《可不可以不變老？》：為了瞭解老化如何發生，我們必須進入次細胞的奈米世界

文：辛克萊（David A. Sinclair）、拉普蘭提（Matthew D. LaPlante）

不得不吞的良藥

延長人類生命的夢想並非始於二十一世紀初，就像人類飛行的夢想也不是二十世紀初才開始。科學並非開端，故事才是一切的濫觴。

從蘇美國王吉爾伽美什（Gilgamesh）開始，據說他統治烏魯克（Uruk）王國長達一百二十六年，到希伯來聖經裡的族長麥修撒拉（Methuselah），傳聞他活到九百六十九歲高壽，這些人類的神聖故事都證實了我們對長壽的深切渴慕。然而，除了神話和寓言以外，我們並無科學證明任何人可成功延壽超過一世紀。

假使無法深入瞭解生命的運作方式，延長壽命可說是希望渺茫。我和同事相信我們終於掌握了此方面的知識，儘管仍不甚完美。

1665年，「英國的達文西」，也就是虎克（Robert Hooke）， 出版《微物圖誌》（Micrographia），書中記錄他發現軟木樹皮裡的細胞。虎克的發現帶領人類進入了生物學的新時代。

但是，幾世紀過去了，細胞在分子層次上究竟如何運作，我們依然毫無線索。這方面的知識，得等到顯微鏡、化學、物理學、遺傳學、奈米工程，和演算能力等科學與技術皆大幅開展之時，才油然而生。

為了瞭解老化如何發生，我們必須往下進入次細胞的奈米世界，向下前往細胞，穿過外膜，進入細胞核。從那裡，我們繼續向下探索胺基酸和DNA，從這個尺度來看，人為何無法長生不死便一目瞭然了。

在我們從奈米的規模瞭解生命之前，即便人為何活著都是一個謎。就算是傑出的奧地利理論物理學家、量子物理的先驅薛丁格（Erwin Schrödinger）（沒錯，就是他提出了那隻既死又活的貓有關的想像實驗），在他試圖瞭解生命的運作時，也被弄得困惑不堪。1944年，他一籌莫展地宣稱生命物質「可能涉及迄今未知的『其他物理定律』」。這是他在當時所能得出最好的結論。

薛丁格1944年出版了《生命是什麼？》（What Is Life?），然而，接下來數十年裡，世界快速發展。時至今日，對於他的提問，我們即便尚未完整解答，但也已相當接近了。

解釋生命的運作並不需要新的物理定律。從奈米規模來看，生命的運作僅是一連串有序的化學反應，濃縮與組合通常不會組合的原子，或分解原本不會分解的分子。生命運用酵素這種蛋白質做為電玩小精靈（Pac-Man）來完成這些活動，而酵素則是由不同胺基酸結合形成環狀及層疊片狀的肽鏈所組成。

酵素透過偶然的分子運動使生命得以運作。你活著的每一秒，體內數兆個細胞中，每個細胞裡就有成千上萬個葡萄糖分子被葡萄糖激酶（glucokinase）捕捉，此種酵素可將葡萄糖分子結合至磷酸根上，進一步加以分解，藉此產生能量。而產生的能量多半為核糖體所用，核糖體是RNA和蛋白質形成的複合物，其主要工作就是讓胺基酸依特定的排列順序結合，生成新鮮的蛋白質。

這種說明是不是讓你有點昏昏欲睡？你並非唯一如此的人，而且這也不是你的問題。我們科學家身為老師，把酷炫的科學變得枯燥乏味，順勢幫了社會一個大倒忙。教科書和科學論文把生物學描繪成靜態、平面的二維世界，化學物質被畫成棒狀，化學反應途徑以箭頭表示，DNA是線條，基因是矩形，酵素是橢圓形，細胞被繪製得比實際大數千倍。

然而，一旦瞭解細胞實際運作的原理，便知道它們是世上最神奇的事物。在教室裡傳達此種奇蹟的難度在於，細胞存在於四維世界，且以人類無法感知或難以想像的速度與規模四處移動。秒和毫米之於人類，是時間和空間的極小單位；但是，對於直徑約十奈米、每千萬億分之一秒震動一次的酵素而言，一毫米相當於一座大陸，一秒等於一年以上。

混亂的必要

以觸酶（catalase）為例。觸酶是一種普遍存在、大小一般的酵素，每秒可分解超過十萬個過氧化氫分子。大腸桿菌內可容納一百萬個觸酶，而一百萬個大腸桿菌又相當於針頭大小。這些數字不只難以想像，簡直難以置信。

每個細胞裡，共有七萬五千種像觸酶一樣的酵素，全都放在一個微鹼的細胞液海裡摩肩接踵。以奈米尺度來看，細胞液海為黏膠狀，分子間的活動可說比五級颶風更劇烈，分子以相當於每小時約一千六百公里的速度彼此碰撞。其中只有千分之一的碰撞可以產生酵素反應，在奈米尺度下，這樣的反應每秒也可以發生數千次，足以維持生命。

這似乎聽來混亂不堪，情況也確實如此，但我們需要這種混亂，秩序才能浮現。少了這種混亂，必須互動才能維持生命的分子無法找到彼此，發揮作用。人類的去乙醯酶酵素SIRT1便是最佳範例。

SIRT1上精準的震動槽會緊緊結合NAD分子與它想從其剝除乙醯基的蛋白質，如組蛋白或FOXO3，此二個被捕捉在一起的分子會立刻發生反應，之後SIRT1將去乙醯基的蛋白釋放，同時放出維生素B3和乙醯化腺嘌呤核糖（acetylated adenine ribose），這些會再被回收成為製造NAD的原科。

更重要的是，現在標靶蛋白已經移除了牽制它的乙醯基標記，組蛋白因而可以更密實地包裹DNA，使基因沉寂；而FOXO3在脫離束縛之後，可轉而啟動保護型基因的防禦機制。