摘要
现代人类的长寿比例远高于祖先群体,使得那些为青年期优化、却在老年期持续活跃的分子通路产生不良后果。自然选择强度在成年期逐渐减弱,形成「选择阴影」:晚期有害突变在此区域累积,而具备青年期优势的等位基因即便在晚年产生代价也能得以保留。进化视角有助于理解一系列关键规律——从生命全谱系保守的长寿调控通路,到脊椎动物最高寿命相差百倍的差异,并解释衰老相关疾病为何共享遗传架构。比较基因组学、大规模人类遗传学研究与多组学衰老生物标志物的进展,使进化预测可得到严格验证。本综述整合进化遗传学与分子机制,阐明衰老为何会演化、衰老特征如何在物种与个体间存在差异,并为延长健康寿命提供理论指导。
melike.donertas@leibniz-fli.de
linda.partridge@ucl.ac.uk
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方框 1|衰老的进化理论
衰老之所以会演化,是因为自然选择的作用力在成年后随年龄增长而减弱,在晚期表型上形成了1层「选择阴影」。
2大核心种群遗传学理论解释了晚期有害效应如何在弱化的选择压力下累积;同时还有若干机制理论阐述这些效应通过哪些生理过程最终表现出来。
突变积累
仅在生命晚期产生有害效应的种系等位基因,会因针对它的纯化选择随年龄减弱而通过遗传漂变达到更高频率。
该理论预测:适合度相关性状的遗传方差会随年龄增长而升高,且衰老机制大多具有物种特异性(私有机制),因为不同支系会独立累积不同的晚期突变。
拮抗多效性
能在生命早期带来适合度收益的等位基因,即使在晚年造成损害,也会被选择保留,因为选择对早期效应的权重远高于晚期。
该理论预测:早期适合度与晚年表现之间呈负遗传相关,且衰老通路具有跨物种保守性(公共机制),因为类似的权衡格局会在不同类群中反复出现。
有2类互补的机制理论具体解释了拮抗多效性等位基因如何通过生理通路产生晚期代价:
可抛弃体细胞理论:对躯体维护的投入不足。生物优先将代谢资源分配给繁殖,以牺牲体细胞修复为代价。可抛弃体细胞本质上是拮抗多效性的特例:促进繁殖投入、牺牲躯体维护的基因,在定义上就是拮抗多效性基因。
功能亢进理论:为青年期优化的调控程序在晚年持续过度活跃。以mTOR通路为代表的「类程序化」通路,在晚年持续运行,驱动细胞衰老、组织肥大与衰老相关病变。
生物学约束
复杂生物必须同时平衡多项相互竞争的生理优先级,由此形成的高维权衡结构可能独立于「选择阴影」促成衰老。在这种观点下,优化某项生理功能(如免疫应答)不可避免地会损害另1项功能(如组织完整性)。因此,即使不存在经典意义上的拮抗多效性等位基因,衰老也可能出现。如果衰老主要源于此