虽然模糊了几千年，直到 1978 年才得出至 今仍存

3、争议的沱沱河，即使沱沱河就是长江源头，那么汇聚成沱沱河源头的山涧哪一 条最长？离长江出口最远的一股泉水出自长江上游的哪一条山沟！至此，我想传统意 义的饮水思源到此可以为止了；如果要寻找更深层次的源头，应该还可以追溯到某个 山顶的某一颗树，那么这树上的水又是哪里来的呢？于是会追溯到某一团云彩，会追 溯到生成这一团云彩的是某某水，会追溯到水的物理循环、水的理化性质。这许多因 素中对我们饮水思源最重要的是什么呢？从社会层面说我们应该饮水不忘挖井人， 从 更深层次我们应该感谢自然界赋予水的自然属性， 是水的理化性质和自然环境以及地 形地貌、万有引力等多种因素的相互作用，才得以形成清澈的山泉，汇聚成奔腾

4、的长 江，周而复始，永不枯竭。虽然我们不希望把衰老的原因描述成一个哲学问题，但是 让我们带着哲学的思维方式来探讨这个问题是必须的，在饮水思源的例子中，长江之 水永不枯竭的原因有多种，但最核心的原因还是水的自然属性，正所谓外因通过内因 起作用。生物的衰老也是如此，有很多种衰老的原因：有内在的原因、也有外在的原 因。因此，一切有意义的衰老学说所证明的原因应该也不会超出内因和外因这样两种类型，内因是本质性的是由生物分子的自然属性所致，外因是环境因素包括一些有关 的自然规律。只有内在的衰老原因才能说明生命的全过程并合理地解释所有正确的衰 老学说。水在地球的自然环境和万有引力定律的作用下形成奔腾不息的河

5、流，铁和 铜 等其他物质却不能！可以充分说明内因的重要性和关键性。因此，尽管衰老原因或者 衰老学说有很多种，我们应该研究它是否内因性和是否关键性！是否能把其它原因和 正确的衰老学说合理地 “串”起来。以下对几个重要的学说进行分析。 衰老学说研究根据以上观点可以将衰老学说分为内因驱动和非内因驱动两种类型， 这种划分实 际上可以将两种类型作为一条直线座标的两极， 各种衰老学说将依据其内因所占的比 重分布在这一直线座标的相应位置。毫无疑问，内因是深层次的原因，越是“内因 ”的越有可能接近衰老原因的本质和核心，也就是说，在直线座标系中，越接近内因极点 的衰老学说越可能接近衰老的本来面目。我们认为，生物

6、分子自然交联学说、交联说和大分子交联说是比较典型的内因驱 动型衰老学说；自由基学说则是比较典型的非内因驱动型学说，它把环境的因素作为 衰老的主要动力；程序衰老说及免疫机能退化说等也可以划入非内因驱动一类，它们 大多把衰老过程的一些现象或衰老的中间环节作为衰老的原因提出来并加以论证。 在 上述的内因驱动型的三个学说中，都强调分子交联是生物衰老的主要原因，从各方面 看，其中比较完善的是生物分子自然交联学说，在生物分子自然交联学说的相关论文 中是这样描述的，生物分子的自然交联是一种自然运动，它与其它的物质运动具有相 同的一面。在自然界，各种无机物总是以相对稳定的形式存在，这种稳定形式就象天 体运动一

7、样，是遵循一定的自然规律经过漫长的相互作用和演化达成某种平衡而稳定 的一种状态。这种状态和现象的普遍性说明各种物质都具有使自身与环境达成平衡而 稳定的一种趋势，生物分子的自然交联就是这一趋势在有机生物界的反映。显而易见，生物分子自然交联学说用生物的衰老运动引证了生物分子的自然运 动，用生物分子的自然运动提出并引证了自然界的万有趋衡规律， 所谓万有趋衡规律， 就是首次出现在生物分子自然交联学说有关论文中的一种思想，即：在任一体系（包 括自然的和人为的）中，各种物质都具有使自身与所处环境达成平衡而稳定的一种趋 势，当一个平衡被打破即意味一个新的平衡又开始，当一个小体系的平衡被打破即意 味一个大体系

8、的趋衡又开始。我们观察自然界的任何事物，无一不遵循这样一种万有 趋衡规律，如：化学反应总是向生成较稳定的物质或达成平衡的方向进行；天体运动 也是在各种力量逐渐平衡后才形成现有的相对稳定的体系。地球的地壳运动、地震是 地球应力趋衡的一种表现， 从地球形成到现在， 由大陆的剧烈漂移到现在的偶发地震， 是一个逐渐平衡逐渐稳定的过程，人类对地球应力破坏的积累，也许是地球地震频发 的原因。也许可以毫不夸张地说，万有趋衡规律是最基本的自然规律之一，自然界的 一切行为和一切现象也许就是无数种各自趋衡、反复趋衡和整体趋衡的外在表现。温 度在介质中的传递直至达成平衡，也可映证这样一种思想。因此，体系是否达成平衡

9、 可以从温度、力学、相对化学活性、生物学因素等几个对平衡有着重大影响的主要方 面加以衡量。生物体作为一个相对独立的体系，各种生物分子是这一体系中的主要物质，从物 质层面来说生物分子上的活泼基团的化学活性具有与其他活泼基团反应使双方活性 趋零而平衡的一种趋势。因此，活泼基团之间的反应随着时间推移使生物分子间键能 增加，即进行性自然交联，逐渐高分子化，生物分子上的活泼基团也相应减少直至丧 失。这种变化使生物分子的生物学活性逐渐减低直至消失。生物分子保持一定的生物 活性是各种生命体维持生命活力的分子基础， 所以生物分子万有趋衡作用的最终结果 是生物分子渐进性失去生物学活性使生物体衰老死亡， 死亡生物

10、体的相对独立体系被 打破，其物质进入一个较大体系进行新的趋衡作用。这种衰老学说的主要外因是万有 趋衡规律，内因是生物分子在外因作用下的进行性自然交联，因而称为生物分子自然 交联学说，是由我国学者张先凡先生于一九九七年提出的。 自然交联学说及其对经典生命难题的解释生物分子自然交联学说是一个阐述生物生长、发育、衰老及其分子机理和相互关 系的学说。由我国科技工作者张先凡先生提出，其阐述这一学说的主要论文“试论生物表型变化与分子交联 ”发表于生物科学进展 1997 年 第一卷 第一期 ，此后曾 参加 1998 年第十八届国际遗传学大会。衰老的 “生物分子自然交联学说 ”认为：生物衰老的根本原因是各种生

11、物大分子中 化学活泼基团相互作用而导致的进行性分子交联。 该学说在论证生物体衰老的分子机 制时指出：生物体是一个不稳定的化学体系，属于耗散结构。体系中各种生物分子具 有大量的活泼基团， 它们必然相互作用发生化学反应使生物分子缓慢交联以趋向化学 活性的稳定。而随着时间的推移，交联程度不断增加，生物分子的活泼基团不断消耗 减少，原有的分子结构逐渐改变，这些变化的积累会使生物组织逐渐出现衰老现象。 基因 DNA 的这些变化一方面可能会表达出不同活性甚至作用彻底改变的基因产物， 另一方面还会影响RNA聚合酶的识别结合，从而影响转录活性，表现出基因的转录 活性有次序地逐渐丧失，促使细胞、组织发生进行性和

12、规律性的表型变化乃至衰老死 亡。生物分子自然交联说论证生物衰老的分子机制的基本论点可归纳如下：其一，各 种生物分子不是一成不变的，而是随着时间推移按一定自然模式发生进行性自然交 联。其二，进行性自然交联使生物分子缓慢联结，分子间键能不断增加，逐渐高分子 化，溶解度和膨润能力逐渐降低和丧失，其表型特征是细胞和组织出现老态。其三， 进行性自然交联导致基因的有序失活，使细胞按特定模式生长分化，使生物体表现出 程序化和模式化生长、发育、衰老以至死亡的动态变化历程。1 细胞分化和肿瘤起源 前面谈到由于分子交联，基因会逐渐失活。根据有机化学可知，分子交联速度决 定于各分子的化学活性、架构以及环境化学的影响

13、，不同 DNA 分子化学活性的差异， 使基因失活具有了特定的先后次序， 这种次序在一定条件下还会受环境化学影响而改 变成另外一种或几种失活次序。基因按不同次序失活的细胞，各阶段活性基因的组合 不同，这就是细胞分化。细胞按一定方向和一定种类分化是基因与生物体环境相互作 用按一定次序交联失活的结果。当细胞在自身遗传因素或其他如化学药物、病毒、大 剂量高能幅射的作用下，基因原有的失活次序会受到干扰而改变，如果这种改变使某 些必需基因提前失活便会产生对机体有害的影响而发生疾病， 如爱滋病和许多分子病 都可以用这种观点来解释。 我们认为肿瘤的起源是抑制细胞增殖的基因比促进细胞增 殖的基因先失活的结果，认

14、为这两类基因是高等生物基因的正常组分。在正常的自然 交联模式中，总是促进细胞增殖的基因比抑制细胞增殖的基因先失活，这种正常次序 使细胞在分化的同时表现出分裂增殖逐渐减慢直至停止的效应。如果这种次序倒过 来，则促进增殖的基因失去应有拮抗使相应细胞呈现出过度的生长和增殖，过度的生 长和增殖破坏了细胞的发育模式和正常的形态特征，出现肿瘤的表型产生致癌作用。 根据这种见解，抗癌基因的缺失或丧失原有功能的突变具有相同的生物学效应，这是 致癌因素多元化的内在原因。2 生物的衰老和不老的生物在高等生物中，细胞内基因 DNA 按不同次序交联失活，是为细胞分化，这样循 序渐进，失活分子必然全部取代活性分子并发生

15、相应的表型变化，是为细胞衰老，衰 老导致死亡。这是分子交联与细胞分化、衰老死亡的内在联系。在自然界，高等生物 细胞都会逐渐地衰老和死亡 ;而大多数单细胞原核生物具有无止尽地分裂和增殖的无 限生命力，可谓 “不老的生物 ”。这两种不同的生命现象用过去的理论是难以解释的。 根据交联说的原理，生物细胞的寿命与其分裂增殖的速度可能有一定的关联，因为在 一定的自然环境中每种生物分子的交联速度是一定的，如果细胞不分裂或者分裂缓 慢，那么交联失活的分子就不能有效地分散和稀释而在细胞中积累使其比值逐渐增 高，结果使细胞分化，衰老和死亡。当细胞分裂增殖的速度快过分子交联失活的积累 速度时，交联失活的分子被细胞分

16、裂有效地分散在各子细胞中，失活分子的比值就永 远不会增加，细胞也就永远保持原有的生命活力而不衰老。自然界的大多数单细胞原 核生物具有高速分裂增殖的特性， 这是它们不具备有性生殖能力仍能永远延续的必要 条件。就高等真核细胞而言，因生物分子含量高，单位时间内交联失活的生物分子很 多，只有在一定的条件下，当真核细胞的分裂速度达到一定高度使细胞内失活分子的 比例始终保持在某一限度以下时，细胞生命才能表现出无限地延长的特征，例如几种 永久性瘤细胞株（ HeLa ，Land-Schutz 及 Jijoye ）已经繁殖了许多年而没有生命延缓 的证据 4 。遗憾的是这种高速分裂虽然延长了细胞生命，但它损害了真核细胞中 生物分子的交联机制及其自然模式，阻断了细胞的分化和成熟，反而会导致严重问题 使生物体寿命缩短。分化是趋向衰老和死亡的过程， “分化 ”和“永恒”是一对不可调和 的矛盾，它揭示了具有高度细胞分化的生物个体是不可能永久地存活的。种的延续必 须由特殊的过程（生殖）来完成。 生物分子自然交联学说