衰老生物學（原書第二版）

目錄
第1章 衰老生物學中的基本概念 1
生物老年學：對生物學衰老的研究 1
隨著人類壽命的延長，生物學家開始研究衰老 2
20 世紀40 年代開始生物老年學發(fā)展成為獨立的研究學科 2
當今的衰老研究更注重人的整體健康 3
非人類物種的生物學衰老與人類的衰老有許多共同特征 4
衰老研究是一個復雜的過程 4
衰老的原因與機制是兩個獨立但又相互關(guān)聯(lián)的過程 5
生物學衰老的定義 5
生物學衰老的初定義基于死亡率 6
基于功能的定義有助于描述特定時期的生物學衰老 7
本書中衰老的定義 7
發(fā)育、成熟、衰老用于描述衰老相關(guān)事件的不同階段 7
生物學衰老有別于老年病 9
生物老年學家如何研究衰老：使用實驗室生物研究人類衰老 9
用獨立的細胞體系研究衰老與壽命的基本生物化學過程 11
真菌是研究影響衰老與壽命的環(huán)境因素的良好模型 13
原始的無脊椎動物可能為延長細胞壽命、細胞信號轉(zhuǎn)導，以及整體衰老提供線索 13
昆蟲能夠用于研究全身和胞內(nèi)信號如何影響生命歷程 14
小鼠和大鼠是研究營養(yǎng)、遺傳和生理學問題的常用對象 15
非人靈長類動物顯示許多與人類相同的時間依賴性變化 15
人類早老癥能夠作為正常人類衰老的模型 16
生物老年學家如何研究衰老：比較生物老年學 17
物種的體型與壽命相關(guān) 17
減少對外來危險的脆弱性可以闡釋壽命的延長 18
高度組織化的社會結(jié)構(gòu)延長野生動物的壽命 19
少數(shù)水生動物長壽 19
渦蟲和水螅的衰老可以忽略不計，壽命極長且組織再生能力極強 20
生物老年學家如何研究衰老：系統(tǒng)生物學 21
系統(tǒng)生物學有助于將生物學轉(zhuǎn)變?yōu)轭A測科學 21
生物學研究具有科學還原法的特征 23
系統(tǒng)生物學和還原論共同協(xié)作以擴增知識并改善預測 24
還原論可以預測簡單生物系統(tǒng)的涌現(xiàn)屬性，復雜系統(tǒng)則需要定量的方法 25
現(xiàn)代系統(tǒng)生物學和“組學”科學始于人類基因組測序 25
生物學網(wǎng)絡提供了評估系統(tǒng)內(nèi)相互作用的方法 27
未來之路 29
核心概念 29
討論問題 30
延伸閱讀 31
第2章 測量生物學衰老 32
在個體中測量生物學衰老 32
年齡相關(guān)的表型差異影響對個體衰老的測量 34
生活方式的選擇顯著影響表型 36
橫向研究比較在單個時間點不同年齡組別的變化 37
縱向研究觀察單一個體隨時間的變化 38
精準醫(yī)學計劃將開發(fā)出精準明確的衰老生物標志物 41
在群體中測量生物學衰老 44
通過死亡率估計群體中的死亡數(shù)量 45
生命表包含關(guān)于死亡率、預期壽命和死亡概率的信息 45
年齡別死亡率呈指數(shù)上升 47
非年齡依賴性死亡能夠影響死亡率 48
死亡率倍增時間用以校正初始死亡率的差異 49
生存曲線近似于死亡率 51
生命末期死亡速率的下降提示長壽基因存在的可能性 52
精準醫(yī)學時代將改變我們衡量群體衰老速率的方式 53
未來之路 53
核心概念 54
討論問題 54
延伸閱讀 55
第3章 壽命與衰老的進化理論 57
壽命與衰老的進化理論的基礎(chǔ) 57
Weismann 確立了體細胞與生殖細胞的區(qū)分 57
Weismann 提出衰老是一個非適應性特征 58
種群生物學家開發(fā)出計算種群增長的邏輯方程 61
種群年齡結(jié)構(gòu)反映了復雜真核生物的達爾文適應度 62
種群繁殖速率描述了年齡特異性的適應度 63
Fisher 描述了種群繁殖潛能和達爾文適應度之間的關(guān)系 64
進化與壽命 65
外因性衰老速率導致自然選擇的效力下降 65
Medawar 理論認為衰老是遺傳漂變的結(jié)果 67
Medawar 提出在繁殖后群體中衰老與長壽是分別出現(xiàn)的 67
Hamilton 的自然選擇壓力對死亡率的影響完善了Medawar 理論 68
檢驗壽命的進化模型 69
晚育生物體具有更低的固有死亡率 69
遺傳漂變將壽命和繁殖聯(lián)系起來 70
長壽進化理論的驗證結(jié)果改變了生物老年學研究 71
進化與衰老 72
拮抗多效性是一般多效性的一個特例 72
一次性體細胞理論基于有限資源的分配 73
未來之路 74
核心概念 74
討論問題 75
延伸閱讀 76
第4章 細胞衰老 77
細胞周期與細胞分裂 77
細胞周期包括4 1 個階段 77
DNA 復制發(fā)生在S 期 78
細胞分裂發(fā)生在M 期 78
細胞周期的調(diào)控 80
S 細胞周期蛋白和細胞周期蛋白依賴性激酶啟動DNA 的復制 81
p53 信號通路能夠阻止G1 到S 期過渡時的DNA 復制 82
許多蛋白質(zhì)參與DNA 的復制 82
黏連蛋白和凝縮蛋白有助于染色體的分離 82
分裂中期到后期的過渡標志著細胞周期后的檢查點 83
功能完善的細胞能夠在G0 期退出細胞周期 84
程序性細胞死亡（即凋亡）是發(fā)育和組織維持的正常部分 84
細胞衰老 86
一個錯誤使得細胞衰老的發(fā)現(xiàn)推遲了50 年 86
Hayflick 和Moorhead 的研究發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了細胞老年學研究領(lǐng)域 87
體外培養(yǎng)細胞的生長分為三個階段 88
衰老細胞的若干共同特點 90
細胞衰老能夠保護細胞免受癌癥侵襲 91
誘導細胞衰老的機制有待闡明 91
細胞衰老的原因：損傷的生物分子的積累 92
生物分子服從于熱力學定律 92
生命需要持續(xù)地保持秩序與自由能的平衡 93
衰老的基本機制是分子保真度的喪失 93
衰老反映了細胞內(nèi)受損生物分子的積累 93
細胞衰老的代謝基礎(chǔ) 95
當大氣中氧含量增加時誕生了多細胞生物 96
氧化代謝產(chǎn)生活性氧 96
線粒體ATP 合成產(chǎn)生大多數(shù)的超氧離子 97
酶催化超氧自由基還原為水 99
胞漿還原也會產(chǎn)生自由基 100
氧自由基導致?lián)p傷的生物分子的積累 101
細胞膜容易受到活性氧的損傷 102
拮抗多效性解釋了活性氧所造成的損害導致衰老的機制 105
端粒與細胞衰老 106
端粒能夠阻止后隨鏈去除關(guān)鍵的DNA 序列 106
端粒的縮短可能導致體細胞衰老 108
端粒短縮與時間依賴性功能喪失和疾病相關(guān) 109
未來之路 110
核心概念 111
討論問題 111
延伸閱讀 112
第5章 壽命的遺傳學 113
真核生物基因表達概述 113
DNA 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生互補RNA 114
真核細胞在轉(zhuǎn)錄后對RNA 進行修飾 115
翻譯是RNA 引導的蛋白質(zhì)合成 118
翻譯后蛋白質(zhì)能夠被修飾或降解 120
基因表達的調(diào)控 121
核小體結(jié)構(gòu)的改變可以調(diào)控基因的表達：表觀基因組學 122
蛋白質(zhì)與DNA 的結(jié)合能夠調(diào)控基因的表達 122
轉(zhuǎn)錄后機制也能夠調(diào)控基因的表達 126
生物老年學研究中基因表達的分析 127
生物老年學中的遺傳分析始于突變體的篩選 129
鑒定基因功能需要進行DNA 克隆 129
基因序列可以部分確定該基因的功能 130
原位雜交能夠揭示基因功能 137
轉(zhuǎn)基因生物有助于評估某個基因?qū)θ祟悏勖挠绊?137
DNA 微陣列技術(shù)用于評估不同年齡的基因表達模式 140
釀酒酵母壽命的基因調(diào)控 141
釀酒酵母既進行無性繁殖也進行有性繁殖 141
環(huán)境條件影響繁殖與壽命 143
DNA 結(jié)構(gòu)的改變影響壽命 143
SIR2 通路與長壽相關(guān) 143
營養(yǎng)響應通路上的功能失活突變可能延長壽命：以雷帕霉素為靶標 145
秀麗隱桿線蟲壽命的基因調(diào)控 148
調(diào)控dauer 形成能夠延長線蟲壽命 148
調(diào)控dauer 形成的遺傳途徑 149
daf-2 基因的弱突變能夠延長壽命 150
daf-2 基因聯(lián)結(jié)了長壽與神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)控 151
線粒體蛋白可能連接著代謝與壽命延長 152
黑腹果蠅壽命的基因調(diào)控 153
果蠅在遺傳學研究中的應用歷史悠久 153
延長壽命的基因與抗逆性的增加相關(guān) 154
調(diào)控果蠅生長的基因也能夠延長壽命 156
小鼠壽命的基因調(diào)控 157
許多小鼠基因能夠影響壽命 158
胰島素信號的降低連接了緩慢生長與壽命延長 159
生長激素信號的降低將胰島素樣信號通路與壽命延長聯(lián)系了起來 160
小鼠中壽命相關(guān)基因的調(diào)控對人類衰老研究有一定意義 163
未來之路 163
核心概念 164
討論問題 165
延伸閱讀 165
第6章 植物衰老 167
基礎(chǔ)植物生物學 167
植物細胞具有細胞壁、中央液泡和質(zhì)體 168
葉綠體——光合作用的場所 169
植物激素調(diào)節(jié)植物的生長和發(fā)育 171
植物衰老生物學 173
有絲分裂期的衰老發(fā)生于分生組織的細胞中 173
有絲分裂期后的植物衰老涉及程序性過程和隨機性過程 177
植物衰老的模型——擬南芥（Arabidopsis thaliana）葉片 177
葉片衰老三部曲 177
單糖在葉片衰老中扮演著重要角色 180
葉綠體的分解為其他植物器官提供氮和礦物質(zhì) 183
分解代謝產(chǎn)物可以誘導參與細胞器解體過程的基因的表達 183
葉片衰老過程中植物細胞膜的降解 183
啟動植物衰老 184
光照強度影響植物衰老的起始 184
細胞分裂素能夠延緩衰老 187
誘導衰老的其他植物激素 188
未來之路 189
核心概念 190
討論問題 190
延伸閱讀 191
第7章 人類的壽命與長壽 192
人類長壽的起源 192
人類死亡率是兼性的 193
遺傳因素使人類死亡率具有顯著的可塑性 193
長壽人群的死亡率也不盡相同 194
全基因組關(guān)聯(lián)研究確定了與人類長壽復雜性狀相關(guān)的基因 195
人類的智力改變了其死亡率 200
高等智力使人類具有獨特的長壽軌跡 201
遺傳對人類壽命的影響很小 202
20 世紀人類壽命延長的提升 203
在大部分人類歷史中，人類平均壽命不足45 歲 203
控制傳染性疾病使人口的平均壽命延長 204
嬰幼兒死亡率的降低提高了期望壽命 206
醫(yī)療水平的進步使得預期壽命持續(xù)提升 207
女性比男性有更高的平均期望壽命 209
未來之路 211
核心概念 212
討論問題 212
延伸閱讀 213
第8章 衰老相關(guān)的常見失能 214
身體成分和能量代謝的變化 214
能量平衡是攝入與消耗之差 215
脂肪在成年后持續(xù)積累 216
臨終期體重過度減少導致死亡率的增加 219
骨骼肌的變化 222
肌肉收縮是肌節(jié)內(nèi)肌動蛋白和肌球蛋白分子間相互作用的結(jié)果 222
骨骼肌的收縮過程始于神經(jīng)信號 224
骨骼肌收縮速度和收縮力由肌纖維的類型決定 225
衛(wèi)星細胞在骨骼肌損傷修復與更新中的作用 227
缺乏體力活動和內(nèi)源性衰老影響年齡依賴性的肌量丟失 228
骨骼肌強度和力量的年齡相關(guān)損失與老年性肌肉萎縮相關(guān) 229
導致老年性肌肉萎縮的內(nèi)在機制是