萌生衰老研究想法

1981年,童坦君留美归国后对国内外的衰老医学研究状况和发展趋势进行了对比分析。当时,国内老年医学基础研究几近空白,即使美国这样的强国,其衰老研究的专门机构也不多,因此,中国在这个领域与美国基本处于同一起跑线。然而,美国衰老医学研究的“起跑”速度却远远快于中国,当童坦君再次赴美时,美国国家级的衰老研究所已有不少成果。他立刻敏感地意识到,如果不及时填补国内在衰老研究领域的空白,我国的衰老基础研究将会很快落后国外一大截。

童坦君第一次赴美的时候,美国国立卫生研究院在巴尔的摩设有衰老研究所。而当时中国的老年医学研究刚刚起步,完全没有形成正式的学科和研究体系,即使已经有不少机构在做肿瘤方面的研究,可是衰老研究在医学界局限于临床医院和保健医院,对老年医学的基础研究尚未开展。

当时我和一同留学美国的吴乘铨教授到一位华侨家里聚会,席间一起聊天、吃晚饭,开始讨论回国之后应该从事哪方面的工作。他们认为,中国人口数量极为庞大,可是衰老研究还没有建立,这么多老年人将来怎么办?

童坦君和吴秉铨达成共识,回国之后要进行老年医学研究。但是归国后,童坦君并没有马上开始老年医学相关研究。因为当时刘思职教授的研究方向主要是肿瘤生化研究,所以他依然在导师的指导下延续研究生时期的肿瘤研究工作。不过一次意外,使童坦君不经意地开始了老年医学相关的实验研究。

1981年的一天,张宗玉利用实验动物小白鼠完成了自己的实验,那是一批年近3岁的小白鼠,这个年龄对于小白鼠来说相当于人类的90岁,按照实验规程,小白鼠本应该处理掉,但是童坦君和张宗玉都觉得有点儿可惜。因为张宗玉不是刘思职的研究生,研究方向不受限制,于是童坦君让张宗玉利用这批衰老的小白鼠做了一些初步的衰老研究实验。1982年,张宗玉正式开始衰老领域的基础研究,成为国内率先开展衰老基础研究的学者之一。

童坦君真正开始做老年医学研究,是在1988年第二次赴美访问回国之后。当时张宗玉正好要出国进修一年,童坦君责无旁贷地接替张宗玉,管理她手下的研究生,因为这些学生的课题均与衰老研究相关,于是童坦君自此正式开始了衰老医学的研究。此前,张宗玉进行的衰老研究主要是整体动物实验。1992年,在童坦君接手衰老研究后,他把肿瘤研究中的分子生物学基因的技术思路引入到衰老研究中,使衰老研究水平有了很大提高。

张宗玉分别于1981年和1991年两次赴美,在美国国立卫生研究院与托马斯杰弗逊大学医学院进行学习访问。两次访问的主要目的均与衰老科学研究有关。

童坦君将科研方向转为衰老研究后,与张宗玉的共同科研经历更加坚定了他们攻克衰老难题的决心。其实,童坦君与衰老医学的结缘自始至终都离不开张宗玉的辅助。志同道合的科研伴侣相携相扶数十载,共同见证了中国学者在衰老研究道路上的艰苦奋斗,也见证了我国衰老基础医学研究的发展历程。

衰老研究的新机遇

21世纪来临之际,童坦君从战略高度对衰老分子生物学的发展前景进行了展望,他认为21世纪必将是中国老年基础医学研究不断深入和发展壮大的机遇期。

首先是技术革新的机遇。分子生物学理论和技术的应用使衰老基础研究从细胞水平深入到了基因水平,基因芯片、核酸定量检测、高通量基因测序、蛋白质组学分析等一系列高新技术手段大大加速了衰老研究的进程。科学家们已从多个物种找到了与衰老有关的基因,如Werner早老综合征由WRN基因突变所致;类似的,郝-吉氏早老症(即HG早老症)是一类幼年期就出现衰老现象的早老症,核纤层蛋白A基因突变是其发病原因之一。童坦君坚信随着新的衰老相关基因的不断发现,衰老基础研究领域对青年科研人员的吸引力会变得越来越强。

其次是研究资源和健康需求的机遇。中国是世界人口第一大国,人们生活水平日益提高,平均寿命不断延长,初步估计中国百岁以上的长寿老人已达万人。一方面,对这些长寿家系以及老年遗传病家系基因资源的保护和利用,将为中国衰老分子生物学研究提供得天独厚的资源优势;另一方面,人们健康保健意识不断增强,抗衰延寿的需求日益强烈。这些都是衰老基础研究的难得机遇,同时也为科研人员取得研究资源和进行科研成果的科普宣传提供了便利。

最后是国家重视与经费支持的机遇。分子生物学离不开先进的设备和昂贵的试剂,是需要高投入的前沿学科;同样地,衰老的分子机理研究作为探索性研究充满了不确定性,同样需要大量的经费支持。令人欣喜的是,投身衰老医学研究的人才队伍不断壮大,科研经费扶持力度不断加强,中国老年医学渐成规模。国家自然科学基金针对衰老基础研究的资助每年多达10余项,其中衰老分子机制研究等项目还连续获得了重点资助。此外,老年性痴呆、帕金森病、糖尿病、骨质疏松等衰老相关疾病研究也已纳入医学科技攻关的范畴。

衰老研究的新挑战

机遇总是与挑战并存。童坦君为在新世纪遇到衰老医学发展机遇欣喜之余,同时也在紧锣密鼓地开展相关工作,准备迎接随之而来的诸多挑战。

衰老研究本身的复杂性是最大的挑战。个体的老化源于其细胞的衰老,科学家们在研究细胞衰老分子机理的过程中逐步意识到,衰老是一个相当复杂的生物学过程,绝不是一个或几个基因能够独立调控完成的。其中,既有加速衰老的“衰老基因”,又有延缓衰老的“衰老抑制基因”,彼此相互协同、相互拮抗,形成错综复杂的调控网络。如何尽快阐明这个神秘的衰老调控网络是科学家们首先要面对的挑战。其次,个体的衰老速度也不完全由遗传因素决定,细胞的衰老进程还受到体液和激素等局部微环境的影响,同样受到疾病、情绪、伤害等外部环境和个体生活方式的影响。这些内部和外部的影响因素无疑进一步加大了衰老机理研究的难度。

除了衰老,凋亡和肿瘤是细胞另外两个重要的归定,加何对三种细胞命运归宿的分子机理进行系统探索并进行有效干预以实现健康长寿的最终目标是必须面对的另一个挑战。童坦君从早期就从事肿瘤基础研究,对肿瘤和衰老两者的辩证统一深有见地。一方面,细胞的正常衰老可以有效阻止细胞向恶性转变的方向发展;另一方面,正常成纤维细胞可以被肿瘤诱导早衰并获得“衰老相关分泌表型(SASP)”,其分泌的细胞因子反过来加速肿瘤的进展。除了肿瘤,还必须将凋亡考虑进来,因为凋亡将会是生物医学研究的热点之一。细胞凋亡(Apoptosis)是一种由基因自主控制的程序性细胞死亡。衰老时,细胞是否易于凋亡、衰老相关基因和凋亡相关基因之间是否相互调节以及如何调节,搞清楚这些对于阐明细胞衰老的分子机制至关重要,而这部分内容恰恰是衰老研究中的薄弱环节。肿瘤、凋亡与衰老之间的辩证关系大大增加了衰老研究的复杂性。

衰老研究的最终目标是人类的健康长寿,因此不可避免地涉及不同研究对象的同源性、研究理论的适用性以及相关的伦理问题。模式生物(如酵母、线虫、果蝇等)具有寿命较短、基因组较小、易于操作等优点,研究结论对阐明人类基因功能有重要启示。国外研究发现,超氧化物歧化酶和过氧化氢酶转基因的果蝇平均寿命延长1/3,最高寿限亦有所提高;然而,将超氧化物歧化酶基因转入小鼠,却发现不仅没有延年益寿,反而导致小鼠免疫力下降。由此,童坦君清醒地意识到模式生物毕竟与哺乳类有所不同,其中的研究成果难以真实地反映人类的衰老过程。真正的挑战在于如何在开展人类衰老研究过程中克服取材不易、研究周期长以及有关的伦理问题。1961年,Hayflick报道正常人成纤维细胞进行体外培养可传代数有限,在一定程度上可反映机体的衰老,不失为人类衰老实验模型中国际公认的最佳体系。童坦君的细胞衰老分子机理研究也正是以此理论为依据,利用人胚肺成纤维细胞体系(2BS细胞)展开的。

衰老研究指导思想

自1992年完全转向衰老研究起,童坦君不仅密切关注世界衰老研究的新动向,同时凭借科研工作者的专业判断,及时总结国内在衰老研究中应该把握的原则和方向,并总结出在衰老的研究方面应该注意的几个问题。

有所为 有所不为

童坦君认真总结前期的研究工作,认为目前衰老领域的基础性研究如果仍然追随国外进行跟踪性研究,只能争当国内第一,已无科学意义。衡量基础研究要看创新,衡量其在国际大环境中的科学价值,这一点已成共识。审视基础研究项目的为与不为,除项目本身的科学意义外,判定其是跟踪研究还是探索研究,应是更重要的判断依据。基础研究是科技力量的储备,是发展应用研究的源泉。只有重视和加强基础研究,才有可能在国际上取得领先地位。如果能够在从事基础研究的同时加强应用意识,就会加速基础研究成果转化为应用效益。

重视分析 不忘综合

研究分子和细胞的同时,不忘整体。生物体的衰老过程包含了整体衰老、器官衰老、细胞衰老乃至生物大分子的衰老,老年医学的发展离不开分子生物学与细胞生物学。分析与综合、分子与细胞、细胞与整体必须相辅相成,不可偏废。

分清热点与非热点

人类细胞衰老与细胞内染色体端区长度密切相关,端区已成为20世纪末以来生物学中最热门的研究领域。当时认为人类细胞的分裂潜力由细胞内染色体上端区的长度决定,端区缩短是引起人类细胞复制性衰老的重要原因。那么,造成这种现象的是所有端区,还是特定染色体的端区?人类体细胞为何失去端粒酶活性?端粒酶活性调控有哪些途径、哪些靶点?这些都是当时国际上尚待解决的问题,这些问题的解决可为延缓衰老提供策略和方案。但值得注意的是,端粒酶也有其局限性。

今日的非热点可能是明日的热点。避免一窝蜂趋向是克服科研投入浪费现象的要点之一。DNA(特别是线粒体DNA)并不像原先设想的那样稳定,细胞衰老时,基因不稳定性增高,表现为线粒体DNA片段随增龄丢失,染色体断裂,DNA重排、缺失、扩增和微卫星不稳定性增加等。DNA甲基化程度、人类基因组中反转录转座子与基因不稳定性有关。近年来发现DNA损伤引起的突变随年龄增加,不仅与衰老进程有关,还与某些老年病相关。基因不稳定性增高可使基因或其调控受损。衰老时免疫功能下降及其机制、细胞衰老的信号转导与细胞间通讯研究也有可能成为新热点。

开创国内衰老机理研究

日期:2022-04-26

萌生衰老研究想法

1981年,童坦君留美归国后对国内外的衰老医学研究状况和发展趋势进行了对比分析。当时,国内老年医学基础研究几近空白,即使美国这样的强国,其衰老研究的专门机构也不多,因此,中国在这个领域与美国基本处于同一起跑线。然而,美国衰老医学研究的“起跑”速度却远远快于中国,当童坦君再次赴美时,美国国家级的衰老研究所已有不少成果。他立刻敏感地意识到,如果不及时填补国内在衰老研究领域的空白,我国的衰老基础研究将会很快落后国外一大截。

童坦君第一次赴美的时候,美国国立卫生研究院在巴尔的摩设有衰老研究所。而当时中国的老年医学研究刚刚起步,完全没有形成正式的学科和研究体系,即使已经有不少机构在做肿瘤方面的研究,可是衰老研究在医学界局限于临床医院和保健医院,对老年医学的基础研究尚未开展。

当时我和一同留学美国的吴乘铨教授到一位华侨家里聚会,席间一起聊天、吃晚饭,开始讨论回国之后应该从事哪方面的工作。他们认为,中国人口数量极为庞大,可是衰老研究还没有建立,这么多老年人将来怎么办?

童坦君和吴秉铨达成共识,回国之后要进行老年医学研究。但是归国后,童坦君并没有马上开始老年医学相关研究。因为当时刘思职教授的研究方向主要是肿瘤生化研究,所以他依然在导师的指导下延续研究生时期的肿瘤研究工作。不过一次意外,使童坦君不经意地开始了老年医学相关的实验研究。

1981年的一天,张宗玉利用实验动物小白鼠完成了自己的实验,那是一批年近3岁的小白鼠,这个年龄对于小白鼠来说相当于人类的90岁,按照实验规程,小白鼠本应该处理掉,但是童坦君和张宗玉都觉得有点儿可惜。因为张宗玉不是刘思职的研究生,研究方向不受限制,于是童坦君让张宗玉利用这批衰老的小白鼠做了一些初步的衰老研究实验。1982年,张宗玉正式开始衰老领域的基础研究,成为国内率先开展衰老基础研究的学者之一。

童坦君真正开始做老年医学研究,是在1988年第二次赴美访问回国之后。当时张宗玉正好要出国进修一年,童坦君责无旁贷地接替张宗玉,管理她手下的研究生,因为这些学生的课题均与衰老研究相关,于是童坦君自此正式开始了衰老医学的研究。此前,张宗玉进行的衰老研究主要是整体动物实验。1992年,在童坦君接手衰老研究后,他把肿瘤研究中的分子生物学基因的技术思路引入到衰老研究中,使衰老研究水平有了很大提高。

张宗玉分别于1981年和1991年两次赴美,在美国国立卫生研究院与托马斯杰弗逊大学医学院进行学习访问。两次访问的主要目的均与衰老科学研究有关。

童坦君将科研方向转为衰老研究后,与张宗玉的共同科研经历更加坚定了他们攻克衰老难题的决心。其实,童坦君与衰老医学的结缘自始至终都离不开张宗玉的辅助。志同道合的科研伴侣相携相扶数十载,共同见证了中国学者在衰老研究道路上的艰苦奋斗,也见证了我国衰老基础医学研究的发展历程。

衰老研究的新机遇

21世纪来临之际,童坦君从战略高度对衰老分子生物学的发展前景进行了展望,他认为21世纪必将是中国老年基础医学研究不断深入和发展壮大的机遇期。

首先是技术革新的机遇。分子生物学理论和技术的应用使衰老基础研究从细胞水平深入到了基因水平,基因芯片、核酸定量检测、高通量基因测序、蛋白质组学分析等一系列高新技术手段大大加速了衰老研究的进程。科学家们已从多个物种找到了与衰老有关的基因,如Werner早老综合征由WRN基因突变所致;类似的,郝-吉氏早老症(即HG早老症)是一类幼年期就出现衰老现象的早老症,核纤层蛋白A基因突变是其发病原因之一。童坦君坚信随着新的衰老相关基因的不断发现,衰老基础研究领域对青年科研人员的吸引力会变得越来越强。

其次是研究资源和健康需求的机遇。中国是世界人口第一大国,人们生活水平日益提高,平均寿命不断延长,初步估计中国百岁以上的长寿老人已达万人。一方面,对这些长寿家系以及老年遗传病家系基因资源的保护和利用,将为中国衰老分子生物学研究提供得天独厚的资源优势;另一方面,人们健康保健意识不断增强,抗衰延寿的需求日益强烈。这些都是衰老基础研究的难得机遇,同时也为科研人员取得研究资源和进行科研成果的科普宣传提供了便利。

最后是国家重视与经费支持的机遇。分子生物学离不开先进的设备和昂贵的试剂,是需要高投入的前沿学科;同样地,衰老的分子机理研究作为探索性研究充满了不确定性,同样需要大量的经费支持。令人欣喜的是,投身衰老医学研究的人才队伍不断壮大,科研经费扶持力度不断加强,中国老年医学渐成规模。国家自然科学基金针对衰老基础研究的资助每年多达10余项,其中衰老分子机制研究等项目还连续获得了重点资助。此外,老年性痴呆、帕金森病、糖尿病、骨质疏松等衰老相关疾病研究也已纳入医学科技攻关的范畴。

衰老研究的新挑战

机遇总是与挑战并存。童坦君为在新世纪遇到衰老医学发展机遇欣喜之余,同时也在紧锣密鼓地开展相关工作,准备迎接随之而来的诸多挑战。

衰老研究本身的复杂性是最大的挑战。个体的老化源于其细胞的衰老,科学家们在研究细胞衰老分子机理的过程中逐步意识到,衰老是一个相当复杂的生物学过程,绝不是一个或几个基因能够独立调控完成的。其中,既有加速衰老的“衰老基因”,又有延缓衰老的“衰老抑制基因”,彼此相互协同、相互拮抗,形成错综复杂的调控网络。如何尽快阐明这个神秘的衰老调控网络是科学家们首先要面对的挑战。其次,个体的衰老速度也不完全由遗传因素决定,细胞的衰老进程还受到体液和激素等局部微环境的影响,同样受到疾病、情绪、伤害等外部环境和个体生活方式的影响。这些内部和外部的影响因素无疑进一步加大了衰老机理研究的难度。

除了衰老,凋亡和肿瘤是细胞另外两个重要的归定,加何对三种细胞命运归宿的分子机理进行系统探索并进行有效干预以实现健康长寿的最终目标是必须面对的另一个挑战。童坦君从早期就从事肿瘤基础研究,对肿瘤和衰老两者的辩证统一深有见地。一方面,细胞的正常衰老可以有效阻止细胞向恶性转变的方向发展;另一方面,正常成纤维细胞可以被肿瘤诱导早衰并获得“衰老相关分泌表型(SASP)”,其分泌的细胞因子反过来加速肿瘤的进展。除了肿瘤,还必须将凋亡考虑进来,因为凋亡将会是生物医学研究的热点之一。细胞凋亡(Apoptosis)是一种由基因自主控制的程序性细胞死亡。衰老时,细胞是否易于凋亡、衰老相关基因和凋亡相关基因之间是否相互调节以及如何调节,搞清楚这些对于阐明细胞衰老的分子机制至关重要,而这部分内容恰恰是衰老研究中的薄弱环节。肿瘤、凋亡与衰老之间的辩证关系大大增加了衰老研究的复杂性。

衰老研究的最终目标是人类的健康长寿,因此不可避免地涉及不同研究对象的同源性、研究理论的适用性以及相关的伦理问题。模式生物(如酵母、线虫、果蝇等)具有寿命较短、基因组较小、易于操作等优点,研究结论对阐明人类基因功能有重要启示。国外研究发现,超氧化物歧化酶和过氧化氢酶转基因的果蝇平均寿命延长1/3,最高寿限亦有所提高;然而,将超氧化物歧化酶基因转入小鼠,却发现不仅没有延年益寿,反而导致小鼠免疫力下降。由此,童坦君清醒地意识到模式生物毕竟与哺乳类有所不同,其中的研究成果难以真实地反映人类的衰老过程。真正的挑战在于如何在开展人类衰老研究过程中克服取材不易、研究周期长以及有关的伦理问题。1961年,Hayflick报道正常人成纤维细胞进行体外培养可传代数有限,在一定程度上可反映机体的衰老,不失为人类衰老实验模型中国际公认的最佳体系。童坦君的细胞衰老分子机理研究也正是以此理论为依据,利用人胚肺成纤维细胞体系(2BS细胞)展开的。

衰老研究指导思想

自1992年完全转向衰老研究起,童坦君不仅密切关注世界衰老研究的新动向,同时凭借科研工作者的专业判断,及时总结国内在衰老研究中应该把握的原则和方向,并总结出在衰老的研究方面应该注意的几个问题。

有所为 有所不为

童坦君认真总结前期的研究工作,认为目前衰老领域的基础性研究如果仍然追随国外进行跟踪性研究,只能争当国内第一,已无科学意义。衡量基础研究要看创新,衡量其在国际大环境中的科学价值,这一点已成共识。审视基础研究项目的为与不为,除项目本身的科学意义外,判定其是跟踪研究还是探索研究,应是更重要的判断依据。基础研究是科技力量的储备,是发展应用研究的源泉。只有重视和加强基础研究,才有可能在国际上取得领先地位。如果能够在从事基础研究的同时加强应用意识,就会加速基础研究成果转化为应用效益。

重视分析 不忘综合

研究分子和细胞的同时,不忘整体。生物体的衰老过程包含了整体衰老、器官衰老、细胞衰老乃至生物大分子的衰老,老年医学的发展离不开分子生物学与细胞生物学。分析与综合、分子与细胞、细胞与整体必须相辅相成,不可偏废。

分清热点与非热点

人类细胞衰老与细胞内染色体端区长度密切相关,端区已成为20世纪末以来生物学中最热门的研究领域。当时认为人类细胞的分裂潜力由细胞内染色体上端区的长度决定,端区缩短是引起人类细胞复制性衰老的重要原因。那么,造成这种现象的是所有端区,还是特定染色体的端区?人类体细胞为何失去端粒酶活性?端粒酶活性调控有哪些途径、哪些靶点?这些都是当时国际上尚待解决的问题,这些问题的解决可为延缓衰老提供策略和方案。但值得注意的是,端粒酶也有其局限性。

今日的非热点可能是明日的热点。避免一窝蜂趋向是克服科研投入浪费现象的要点之一。DNA(特别是线粒体DNA)并不像原先设想的那样稳定,细胞衰老时,基因不稳定性增高,表现为线粒体DNA片段随增龄丢失,染色体断裂,DNA重排、缺失、扩增和微卫星不稳定性增加等。DNA甲基化程度、人类基因组中反转录转座子与基因不稳定性有关。近年来发现DNA损伤引起的突变随年龄增加,不仅与衰老进程有关,还与某些老年病相关。基因不稳定性增高可使基因或其调控受损。衰老时免疫功能下降及其机制、细胞衰老的信号转导与细胞间通讯研究也有可能成为新热点。