端粒是位于染色体末端的一小段 DNA - 蛋白质复合体，被称作细胞寿命的 “有丝分裂钟”。它由端粒 DNA 和端粒结合蛋白组成，其功能是维持染色体结构的独立性和稳定性，在染色体 DNA 复制和末端保护、染色体定位、细胞寿命维持等方面起重要作用。
端粒 DNA 是由富含鸟嘌呤（G）的高度保守的重复核苷酸序列组成，不同物种的端粒 DNA 序列可不一致。人类和脊椎动物端粒 DNA 序列由 5'-3' 方向的（TTACGG）n 为特征的六核酸重复序列（端粒序列）组成，人类端粒重复序列出现的频率可达 2000 次左右。端粒 DNA 是非结构基因，不具备编码蛋白质的功能。比较儿童和老人的细胞，可以发现两者 DNA 端粒的长度明显不同。寿命只有 1 - 2 年的老鼠，其端粒的长度约为 10 组 TTAGGG 碱基序列；而寿命在 100 年以上的乌龟，其端粒的长度可达将近 100 组 TTAGGG 碱基序列。
端粒结合蛋白包括 shelterin 复合体和 CST 复合体。哺乳动物 shelterin 复合体由 6 个蛋白组成，即端粒重复结合因子 1 和 2（TRF1、TRF2）、端粒保护蛋白 1（POT1）、TRF1 和 TRF2 相互作用核蛋白 2（TIN2）、抑制 / 激活蛋白 1（RAP1）、POT1 - TIN2 组织蛋白（TPP1）。CST 包括 3 个蛋白即 CTC1、STN1 和 TEN1。shelterin 保护端粒避免 DNA 损伤应答，通过端粒酶调节端粒长度；而 CST 控制端粒酶对端粒的延伸和 C 链插入序列的合成。
端粒的功能主要有以下几个方面：
末端保护：防止 DNA 被修复系统降解。
延伸合成：防止 DNA 因复制而缩短。
参与同源染色体配对和重组：促进减数分裂。
分裂计数器：真核细胞的端粒是线性 DNA，其末端随周期性的复制而逐渐缩短。对于正常人体细胞，由于末端复制问题，细胞每分裂 1 次端粒就缩短 50 - 200nt；当端粒缩短到临界长度时，细胞就会出现衰老，以至于死亡。因此，在正常真核细胞中，端粒可被看成是生命的 “时钟”，或有丝分裂的 “计数器”。
二、端粒的功能
端粒由重复的 DNA 序列组成，类似鞋带末端的塑料保护套，防止染色体在细胞分裂时受到损伤，细胞每分裂一次，端粒就会缩短，当端粒缩短到一定程度，细胞将无法继续分裂，进入衰老或凋亡状态。
端粒作为染色体末端的特殊结构，在细胞中起着至关重要的作用。其功能主要体现在以下几个方面：
端粒起到末端保护的作用。就像保护鞋带末端的塑料保护套一样，端粒能够防止 DNA 被修复系统降解，确保染色体的稳定性和完整性。
端粒在延伸合成方面发挥关键作用。由于细胞分裂时，DNA 复制会导致末端的部分无法完全复制，而端粒的存在可以防止 DNA 因复制而缩短。每当细胞分裂一次，端粒就会失去一小部分长度，以牺牲自己来保护染色体的主体部分。
端粒还参与同源染色体配对和重组，在减数分裂过程中促进染色体的正确分离和组合。
端粒被视为分裂计数器。真核细胞的端粒是线性 DNA，其末端随周期性的复制而逐渐缩短。对于正常人体细胞，由于末端复制问题，细胞每分裂 1 次端粒就缩短 50 - 200nt。当端粒缩短到临界长度时，细胞就会出现衰老，以至于死亡。因此，在正常真核细胞中，端粒可被看成是生命的 “时钟”，或有丝分裂的 “计数器”。
研究发现，不同物种的端粒长度与寿命存在一定的关联。寿命只有 1 - 2 年的老鼠，其端粒的长度约为 10 组 TTAGGG 碱基序列；而寿命在 100 年以上的乌龟，其端粒的长度可达将近 100 组 TTAGGG 碱基序列。这表明端粒的长度在一定程度上影响着生物的寿命。
科学家们通过对不同细胞和生物体的研究，进一步揭示了端粒的功能。例如，在体外培养成纤维细胞的观察中，随着增龄，端粒的长度逐渐变短，有丝分裂的能力明显渐渐变弱；对不同年龄供体角膜内皮细胞的端粒长度进行研究发现，角膜内皮细胞内端粒长度长期维持在一个较高的水平，而端粒酶却不表达；鼠的端粒比人类长近 5 - 10 倍，寿命却比人类短的多。这些研究结果提示体细胞端粒长度与个体的寿命及不同组织器官的预期寿命并非一致，说明端粒的长度缩短是衰老的原因还是结果尚需进一步研究。
三、端粒与衰老
研究表明，端粒的长度与衰老过程密切相关，端粒较长的人通常在某种程度上具有更长的寿命，但端粒长度不是唯一决定因素，遗传、环境、生活方式等多种因素也会影响寿命。
端粒作为染色体末端的特殊结构，其长度与衰老之间存在着紧密的联系。科学家们通过大量的研究发现，端粒较短的人更容易衰老和死亡。随着年龄的增长，体内的细胞会不断复制，每次细胞复制时，端粒都会变短。当端粒变得太短时，细胞就会死亡或变得衰老。随后，衰老的细胞会在人体组织中堆积，并发出炎症信号，损害附近的细胞，从而导致骨关节炎和阿尔茨海默氏症等疾病。许多研究发现，端粒长度与心脏病、癌症、认知能力下降和其他与衰老有关的疾病之间存在关联。
在 60 至 79 岁身体健康的老年人中，较短的端粒与抑郁症状、认知问题和较高水平的炎症细胞因子 IL - 6（由衰老细胞分泌）有关。端粒较短的人也更容易死亡。美国犹他大学的遗传学家理查德・考顿及其同事在一项研究中发现，在 60 岁以上的人中，端粒较短的人死于心脏病的可能性是其他人的 3 倍，死于传染病的可能性是其他人的 8 倍。
有些人出生时就比其他人 “年轻”，这是由于遗传和母亲健康的原因，有些人天生就有较长的端粒。焦虑程度高、营养状况差和生活方式不健康的母亲更有可能生出端粒较短的婴儿。但一般来说，这种差异并不明显。环境和生活方式的因素也极大地影响了端粒随着人们年龄增长而缩短的速度。吸烟、过度饮酒、污染、压力、与社会脱离和吃加工食品等都会产生氧化压力，从而导致端粒更快地缩短。相反，体育活动、高水平的社会支持和富含抗氧化剂的健康饮食，可以减缓端粒缩短的速度并减少氧化压力。
科学研究还发现，年轻一代在生物学上的衰老速度可能比他们的长辈快。美国蓝十字蓝盾医保组织 2019 年的一项研究发现，千禧一代身心健康下降的速度比上一代快，并预测他们的死亡率可能比 60 后攀升 40% 以上。这部分是因为千禧一代更容易出现抑郁症、药物滥用的情况，高血压和高胆固醇也更高。
为了减缓或推迟衰老的影响，生物技术创业公司正在探索药物治疗。一种策略可能是拉长端粒，然而一些科学家担心这可能会导致癌症。另一个策略是清除可能造成附带组织损伤的衰老细胞。为了推迟认知能力的下降，目前相关人员正在使用不同的策略，试图开发数百种治疗方法。然而，最自然的方法是保持健康的生活方式和较低的压力水平。
四、影响端粒长度的因素
端粒的初始长度在很大程度上由遗传决定，某些人天生拥有较长端粒，在衰老过程中更具优势。研究发现，人类染色体的端粒长度 “遗传” 的影响比较大。不同人的染色体端粒长度存在很大的差异，这种差异似乎从出生时就已确定，并在整个人生中保持稳定。新生婴儿的端粒长度与其父母的端粒呈正相关，且母亲的基因对孩子的影响权重更高，更可能让孩子端粒延长。
（二）生活方式均衡饮食：富含抗氧化剂的食物如水果、蔬菜、全谷物和鱼类等，可减少自由基对端粒的损害。食物中富含核酸的包括鱼子酱、猪肝、肉类、豆类等；维生素 D 的主要来源是阳光照射和饮食中的脂肪鱼、鸡蛋黄、奶制品等；蓝莓、黑莓、花椰菜、番茄等富含抗氧化剂的食物；卵黄、牛肉、鱼类等都含有丰富的卵磷脂。健康的饮食模式，如地中海饮食，与端粒长度的保护有关。
规律锻炼：适度运动可促进细胞端粒的维持，有氧运动和力量训练相结合效果更好。研究表明，定期进行有氧运动可以提高端粒酶的活性，从而有助于端粒的维持。建议每周进行 150 分钟的中等强度有氧运动。
充足睡眠：每晚睡眠 7 - 8 小时可提高端粒酶活性，有助于端粒维持。研究表明青少年、中老年人群中的睡眠时间均影响端粒长度。在中老年人群中每天睡 5 小时以下的人端粒长度比睡 7 小时以上的人端粒长度短 6%。
良好心理状态：减轻压力可通过冥想、放松训练、社交活动等方式实现，有助于端粒维持。长期高强度的压力会导致端粒缩短，因此减轻压力可以帮助增加端粒长度。
（三）环境因素环境中的压力、污染和其他有害因素会对端粒产生负面影响，长期心理压力和不良生活环境可能加速端粒缩短。
空气污染中的颗粒物、气体和金属会通过氧化应激和炎症反应缩短端粒长度；水污染中的重金属、有机污染物和化学污染物可以通过氧化应激和 DNA 损伤缩短端粒长度；土壤污染中的重金属和有机污染物会通过氧化应激和 DNA 损伤缩短端粒长度；噪音污染会导致睡眠障碍、氧化应激和慢性炎症，与端粒长度缩短有关。社会经济地位较低的个体更有可能接触环境污染物，导致端粒长度缩短。饮食和营养方面，某些营养素与端粒长度延长有关，而其他营养素则与端粒长度缩短有关。健康的饮食模式与端粒长度的保护有关。补充营养素或实施营养干预可以帮助减缓端粒长度缩短。
吸烟已明确与端粒缩短有关。香烟烟雾中含有多种有毒化学物质，可损伤端粒酶活性并诱发氧化应激。每周饮酒量超过 17 单位，就会导致端粒缩短。经常饮酒会增加氧化应激和炎症，从而导致端粒缩短。
五、端粒研究的最新进展
上海交通大学医学院附属第九人民医院 / 上海精准医学研究院张家毓团队、卞迁团队和第四军医大学马恒团队合作在《核酸研究》上发表研究论文。端粒是位于线状染色体末端的一小段 DNA 蛋白质复合体，功能是保持基因组的完整性和稳定性。正常情况下，端粒会随细胞分裂逐渐变短，一旦过短，就会引发持续的 DNA 损伤反应，诱导细胞衰老，最终导致细胞停止分裂。研究团队通过对比正常人群和心力衰竭人群心肌端粒长度，发现心衰患者端粒长度较正常人群缩短。实验中，短端粒心肌细胞中衰老相关标志物 p21 和 p16 蛋白显著上调，细胞出现肥大以及 SA-β-Gal 细胞衰老标志物增加。同时，短端粒心肌细胞收缩力更大，跳动频率更高，线粒体呼吸能力更低。此外，研究团队通过对心衰患者的组织芯片进行端粒 TelCQ-FISH 和免疫组织化学染色，发现转录因子 FOXC1 在短端粒心肌细胞中显著上调。在衰老心肌细胞中下调 FOXC1 则能有效改善心肌功能，为治疗心肌衰老提供了潜在新方向。
2. 母亲的染色体端粒长度与父亲存在差异，端粒长度受到染色体臂的影响比年龄更甚。美国沙克研究所的 Jan Karlseder 教授团队利用最新开发的 Telo-seq 技术深入研究发现，即使是同一条染色体，来自父亲的端粒和来自母亲的端粒在长度上也大相径庭。比如 HG002 细胞系中，1 号染色体 p 臂的母本端粒长度为 4165bp，而父本则长达 11139bp。同时，研究还表明端粒长度受到染色体臂的影响比年龄更甚。
3. 美国德克萨斯大学 MD・安德森癌症中心研究团队确定了一种小分子化合物，可以恢复端粒酶逆转录酶（TERT）的生理水平，逆转生物体衰老。该研究团队在顶尖学术期刊《细胞》上报告了他们发现的一种潜在抗衰老药物。这种小分子化合物是在 60 多万种化合物中通过高通量筛选发现的，被称为 TERT 激活剂化合物（TAC）。它的作用方式是影响 TERT 基因的表观遗传学特性，把 TERT 基因的表达水平恢复为年轻状态，进而帮助端粒酶特定亚基恢复 “年轻” 活性，促进端粒的合成。临床前实验显示，TAC 可以全面逆转衰老迹象，包括改善大脑认知功能、增强肌肉力量、减少衰老细胞和减轻组织炎症等。在高龄小鼠实验中，TAC 治疗 6 个月后，老年小鼠出现了很多 “年轻态” 的特征，如大脑海马体中有新的神经元生成，肌肉力量与协调性改善，炎症反应降低，消除了累积的衰老细胞。安全性测试显示无明显毒性。研究人员在人类细胞系上的初步测试也发现，TAC 可以增加端粒合成，减少端粒的 DNA 损伤信号，并使细胞的增殖潜能延长。
六、结论
虽然端粒在一定程度上影响着一个人的寿命，但它只是众多因素中的一个。科学家们仍在深入研究端粒与衰老之间的关系，希望能够找到延缓衰老、提高生活质量的方法。通过改善生活方式和环境，我们或许能够在一定程度上保护我们的端粒，从而延长生命的长度和质量。
要真正实现延缓衰老、延长寿命，不能仅仅依靠对端粒的研究。遗传、环境、生活方式等多种因素共同作用，决定了一个人的寿命。在生活方式方面，均衡饮食、规律锻炼、充足睡眠和良好心理状态都有助于维持端粒的长度。例如，富含抗氧化剂的食物如水果、蔬菜、全谷物和鱼类等，可以减少自由基对端粒的损害；适度运动可促进细胞端粒的维持，有氧运动和力量训练相结合效果更好；每晚睡眠 7 - 8 小时可提高端粒酶活性，有助于端粒维持；减轻压力可通过冥想、放松训练、社交活动等方式实现，有助于端粒维持。
环境中的压力、污染和其他有害因素会对端粒产生负面影响，长期心理压力和不良生活环境可能加速端粒缩短。空气污染、水污染、土壤污染、噪音污染以及吸烟、过度饮酒等不良生活习惯都会导致端粒缩短。而健康的饮食模式与端粒长度的保护有关，补充营养素或实施营养干预可以帮助减缓端粒长度缩短。
最新研究发现，超加工食品摄入量越高，端粒越短，即食 / 加热 UPF、豆类和土豆 UPF、动物性 UPF、人造糖、饮料的摄入量与端粒缩短有关，而早餐谷物和素食替代品与端粒长度增加有关。过量摄入超加工食品，还会折寿，增加全因死亡、心血管死亡、呼吸系统疾病死亡风险。
