隋小芳 王鳳玲※ 楊 澤

雖然哺乳動(dòng)物的基因組構(gòu)成相當(dāng)接近，但是不同種系小鼠之間的壽命相差很大，所以嚙齒類動(dòng)物給我們提供了特別的機(jī)會(huì)，用于識(shí)別其中關(guān)鍵的長(zhǎng)壽保障體系，包括端粒的維護(hù)機(jī)制和全基因組維護(hù)機(jī)制以及腫瘤抑制機(jī)制。盲鼴鼠和裸鼴鼠是最長(zhǎng)壽的鼠類，研究這些有抗腫瘤和長(zhǎng)壽表型的動(dòng)物，對(duì)于我們探索人類的壽命和抗腫瘤及抗衰老相關(guān)疾病的機(jī)制有很大的啟迪和幫助。嚙齒類動(dòng)物是世界上最多的哺乳類動(dòng)物，約占哺乳類動(dòng)物的4%，是理想的開(kāi)展衰老比較研究的模式生物［1］。

1.嚙齒類動(dòng)物在系統(tǒng)發(fā)生上相關(guān)

嚙齒類動(dòng)物在系統(tǒng)發(fā)生上是相關(guān)的，但是他們的壽命相差很大，從小鼠和大鼠的2～3 年，到盲鼴鼠＞20 年，海貍、豪豬和松鼠、裸鼴鼠＞30 年。這在嚙齒動(dòng)物中近10 倍壽命的變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前觀察到其他哺乳類動(dòng)物類別內(nèi)的壽命變化，可能不同的嚙齒動(dòng)物外在捕食引起不同的死亡率會(huì)導(dǎo)致其壽命的差異。長(zhǎng)壽的嚙齒動(dòng)物，包括裸鼴鼠、盲鼴鼠、海貍、豪豬和松鼠，隸屬于不同的進(jìn)化系統(tǒng)，屬于緩慢衰老的嚙齒動(dòng)物，它們至少經(jīng)歷有4 次獨(dú)立進(jìn)化。此外，10 倍壽命的差異是比目前遺傳、藥物或飲食干預(yù)小鼠或大鼠所延長(zhǎng)的壽命要長(zhǎng)的多。事實(shí)上，飲食限制干預(yù)延長(zhǎng)壽命，最多只能增加40%的壽命［2］。Haldane，Williams 和Medawar 提出了衰老進(jìn)化論，他們認(rèn)為自然選擇的力量會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而下降。在自然界中，動(dòng)物幾乎均死于被/捕食和事故，因此，超出特定物種動(dòng)物預(yù)期壽命的健康和長(zhǎng)壽，在基因水平上，幾乎不需要考慮外在生存壓力的自然選擇。換句話說(shuō)，一個(gè)物種對(duì)維持身體健康和生育壽命之外投入的時(shí)間，對(duì)動(dòng)物自身幾乎沒(méi)有益處。其次，嚙齒動(dòng)物的身體質(zhì)量也明顯不同。最小的嚙齒動(dòng)物，比如小鼠，平均體量只有20～30g，而最大的嚙齒動(dòng)物水豚的體量為55kg。比較體量大小和衰老是有用的研究指標(biāo)，許多衰老相關(guān)表型均證明有體量依賴性。更重要的是，嚙齒動(dòng)物包括了所有物種可能出現(xiàn)的壽命和體量的4 種組合方式;如大體量和平均壽命(水豚)，大體量和長(zhǎng)壽命(海貍和豪豬)，小體量和短壽命(小鼠)及小體量和長(zhǎng)壽命(裸鼴鼠)［3］。

2.嚙齒動(dòng)物的衰老進(jìn)程

嚙齒動(dòng)物的衰老進(jìn)程類似于人類，與增齡疾病的發(fā)病率增加，尤其與腫瘤這一典型的老年人疾病相關(guān)。短壽的小鼠和大鼠易患腫瘤，其腫瘤發(fā)病率在某些種系鼠中可高達(dá)95%。然而，經(jīng)過(guò)多年的觀察兩個(gè)壽命最長(zhǎng)的鼠類-裸鼴鼠和盲鼴鼠-非常抗腫瘤，迄今沒(méi)有自發(fā)腫瘤病例的報(bào)道。物種之間腫瘤發(fā)病率差異是與進(jìn)化密切相關(guān)的，這為我們提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，可以通過(guò)這些物種來(lái)了解相關(guān)哺乳動(dòng)物的抗腫瘤機(jī)制。在最長(zhǎng)壽的嚙齒動(dòng)物基因組數(shù)據(jù)出現(xiàn)之前，與長(zhǎng)壽和腫瘤抑制機(jī)制相關(guān)的重要生物學(xué)知識(shí)是通過(guò)跨物種比較獲得的。

3.端粒維護(hù)和復(fù)制性衰老

永久性的終止因端?？s短引起的細(xì)胞增殖-復(fù)制性衰老，是人類抗腫瘤的關(guān)鍵機(jī)制之一。雖然人體細(xì)胞組織中的端粒酶活性受抑，但小鼠的端粒酶是活躍的?，F(xiàn)行的觀點(diǎn)一直認(rèn)為長(zhǎng)壽物種進(jìn)化抑制了促使復(fù)制衰老的端粒酶活性。為測(cè)試這一假設(shè)，有人使用了15 種壽命不同的嚙齒動(dòng)物進(jìn)行比較分析。研究發(fā)現(xiàn)，端粒酶活性沒(méi)有與壽命共同進(jìn)化，而是和身體體量共同進(jìn)化。在進(jìn)化過(guò)程中，大型動(dòng)物(身體質(zhì)量＞10kg)傾向于在體細(xì)胞中抑制端粒酶活性，以減輕因細(xì)胞數(shù)量的大量增加而帶來(lái)癌癥風(fēng)險(xiǎn)的加大。大型嚙齒動(dòng)物成纖維細(xì)胞在體外進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，出現(xiàn)了復(fù)制性衰老，使用廣譜的哺乳動(dòng)物細(xì)胞也證實(shí)這些發(fā)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)顯示體量作為癌癥危險(xiǎn)因素的重要性，如果癌癥細(xì)胞隨機(jī)突變，那么癌癥風(fēng)險(xiǎn)一定與細(xì)胞的數(shù)量成正比。然而，動(dòng)物越大，癌癥發(fā)病率越低，這個(gè)概念被稱為Peto's 悖論。答案是越是大型的動(dòng)物越可能進(jìn)化有不同的抗癌機(jī)制，其中機(jī)制之一是復(fù)制性衰老。如果從30g 的小鼠，增大到55kg 的水豚，推測(cè)水豚可能有更多的腫瘤抑制機(jī)制，那么在更大體量的動(dòng)物中，如大象和鯨魚(yú)，我們只能推測(cè)還有新的和更多的腫瘤抑制機(jī)制值得期待［4，5］。

4.控制細(xì)胞增殖的機(jī)制

類似于復(fù)制性衰老，控制細(xì)胞增殖是一個(gè)腫瘤抑制基因的進(jìn)化機(jī)制，可以抵消因體量增加而增加罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。腫瘤抑制機(jī)制的進(jìn)化，不僅抵消癌癥風(fēng)險(xiǎn)的增加，而且延長(zhǎng)了動(dòng)物的壽命。有趣的是，小型嚙齒動(dòng)物的體外細(xì)胞增殖速率盡管沒(méi)有復(fù)制性衰老，但是短壽小鼠細(xì)胞的體外增殖速度快，而長(zhǎng)壽(最大壽命＞10 年)嚙齒動(dòng)物細(xì)胞的體外增殖緩慢，兩者之間有顯著區(qū)別。體內(nèi)成纖維細(xì)胞分裂很少，而體外血清培養(yǎng)基中細(xì)胞經(jīng)生長(zhǎng)因子誘導(dǎo)，呈過(guò)度增殖。因此，檢測(cè)體外細(xì)胞的生長(zhǎng)速率代表了其癌變的易感性［6］。長(zhǎng)壽動(dòng)物成纖維細(xì)胞在體外增長(zhǎng)緩慢，可能反映了有更嚴(yán)格的細(xì)胞周期控制機(jī)制，從而限制了細(xì)胞的過(guò)度增殖。這表明，長(zhǎng)壽小嚙齒動(dòng)物的細(xì)胞由于缺乏復(fù)制性衰老，選擇性進(jìn)化有腫瘤抑制機(jī)制，導(dǎo)致了體外細(xì)胞的生長(zhǎng)緩慢，并可能也阻止了癌前細(xì)胞在體內(nèi)的擴(kuò)散。

5.身體質(zhì)量和壽命是腫瘤抑制機(jī)制的表型

大于10kg 的嚙齒動(dòng)物，體重與復(fù)制衰老共同進(jìn)化，而壽命大于10 年的嚙齒動(dòng)物進(jìn)化有更嚴(yán)格的細(xì)胞周期控制機(jī)制，表現(xiàn)為細(xì)胞增殖緩慢不受細(xì)胞生長(zhǎng)條件敏感性增加的影響。復(fù)制性衰老盡管是一種有效的抗癌機(jī)制，但通過(guò)衰老細(xì)胞積累，也增加了組織的衰老。因此，長(zhǎng)壽小物種不受復(fù)制性衰老的影響，而且通過(guò)其他機(jī)制避免了癌癥。如灰松鼠、土撥鼠和花栗鼠的端粒酶活性特別高，這可能有利于傷口愈合和產(chǎn)生更強(qiáng)健的免疫反應(yīng)，都需要快速的細(xì)胞增殖［7］。因此，來(lái)自長(zhǎng)壽小動(dòng)物的研究，開(kāi)辟了新的腫瘤抑制機(jī)制研究路徑。

而體量和長(zhǎng)壽之間呈正相關(guān)的趨勢(shì)。物種體量越大越長(zhǎng)壽，如大象和鯨魚(yú)的長(zhǎng)壽性狀，進(jìn)化了數(shù)百萬(wàn)年。然而，在同一物種內(nèi)的個(gè)體越大，往往越短壽。如，參與胰島素樣生長(zhǎng)因子1(GF1)-生長(zhǎng)激素(GH)軸的GF1 基因突變鼠和人類Laron 綜合癥患者，有同樣的長(zhǎng)壽表型;體量小(侏儒癥)和抗腫瘤。

6.壽命和基因組的穩(wěn)定性

物種特異性的最大壽命一直與基因組維護(hù)能力進(jìn)化有關(guān)。如，短壽小鼠和大鼠的細(xì)胞不能夠修復(fù)紫外線引起的DNA 損傷和雙股DNA 損傷［8］。而長(zhǎng)壽的人類細(xì)胞能夠修復(fù)，可能是由于人細(xì)胞的DNA 修復(fù)因子(ADP-ribose)，聚合酶1(PARP1)和DNA-依賴蛋白激酶(DNA-pk，包括催化亞單位PRKDC、X 線修復(fù)蛋白5(XRCC5)和XRCC6 的表達(dá)水平較低。

7.透明質(zhì)酸介導(dǎo)裸鼴鼠的腫瘤耐受

接觸抑制也是其強(qiáng)大的抗腫瘤的機(jī)理。裸鼴鼠的抗腫瘤機(jī)制是由裸鼴鼠細(xì)胞極端敏感性介導(dǎo)的接觸抑制。正常動(dòng)物細(xì)胞相互接觸時(shí)會(huì)停止增殖，增殖停止與裸鼴鼠的INK4 基因的rats 41 活化有關(guān)。

觸發(fā)裸鼴鼠細(xì)胞的接觸抑制是一種多糖——透明質(zhì)酸(hyaluronan)。透明質(zhì)酸是一種豐量的體內(nèi)分子，稱為“細(xì)胞外黏質(zhì)”，是細(xì)胞外基質(zhì)中主要的非蛋白質(zhì)組分。透明質(zhì)酸是由乙酰透明質(zhì)酸合酶HAS1，HAS2 和HAS3 生成，其不同之處在于，產(chǎn)生的透明質(zhì)酸分子大小不同。在正常組織中廣泛分布的透明質(zhì)酸為具有較高分子量的形式，從而形成高黏度的網(wǎng)絡(luò)。在炎癥，損傷局部和腫瘤，透明質(zhì)酸以低分子量的形式存在。高和低分子量形式的透明質(zhì)酸與CD44結(jié)合的質(zhì)量不同，而引發(fā)不同的生物結(jié)局。高分子量的透明質(zhì)酸結(jié)合CD44，通過(guò)抑制有絲分裂信號(hào)終止細(xì)胞周期。與此相反，低分子量透明質(zhì)酸結(jié)合CD44，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)展。此外，高分子量的透明質(zhì)酸有抗炎特性，而低分子量透明質(zhì)酸有促進(jìn)細(xì)胞增殖和炎癥進(jìn)展。因此，高分子量的透明質(zhì)酸具有抗腫瘤活性，而低分子量形式可以促進(jìn)腫瘤發(fā)生。裸鼴鼠組織中含有極高分子量的透明質(zhì)酸，具有比小鼠或人的乙酰透明質(zhì)酸分子長(zhǎng)5 倍的透明質(zhì)酸。用癌蛋白處理小鼠細(xì)胞能夠引起小鼠細(xì)胞形成腫瘤，但是處理裸鼴鼠細(xì)胞沒(méi)有變化。然而，當(dāng)負(fù)責(zé)合成透明質(zhì)酸的HAS2 基因被敲低或負(fù)責(zé)分解透明質(zhì)酸(hyalurono glucosaminidase 2，HYAL2)的基因過(guò)表達(dá)，裸鼴鼠細(xì)胞則容易發(fā)生腫瘤，這表明高分子量透明質(zhì)酸是這一物種抗腫瘤的關(guān)鍵分子。裸鼴鼠的HAS2 基因有一個(gè)獨(dú)特的序列，可增強(qiáng)酶的活性;裸鼴鼠組織中透明質(zhì)酸的代謝率非常緩慢，這兩種機(jī)制有助于裸鼴鼠維持高水平的透明質(zhì)酸。據(jù)預(yù)測(cè)，減緩?fù)该髻|(zhì)酸降解或改變透明質(zhì)酸合成酶的活性，可能會(huì)建立人類治療或預(yù)防癌癥的新療法［9］。

8.準(zhǔn)確的蛋白質(zhì)合成

裸鼴鼠體內(nèi)分子生物學(xué)的另一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)是，它的28S 核糖體RNA 可被裂解成兩個(gè)片段。28S rRNA 的裂解僅見(jiàn)另一個(gè)脊椎動(dòng)物。裸鼴鼠核糖體的這種不尋常的結(jié)構(gòu)特征與小鼠相比，與有更高的翻譯保真度相關(guān)聯(lián)。因此，裸鼴鼠細(xì)胞產(chǎn)生的異常蛋白更少，這支持了蛋白質(zhì)越穩(wěn)定越有助于長(zhǎng)壽的假說(shuō)。

9.干擾素介導(dǎo)盲鼴鼠的抗腫瘤機(jī)制

盲鼴鼠的抗癌機(jī)制獨(dú)立進(jìn)化，采取了與裸鼴鼠不同的路徑。值得注意的是，為適應(yīng)地下低氧環(huán)境，盲鼴鼠TP53 基因編碼已經(jīng)進(jìn)化突變，突變的p53 的氨基酸恰巧也是與人腫瘤p53 相對(duì)應(yīng)的常見(jiàn)變異。盲鼴鼠進(jìn)化的突變p53，喪失了轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡肽酶的活化因子1(APAF1)的能力，增加了轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)編碼p53 蛋白的負(fù)調(diào)節(jié)物Mdm2 的能力。因此，盲鼴鼠的p53 不能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。與裸鼴鼠不同，盲鼴鼠細(xì)胞沒(méi)有早期接觸抑制的機(jī)制，盲鼴鼠的腫瘤抵抗是使用了“焦土”戰(zhàn)略，殺死了癌前期細(xì)胞及其周邊鄰近細(xì)胞。盲鼴鼠的癌前細(xì)胞分泌干擾素-β1，介導(dǎo)著周?chē)罅考?xì)胞的壞死。一個(gè)獨(dú)立的研究證實(shí)，盲鼴鼠細(xì)胞分泌一種可溶性因子，抑制癌細(xì)胞的增殖，并觸發(fā)其凋亡。在p53 基因缺陷小鼠中已經(jīng)觀察到一種類似于干擾素介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡機(jī)制的激活，其中觸發(fā)細(xì)胞死亡是由非編碼RNA 的重復(fù)元件和轉(zhuǎn)錄激活驅(qū)動(dòng)的。此外，盲鼴鼠研究結(jié)果表明，肝素酶表達(dá)的選擇性剪接，顯性負(fù)調(diào)節(jié)抑制了胞外基質(zhì)中硫酸肝素的降解。乙酰肝素酶剪接變異體具有抗腫瘤活性，從而導(dǎo)致盲鼴鼠細(xì)胞外基質(zhì)更趨穩(wěn)定，其機(jī)制類似于裸鼴鼠的腫瘤耐受機(jī)制(即，所生成高分子量透明質(zhì)酸和透明質(zhì)酸的代謝緩慢)。

10.盲鼴鼠透明質(zhì)酸和長(zhǎng)壽進(jìn)化

有趣的是，盲鼴鼠細(xì)胞類似于裸鼴鼠細(xì)胞，產(chǎn)生高分子量透明質(zhì)酸，但沒(méi)顯示有超敏感的接觸抑制。除了調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，透明質(zhì)酸也是一種有效的抗氧化劑，可能乙酰透明質(zhì)酸通過(guò)改善氧化應(yīng)激有助于鼴鼠的長(zhǎng)壽。例如，裸鼴鼠心臟含有非常高水平的透明質(zhì)酸(hyaluronan)，可延緩心臟病的發(fā)作。為什么這兩個(gè)物種有高分子量透明質(zhì)酸?我們推測(cè)，最初上調(diào)透明質(zhì)酸的產(chǎn)量，是為適應(yīng)地下隧道生活，提供所需要的富有彈性的皮膚。后來(lái)，進(jìn)化為抗癌癥和長(zhǎng)壽表型?？傊?，裸鼴鼠和盲鼴鼠的研究代表了如何轉(zhuǎn)化長(zhǎng)壽嚙齒動(dòng)物模型的發(fā)現(xiàn)，到可能會(huì)導(dǎo)致有利于人類健康的一個(gè)成功范例。

應(yīng)用基因組學(xué)和遺傳學(xué)方法在某些嚙齒類動(dòng)物中，為公正地發(fā)現(xiàn)潛在的基因、分子通路、特殊長(zhǎng)壽和抗癌癥的分子機(jī)制提供了機(jī)會(huì)。特別吸引人的是，在裸鼴鼠、盲鼴鼠和其他可能的一些物種中，這些性狀獨(dú)立進(jìn)化。嚙齒動(dòng)物比較基因組學(xué)的成就，也得益于這些基因組被完全測(cè)序的最佳代表性動(dòng)物。由于其體型小(相對(duì)于大多數(shù)其他哺乳動(dòng)物)，極大的多樣性、豐富性和組織的可用性，嚙齒類動(dòng)物也受到許多“組學(xué)”方法的關(guān)注——最值得注意的是轉(zhuǎn)錄組分析。最后，嚙齒動(dòng)物如有短壽命和高癌癥易感性的小鼠和大鼠，直接提供了進(jìn)行比較基因組研究的實(shí)驗(yàn)體系［9～11］。

11.比較基因組學(xué)的策略

可以在嚙齒動(dòng)物和其相關(guān)的動(dòng)物的多個(gè)級(jí)別使用不同的方法進(jìn)行基因組分析，如檢測(cè)不同物種的獨(dú)特和共同特征?；蚪M比對(duì)分析，可以應(yīng)用加州大學(xué)圣克魯茲分校(UCSC)的基因組瀏覽器，對(duì)兩個(gè)密切相關(guān)的、遙遠(yuǎn)的物種幫助進(jìn)行比較研究，因?yàn)樗鼈兲峁┝藘蓚€(gè)全基因組和基因比對(duì)的界面。比較基因組學(xué)的另一種方法是搜索丟失的基因和假基因(即，pseudogenized gene)并作圖，其可提供感興趣物種不再需要的生命過(guò)程和系統(tǒng)的信息如，為了地下生存，裸鼴鼠失去了許多參與視功能的基因。對(duì)于其具有生物學(xué)作用的通路和系統(tǒng)，分析其丟失基因和假基因也是有用的。伴隨檢索常常進(jìn)行同線性分析，以確保所識(shí)別的假基因?qū)?yīng)其他物種有功能的同源基因。

衰老的比較基因組學(xué)為嚙齒動(dòng)物的比較基因組分析策略。這種策略首先分析跨物種具有不同壽命動(dòng)物的基因組，并著重在長(zhǎng)壽動(dòng)物的基因進(jìn)化，如裸鼴鼠和盲鼴鼠。這些進(jìn)化可能導(dǎo)致識(shí)別到長(zhǎng)壽動(dòng)物性狀相關(guān)的功能基因。例如，這些方法可能會(huì)發(fā)現(xiàn)與長(zhǎng)壽和癌癥耐受相關(guān)的種屬特異性基因變異。此外，使用“組學(xué)”方法可支持跨嚙齒類動(dòng)物進(jìn)行分析，從而定義這些動(dòng)物調(diào)節(jié)壽命和癌癥易感性所使用的共同策略。

另一種方法是陽(yáng)性選擇分析，獨(dú)特的氨基酸置換或可加速進(jìn)化。應(yīng)用跨哺乳動(dòng)物的整個(gè)基因組，尋找到了許多基因(基因和位點(diǎn)內(nèi))，因此需要強(qiáng)大的去除誤報(bào)功能，如過(guò)濾重復(fù)基因的方法。還可以通過(guò)通路富集的基礎(chǔ)生物學(xué)方法，優(yōu)先考慮擬定的候選基因和區(qū)域。

第三種方法是整合這些分析用組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)(例如:基因表達(dá)圖譜，蛋白質(zhì)組或代謝物譜)和對(duì)比物種的譜系，或檢查擾動(dòng)或干預(yù)生物體系統(tǒng)的結(jié)局。在這種情況下，為進(jìn)一步研究確定分子靶的優(yōu)先次序時(shí)，指向特定的調(diào)節(jié)基因、通路、可能的方法或模式。在組學(xué)研究中也可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)，以提高其效能。例如，老齡和長(zhǎng)壽研究可以檢查整個(gè)壽命或影響壽命條件下的OMIC 數(shù)據(jù)［11～13］。

最后，另一種方法是著重在檢索與已知的興趣生物過(guò)程相連接的基因數(shù)據(jù)。例如，已知與衰老相關(guān)的基因和癌基因的驅(qū)動(dòng)程序，可以專注于檢索與長(zhǎng)壽和癌癥相關(guān)的興趣基因組數(shù)據(jù)。這樣的集中研究，易于分析相關(guān)聯(lián)的基因調(diào)節(jié)區(qū)(如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、變異位點(diǎn)和非翻譯區(qū))，以及基因的變異。目前還沒(méi)有普遍接受的策略，以揭開(kāi)潛在的生物功能基因組的作用，但是相應(yīng)的方法正在迅速推進(jìn)，并已經(jīng)有許多可用的方法［14］。

12.裸鼴鼠的基因組

裸鼴鼠的基因組測(cè)序已經(jīng)完成，明確說(shuō)明了第一例長(zhǎng)壽和抗癌癥為目的的代表性動(dòng)物基因組。在脊椎動(dòng)物或哺乳動(dòng)物(包括一些嚙齒動(dòng)物)內(nèi)，經(jīng)比較基因組分析識(shí)別到的基因可能僅有助于裸鼴鼠特殊的表型與特征。例如，這些動(dòng)物進(jìn)化而來(lái)的腫瘤抑制基因p16INK4A 蛋白，被發(fā)現(xiàn)有助于裸鼴鼠成纖維細(xì)胞的早期接觸抑制。p16INK4A 蛋白結(jié)構(gòu)改變可以使p16INK4A 蛋白控制的細(xì)胞周期機(jī)制和介導(dǎo)透明質(zhì)酸的接觸抑制更加敏感。裸鼴鼠突變地另一個(gè)重要蛋白質(zhì)是產(chǎn)熱調(diào)節(jié)線粒體褐色脂肪解偶聯(lián)蛋白1(UCP1)，這個(gè)突變發(fā)生在由脂肪酸和核苷酸調(diào)控的保守位點(diǎn)上。裸鼴鼠是唯一的無(wú)法保持穩(wěn)定的體溫哺乳動(dòng)物，可以檢測(cè)到突變蛋白質(zhì)UCP1，且與此表型一致。然而，還需要進(jìn)一步研究，以確定這種變化如何影響UCP1 活性和/或功能。裸鼴鼠高度壓縮的假基因是視覺(jué)感知功能基因，這與裸鼴鼠的地下生活進(jìn)化是一致的。裸鼴鼠的假基因還有褪黑激素受體和兩種參與端粒維護(hù)蛋白的突變基因。盡管這些突變與長(zhǎng)壽的因果作用仍然未知，但是發(fā)現(xiàn)這些假基因可為后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析，提供直接的分子靶點(diǎn)［15］。

13.盲鼴鼠的基因組

盲鼴鼠全基因組序列的最近一項(xiàng)分析表明，進(jìn)行小鼠、大鼠和裸鼴鼠IFNB1(編碼干擾素-β1)與復(fù)制事件的基因組比較，已經(jīng)擴(kuò)展識(shí)別到的基因，包括干擾素信號(hào)通路的Mx1基因和參與細(xì)胞死亡和炎癥調(diào)節(jié)的多個(gè)基因:NFKB，TNFRSF1A，BIRC3，F(xiàn)em1b 和Aifm1。此外，參與壞死和炎癥(TNFRSF1A，Tnfsf15 和NFKB1)三個(gè)基因呈現(xiàn)有達(dá)爾文進(jìn)化正選擇的證據(jù)。連同盲鼴鼠的早期研究識(shí)別的p53 的突變表明，盲鼴鼠進(jìn)化出“弱”的p53 可能作為一種缺氧適應(yīng)。為了彌補(bǔ)p53 的功能不足，盲鼴鼠進(jìn)化建立了依賴干擾素-β1 通路基因擴(kuò)增，來(lái)增強(qiáng)免疫炎癥反應(yīng)，也是非常有效的抗腫瘤機(jī)制。

盲鼴鼠適應(yīng)地下生活，獨(dú)立調(diào)適地下生活。獨(dú)立進(jìn)化了長(zhǎng)壽命和抗癌癥的表型。在兩種鼴鼠rat60 最近完成的分析，允許基因組之間的比較，結(jié)果顯示，晝夜時(shí)鐘調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)適應(yīng)黑暗的基因，SCN9A(也稱為NAV17，編碼一個(gè)傷害感受器的質(zhì)子門(mén)控鈉通道)基因功能為通過(guò)阻斷疼痛誘發(fā)組織酸中毒，適應(yīng)高二氧化碳環(huán)境，在這些物種間呈趨同進(jìn)化。但沒(méi)識(shí)別到共同基因有明顯的抗癌癥和抗衰老的進(jìn)化模式。這表明，這些物種獨(dú)立進(jìn)化了長(zhǎng)壽命和抗癌癥有不同的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽和對(duì)癌癥的抵抗，要獲得這種知識(shí)或涉及研究更多的物種，以及進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析。

14.嚙齒動(dòng)物和其他哺乳動(dòng)物的比較基因組學(xué)

短壽小鼠和大鼠的高品質(zhì)基因組和一些被測(cè)序的短和中壽嚙齒動(dòng)物的基因組序列已經(jīng)可以利用。毫無(wú)疑問(wèn)，未來(lái)幾年應(yīng)用嚙齒動(dòng)物基因組的研究將會(huì)增加。舉例來(lái)說(shuō)，獲取與裸鼴鼠密切相關(guān)的達(dá)馬拉蘭鼴鼠基因組序列將是有益的。利用這些基因組資源，對(duì)哺乳動(dòng)物的長(zhǎng)壽性狀特征進(jìn)行趨同進(jìn)化地分析和基因定位的研究?？梢酝ㄟ^(guò)基因組研究中更嚴(yán)格地測(cè)試一個(gè)假設(shè)是種屬特異性增強(qiáng)的長(zhǎng)壽是否與上級(jí)基因組的維護(hù)功效有關(guān)，建議進(jìn)行上述研究。在這種情況下，有不同壽命的嚙齒類動(dòng)物為我們提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)。的確，可以與現(xiàn)有的許多嚙齒類鼠的完整基因組序列進(jìn)行比較，分析基因組維持基因有關(guān)的壽命。超出嚙齒動(dòng)物，最近的2 個(gè)鼠類基因組分析表明，DNA 修復(fù)和DNA 損傷信號(hào)基因ATM，TP53，RAD50，PRKDC 和XRCC5 是根據(jù)選擇再排，這表明更長(zhǎng)壽命的物種基因組的維護(hù)系統(tǒng)是選擇性壓力下存在。這將是有趣的，以確定這些修復(fù)基因是否具有獨(dú)特的簽名。這兩種生殖細(xì)胞和體細(xì)胞突變的頻率現(xiàn)在可以直接使用的親子trios 全基因組測(cè)序和單cells 進(jìn)行分析?；蚝屯坟?fù)責(zé)在長(zhǎng)壽物種更有效地維護(hù)基因組識(shí)別，可能有助于開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，以增加在人類基因組的穩(wěn)定性。

比較基因組學(xué)的應(yīng)用中為揭示哺乳動(dòng)物性狀分子基礎(chǔ)的一個(gè)例子是回聲定位哺乳動(dòng)物的進(jìn)化。類似的比較基因組方法可以應(yīng)用到長(zhǎng)壽和抗癌癥。此外，這些方法可以被擴(kuò)展到基因表達(dá)譜，蛋白質(zhì)組學(xué)、核糖體譜和橫跨哺乳動(dòng)物代謝譜的組分析。在這種情況下，相對(duì)于物種或譜系特異性適應(yīng)凸顯上述使用裸鼴鼠、盲鼴鼠和布氏蝙蝠的例子，在多個(gè)分支長(zhǎng)壽或癌癥抗性性狀的特征。這些研究可能是集中在水平的協(xié)調(diào)變化和細(xì)胞組分的活性，如轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)和代謝物。這些組件可以被進(jìn)一步評(píng)估在通路和網(wǎng)絡(luò)的層次，并集成到延長(zhǎng)壽命的細(xì)胞模型?？傮w而言，未來(lái)的研究可以揭示兩者有助于長(zhǎng)壽特質(zhì)在許多物種和譜系特異性地修改，如裸鼴鼠、盲鼴鼠干擾素和IGF1-GH 軸微型蝙蝠例證的UCP1 共同作用。

15.比較基因組學(xué)揭示了布氏蝙蝠的長(zhǎng)壽機(jī)制

最近完成了布氏蝙蝠，一種非常長(zhǎng)壽哺乳動(dòng)物的基因組測(cè)序。4～8g 體重的布氏蝙蝠壽命大于40 歲。比較基因組分析揭示在布氏蝙蝠和其他微型蝙蝠的進(jìn)化中，生長(zhǎng)激素(GH)受體和胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF-1)受體可能為長(zhǎng)壽命做出了貢獻(xiàn)，也許到跨膜結(jié)構(gòu)域唯一的變化是他們小體量的進(jìn)化。有趣的是，這些基因具有眾所周知的長(zhǎng)壽調(diào)控作用，與IGF1-GH 軸有牽連的各種侏儒小鼠的壽命延長(zhǎng)，在人類與拉倫綜合征其特征是GH 受體功能障礙的年齡相關(guān)疾病的發(fā)病率下降。值得注意的是，這種適應(yīng)長(zhǎng)壽在裸鼴鼠和盲鼴鼠發(fā)現(xiàn)是明顯的。微型蝙蝠屬于胎盤(pán)哺乳動(dòng)物，回聲定位為其獨(dú)特特征，除了對(duì)壽命進(jìn)化研究之外，最近的重點(diǎn)是應(yīng)用比較基因組學(xué)方法，一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了微型蝙蝠的DNA 修復(fù)基因參與了基因和基因組的維護(hù)，而另一項(xiàng)研究已經(jīng)確定了微型蝙蝠端粒維護(hù)基因的變異［13～15］。

16.結(jié)論

增加理解連接衰老和年齡相關(guān)疾病的分子機(jī)制在增進(jìn)人類健康的進(jìn)步上是至關(guān)重要的。在本文中，嚙齒類動(dòng)物的比較研究是非常實(shí)際的，并已形成動(dòng)物癌癥被抑制過(guò)程的新認(rèn)識(shí)。從這些初步的研究范例來(lái)看，生態(tài)造成不同物種的壽命和體重，在不同的物種中共同驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)壽和抵抗癌癥，例如在裸鼴鼠和盲鼴鼠進(jìn)化的不同腫瘤抑制策略;由高分子量透明質(zhì)酸介導(dǎo)的接觸抑制機(jī)制和干擾素介導(dǎo)的細(xì)胞死亡機(jī)制。

較大體量的動(dòng)物(體重＞10kg)與復(fù)制性衰老的進(jìn)化有關(guān)。巨型哺乳動(dòng)物如大象和鯨魚(yú)被假定進(jìn)化有與小體量物種不同，新的抗腫瘤機(jī)制，包括人類。長(zhǎng)壽小物種的特征是有獨(dú)特的抗癌機(jī)制，如高分子量的透明質(zhì)酸(HMM-HA)，干擾素-觸發(fā)的局部組織壞死和嚴(yán)格的細(xì)胞周期控制。長(zhǎng)壽命的蝙蝠可能進(jìn)化有更高效DNA 損傷修復(fù)系統(tǒng)，以及胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF1)，生長(zhǎng)激素(GH)軸線的變更。問(wèn)號(hào)表示其確切分子機(jī)制尚不清楚。

嚙齒動(dòng)物類群中的其他物種可能藏匿有新的腫瘤抑制機(jī)制。例如，灰松鼠是一種長(zhǎng)壽晝夜型嚙齒動(dòng)物，生活在地面上，在組織培養(yǎng)中，灰松鼠細(xì)胞不分泌高分子量透明質(zhì)酸，而是顯示有非常高的端粒酶活性和緩慢的增殖速率，這表示還存在沒(méi)被發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞周期控制機(jī)制。這樣的機(jī)制，不僅可以防止端粒酶陽(yáng)性細(xì)胞經(jīng)歷惡性轉(zhuǎn)化，而且可以用于防止癌癥形成中的細(xì)胞自然端粒酶活性丟失。物種具有獨(dú)特適應(yīng)性的另一個(gè)例子是大體重動(dòng)物，由于嚙齒動(dòng)物的研究顯示，體量大于10kg 的動(dòng)物，其體細(xì)胞端粒酶抑制與復(fù)制衰老有關(guān)。這是合理的，動(dòng)物的體量越大壽命越長(zhǎng)，如大象和鯨魚(yú)可能有尚未發(fā)現(xiàn)的獨(dú)特的機(jī)體抗癌適應(yīng)機(jī)制。由于物種的獨(dú)特生態(tài)決定了長(zhǎng)壽和抗癌適應(yīng)進(jìn)化，人類就不要指望會(huì)擁有所有這些抗癌機(jī)制和可能受益于進(jìn)化形成的所有通路。因此，這些種屬特異性適應(yīng)研究和這些在人體中后續(xù)應(yīng)用的策略研究將會(huì)開(kāi)啟癌癥預(yù)防和延長(zhǎng)壽命的新通路?？股氐陌l(fā)明是在人體中后續(xù)應(yīng)用策略的一個(gè)成功的例子，其中，經(jīng)真菌進(jìn)化的抗菌機(jī)制，人類也可以用來(lái)獲益。側(cè)重于跨嚙齒動(dòng)物長(zhǎng)壽保守機(jī)制的研究，可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)功能強(qiáng)大的藥物，例如高分子量的透明質(zhì)酸可以被直接用于人體，也可以研發(fā)HYAL 酶(乙酰透明質(zhì)酸降解酶)的抑制劑，來(lái)增加內(nèi)源性透明質(zhì)酸的含量、水平和分子量。

DNA 測(cè)序技術(shù)的最新進(jìn)展，已經(jīng)能測(cè)序跨物種生物體的整個(gè)基因組，并且經(jīng)比較基因組研究表明，長(zhǎng)壽基因是根據(jù)物種選擇的多個(gè)DNA 損傷和修復(fù)基因。如何實(shí)現(xiàn)更有效的基因組維護(hù)，可能會(huì)打開(kāi)理解提高DNA 修復(fù)和人類基因組的穩(wěn)定性思路。比較基因組學(xué)還提供了公正看待長(zhǎng)壽動(dòng)物及其獨(dú)特適應(yīng)進(jìn)化的遺傳策略。裸鼴鼠、盲鼴鼠和布氏蝙蝠這三個(gè)長(zhǎng)壽哺乳動(dòng)物的基因組透露，不同的動(dòng)物在壽命控制上使用不同的種系特異性機(jī)制。這些長(zhǎng)壽動(dòng)物的基因組知識(shí)，無(wú)疑也可用于理解抗癌癥的基因組。

總之，經(jīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)模式生物研究，以便包括不同物種的長(zhǎng)壽和易患癌癥動(dòng)物是至關(guān)重要的，因?yàn)槎虊酆桶┌Y易感的小鼠與大鼠可能會(huì)丟失長(zhǎng)壽和抗癌癥的機(jī)制。集中和深入長(zhǎng)壽嚙齒動(dòng)物分子生物學(xué)研究和比較基因組學(xué)研究，將有助于加深對(duì)衰老和癌癥知識(shí)的進(jìn)一步理解。

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