摘 要：人类长寿是基因和环境等多因素共同影响的结果，并有随社会和科学进步而逐渐延长的趋势。本文在介绍长寿的遗传性状基础上，首先对模式生物长寿相关基因进行概述；然后进一步综述人类长寿相关基因的研究，其包括细胞核内和线粒体两部分重要基因；最后简述人类长寿研究的策略和思路。
关键词：长寿；相关基因；人类；线粒体；SNP位点；模式生物

Progress in the Research of Genes Related to Human Longevity

KONG Fang1.2 ZHANG Gen-Fa2 SUN Liang3 ZHU Xiao-Quan1 YANG Ze1

（1. Institute of Geriatrics, Ministry of Health, Beijing Hospital, 100730 Beijing
2. College of Life Science, Beijing Normal University, 100875 Beijing
3.Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China）

Abstract: Human longevity is the result of combined actions by many factors including genetics, environment and so on . Although longevity can take its natural course, it can be extended with social and scientific advances. This review presents the recent progress in longevity studies, especially on the research of longevity related genes in model species. It also summarizes the research of longevity related genes in humans in both the nuclear and mitochondrial genome. The prospect and strategy of human longevity research is also discussed.
Key words: longevity，gene, human life span，mitochondrion, SNP, model species

社会环境、经济、医疗保健等条件的改善，使得人类的平均寿命显著提高。在原始社会人类平均寿命仅为20～30岁。1948年全球人口平均寿命为48岁，1995年延长至65岁。到二十世纪末，人均寿命最高的日本已达到80岁以上。长寿是由基因，环境以及生活方式等多因素相互作用的结果。遗传决定自然寿限，环境影响自然寿限的实现。随着长寿研究的逐渐深入，长寿的遗传作用得到越来越多科学研究的肯定。长寿的基因家族性研究表明，长寿具有显著的遗传性状。关于长寿遗传性状报道最早的是1934年Pearl 和Pearl 研究发现长寿群体具有明显的祖先长寿表型。随后，1974年Abbott作了随访研究，并绘制长寿子代的生长曲线，证明长寿父母有更长寿的子女。但是，这种影响并不一致，父亲遗传到女儿的影响最弱，母亲遗传到儿子的影响最强。同卵双生子比异卵双生子的死亡年龄更接近（分别为3年和6年）。这些研究结果都从不同侧面反应了长寿具有遗传性,同时也提示长寿具有母性遗传的特征。

1 模式生物长寿相关基因研究简介

长寿一直是人类期盼的目标，在对长寿现象的探索过程中相继提出许多理论，其中基因决定长寿的论断得到各种实验结果的支持。而真正意义上对长寿相关基因的研究，首先在多种模式生物中取得突破性进展。

1.1酵母内长寿相关基因研究

在以酵母为材料的寿命研究过程中，1990年报道，通过控制V-Ha-ras基因的表达可以使酵母的寿命延长约一倍，并确定RAS基因为酵母中的长寿相关基因。4年之后，美国科学家在该领域中又取得突破，研究发现LAG1基因的缺失可延长酵母寿命达50％，同时也证明该基因对酵母寿命具有决定性影响作用。在对LAG1基因及功能的进一步研究发现，新生酵母中LAG1表达旺盛。而随着细胞的生长衰老过程，该基因的表达量明显降低。大量深入研究结果进一步揭示，LAG1基因直接或间接影响着细胞的寿限，是酵母中长寿相关的基因。

1.2线虫内长寿相关基因研究

1999年,Johnson等人在前人研究的基础上指出，线虫中AGE-1和DAF-2基因的突变不仅可以扩展成熟期，而且还可以延长寿命二到四倍。该成果为证明基因对长寿的影响提供另一有力科学依据。进一步的研究发现DAF-16基因的突变可阻止由于AGE-1和DAF-2基因突变所引起的寿命延长状况，说明DAF-16基因对寿命的延长具有抑制作用。目前，线虫中已确定6种基因与其寿命相关，并对基因间相互作用的路径进行了初步研究。决定线虫寿命的有关路径是性腺信号路径。生殖系统通过IGF1信号路径调节寿命，IGF1激活线虫DAF-2受体，抑制DAF16转录因子，而DAF16通过增加CTL1催化酶活性延长寿命，DAF-2则通过抑制此酶活性来缩短线虫寿命。

1.3果蝇内长寿相关基因研究

在对酵母长寿开展大量研究的同时，1994年Orr和Sohal通过对果蝇研究提出了氧自由基影响衰老进程的理论。他们通过对具有三拷贝超氧化物歧化酶和过氧化物酶基因的转基因果蝇研究发现，转基因果蝇寿命较之正常果蝇延长了三分之一，说明由于超氧化物歧化酶和过氧化物酶的过量表达而使转基因果蝇体内氧自由基大量分解，进而减少其对细胞内遗传物质的损伤，从而延长果蝇的寿命。

2 人类长寿相关基因的研究概述

在对人类长寿的探索过程中，许多科学研究以长寿老人作为研究对象，并通过细胞及分子水平上的研究确定一些影响人类长寿的基因，这些基因对长寿产生了正向或负向影响。同时，人类基因组计划的开展，又为更深入研究这些人类长寿相关基因提供广阔平台。20世纪90年代，对人类长寿相关基因研究，成为遗传学研究的新热点。期间发现、确定并深入研究了一系列人类长寿相关基因，如ApoE、ACE、IGF-1和lASS1等。

随着细胞凋亡及衰老研究取得突破性进展，特别是人类线粒体基因序列的确定，使得对人类长寿相关基因的研究从 细胞核内基因逐渐扩展到线粒体基因。“衰老的线粒体学说”指出，衰老过程中mtDNA发生损伤、突变、诱导凋亡并最终影响寿命。随着对人类长寿研究的深入，线粒体DNA长寿相关位点确定将成为今后研究另一新热点。

2.1细胞核内人类长寿相关基因研究

在过去的十年里，对长寿的研究多集中在细胞核内长寿相关基因的确定方面，已经取得广泛的成就。

2.1.1血管紧张素转化酶

血管紧张素转化酶（angiotensin converting enzyme， ACE）基因编码产物催化从Ⅰ型到Ⅱ型血管紧张素的转换。通过对ACE基因的克隆研究显示，50％个体变异是由于该基因第16位内含子中存在插入或删除基因的多态性位点，即ACE存在ID多态性。同时也推断ACE的多种等位基因与Alzheimer病有关。法国科学家通过对长寿老人中与长寿相关基因的筛选研究发现两种与长寿有关的重要基因[12]，他们分别是APOE和ACE。其中ACE与冠心病、高血压和心肌梗死的发生有关，百岁老人体内该基因发生变异的频率明显增高，研究还证明ACE通过调节血管紧张素Ⅱ进一步参与调节体液、电解质和血压平衡，而血压与电解质的平衡代谢又直接影响着人类的寿命。

2.1.2载脂蛋白E

载脂蛋白E 基因(apolipoprotein E , APOE)编码产物是一种乳糜的脱脂酶。其与肝细胞和外周细胞特异性受体结合，并与富含甘油酸三脂脂蛋白组分的代谢密切相关。APOE的3个等位基因分别编码产生三种主要的同源异型物，分别是APOE2，APOE3, APOE4。进一步研究确定APOE启动子中连接位点是与转录因子结合的结构域。通过对APOE基因30余种变异研究发现，有些突变可以提高血浆胆固醇和甘油三脂水平，从而增加动脉粥样硬化发病几率。而在对长寿人群研究中发现，该基因中与早期动脉粥样硬化发病相关的ε4等位基因出现的频率显著减少。通过对405个家系中1873个研究对象每个基因的一些SNP位点进行研究，结果证明APOE还与肥胖的表型相关。不仅如此，该基因也与白内障，Alzheimer病等一系列老年疾病相关[17]。证明它与人类的寿命密切相关的直接证据来自于对我国红河长寿人群的研究，据报导，巴马长寿者中最具显著性正相关的基因型是APOEε3/ε3纯合子（80％），而负相关的是APOEε4携带者（11％）。

2.1.3胰岛素样生长因子

胰岛素样生长因子基因（insulin-like growth factor 1， IGF-1）包括6个外显子，他们的剪切分别依赖于组织种类和激素内环境，是人体中最重要的一类生长因子。IGF-1除参与机体生长发育、细胞分化外 ,还可加强蛋白质的合成，在蛋白代谢方面具有独特的调节作用；此外，IGF-1直接参与糖、脂肪代谢，促进胰岛细胞自我修复，降低血糖，对糖尿病有辅助疗效。由于很多胞内的信号传导通路由IGF-1与其同源受体结合而激活，这些信号通路相互关联，特别是它可以区分代谢性胰岛素信号和与生长刺激相关胰岛素类似信号，这一与长寿有关的IGF-1/insulin途径在动物长期进化过程中保存下来。2003年,意大利国家长寿研究中心的研究发现，IGF-1基因表达的抑制直接影响小鼠的寿命。同时在分子水平的研究也首次发现，一系列重叠基因协同调节IGF-1在胞浆中的水平以及人类的长寿。另一方面，依赖于IGF-1的神经内分泌调节中，IGF-1特定的循环周期也决定着人类的寿命。

2.1.4 沉默信号调控因子和核辅激活因子

沉默信号调控因子2（silencing information regulateor 2, SIR2）作为影响寿命的关键性细胞因子，是NAD+(nicotinamide adenine dinucleotide)依赖性组蛋白脱乙酰基酶。在对线虫和酵母的研究中发现，SIRT可通过对能量限制性信号的应答而诱导长寿[21]。在哺乳动物中，SIR同系物（SIRT）可引起靶蛋白MyoD, p53和发夹样转录因子脱乙酰基。到目前为止，很多物种中都已发现SIRT参与衰老调节过程。过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α (PGC-1α)可通过信号通路调节糖原异生途径。研究发现SIRT1与PGC-1α相互作用，在特定赖氨酸位点脱去乙酰基，激活糖原异生相关基因的转录，并通过PGC-1α作用的信号通路产生肝糖原。因此在肝脏中,能量限制引起葡萄糖代谢机制的改变，而SIRT1作为PGC-1α的调节因子可控制葡萄糖的代谢平衡，最终延长寿命。进一步的研究也证明这两种基因与人类寿命相关。

2.2 线粒体内人类长寿相关基因研究

1997年,在大量实验结果的基础上，提出衰老是人类线粒体点突变大量积累结果的理论。线粒体是细胞内生成活性氧基团(reactive oxygen species, ROS)的主要场所，ROS可攻击细胞内多种成分，如膜脂、蛋白和DNA等。尽管超氧化物歧化酶，过氧化物酶，谷胱甘肽氧化酶等可以修复对DNA的各种损伤，具有一定的防御功能，但仍有部分错误和损伤随年龄的增长而积累，最终引起组织和器官功能的衰退。由于线粒体内大量ROS的产生，使得线粒体基因的SNP位点数量是核内基因SNP数的3.2倍。通过群体遗传学研究证明这些位点中很大一部分与人类长寿关系密切，例如5178C/A,3010G/A,9055G/A,150C/T等。
在线粒体长寿相关基因研究中，以5178位点研究最为深入。1998年日本科学家Tanaka 等人研究发现ND2 (NADH dehydrogenase subunit 2)中5178位置存在多态性位点C/A,通过对37名长寿老人以及252名健康人的血样研究，发现Mt5178A具有很高的差异显著性，其在长寿老人中的比率是62％，而正常健康人群中的比率为45％。该SNP位点使得编码蛋白237位点发生Leu到Met转变。深入的蛋白功能研究发现蛋氨酸残基结构是细胞的一种重要抗氧化机制，因为暴露在蛋白表面的蛋氨酸残基对于氧化反应具很高的反应活性，可作为有效的氧化反应的清除剂。在衰老过程中产生氧自由基的积累，形成了氧化损伤的压力，而ND2亚基里237位点的Met转化对于线粒体内氧化损伤产生了积极的保护作用。进一步研究证明Mt5178A的基因型对于老年性疾病的预防具有积极作用，是延长寿命的重要遗传因素之一。
除对5178位点外，其他一些位点的研究也在积极的进行中。下面分别介绍具有组织特异性的3243位点，及具有群体分布差异性的9055位点。 1993年日本学者报道在多种组织线粒体中存在与衰老相关的3243A/G碱基颠换现象[31]。1997年在以澳大利亚人群为对象的研究中进一步肯定3243位点颠换与衰老相关，并存在于心脏，脑，肝脏，肾脏等多种器官。在对美国人群该位点的研究中也指出其与老年性疾病MELAS（mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and stroke-like episodes）密切相关；1998年Ivanova et al 在对法国人群研究中观察发现，Mt9055A多态性位点在248名长寿老人中比率为13.2％，而在285名成年人中比率为6.6％。2001年对爱尔兰人群研究发现，对照人群中其比率为5％，而衰老人群中为9％。研究推断Mt9055位点与人类的长寿相关，但不是衰老过程的主要因素。
以上列举的3个基因位点还多停留在群体遗传研究水平。在未来研究中，对不同人群进一步确证，并在此基础上向功能性研究深入，将对深刻揭示线粒体对长寿的影响提供科学的依据。

3 关于人类长寿基因研究的策略和思路

健康长寿是人类长久的追求，令人欣慰的是该领域在遗传学研究中已经取得了很大的成就。通过多种方法，许多模式生物寿命已经得到一定程度延长，而深入研究将侧重于将模式生物中已摸索成功的技术方法和获得的长寿相关基因应用于人类长寿研究。一方面，在不影响正常生命活动的前提下，用干预的方法达到延长寿命目的等。另一方面，因为衰老与疾病之间存在联系，所以可以通过对模式生物长寿相关同源基因序列在人类基因组中查找，发现人类长寿相关基因；以及从医学遗传学的角度探索延长人类寿命的机制，以便更全面和系统地发现长寿相关基因。
此外，在线粒体内长寿相关基因研究中，由于mtDNA序列多态性在不同人群中有所不同，例如5178位点的SNP在亚洲日本长寿人群中确定为长寿相关基因, 而在法国高加索地区长寿人群中却检测不到。因此，未来线粒体内长寿相关SNP位点的研究将注重其与研究群体基因型相结合。比较、总结、分析不同地区mtDNA的基因型频率及其与SNP位点之间的关系。另一方面，在现有已确定SNP位点基础上进一步研究其对编码蛋白功能影响，为系统研究线粒体对长寿影响的机理提供更为准确而深入的依据。
科学家指出二十一世纪将在人类衰老机制和延长寿命方面取得突破，并可望通过基因工程方法调控衰老过程相关基因，以达到延缓衰老、健康长寿的目标。总之，这些不同层次的研究对探索人类长寿的奥秘必将产生深远的影响。