永生•长生不老

长生不老是人类的终极追求。民间传说志怪传奇中有大量有关长生不老的故事，从偷吃仙药而奔月的嫦娥，到西游记中挖空心思吃唐僧肉的各路妖魔鬼怪。历史典籍中也有很多权力达到顶峰的人迷恋长生不老，从被徐福骗得团团转的秦始皇，到迷恋丹药死于慢性中毒的嘉靖皇帝。

而长生不老却不是生物体自然的设计，除了少量低等生物外，复杂生物进化并没有长生不老的进化动力，而都会面临生老病死的生命历程。拥有了自我意识的人类，在强烈的生存欲望驱使下，想尽一切办法延长个体的生命。不断进步的医疗卫生及科学技术也在不断延长人类的平均寿命。有乐观人士认为人类有望在几十年内打破寿命界限，实现长生不老。那么我们就来看看怎样才能实现长生不老。

人体衰老大致可以分为两类。一类是物理性衰老，主要发生在组织器官层面的物理化学变化，引起身体机能障碍。比如因为血管中沉积大量血脂胆固醇等引起的堵塞硬化、肺部因为吸入的粉尘沉积的污垢引起呼吸功能减弱、以及各种器官表面钙化栓塞等等。另一类则发生在细胞层面，由于细胞内部DNA端粒的限制，使得细胞分裂达到一定次数后DNA解体引起的细胞自毁以及DNA受到损伤累积到不可修复后的细胞凋亡。

对于物理性衰老，就跟我们日常使用的工具设备一样，依靠保养和维修来延长寿命，而到了一定程度最终还是必须通过更换全新的器官来解决问题。器官移植目前来看已经是比较成熟的技术，只是器官来源是一个很头疼的问题。不过随着干细胞、3D打印等技术的演进，相信工业化式的大规模生产或者自体器官快速生成会在不远的将来实现。这里不再过多讨论。

我们来着重谈谈细胞层面的生理性衰老问题。

作为软件架构师，我在设计高稳定性系统的时候，经常会采用一种老化-自毁-重生机制。采用这种机制的原因是因为我们设计的系统肯定是不完美的，代码中肯定会存在瑕疵，而这些瑕疵累积起来造成的错误放大机制可能会毁掉整个系统。基于这个不完美性前提，我们给每个任务处理器（进程）一个死亡倒计时，当它处理设定数量的任务后，就执行自毁操作，启动一个全新的进程替代它（参考Apache的进程老化设计）。

人体细胞内部有一个异常复杂的纳米工厂，用于生产执行细胞生理功能的蛋白质。同时细胞本身也具备自我复制能力，通过细胞分裂产生新的细胞。这个纳米工厂可以用模具车间来类比，通过模具生产配件并组装成特定的产品。而细胞中的模具就是DNA片段。在生产过程中模具会损耗，DNA片段同样会被体内的化学环境（氧化剂、代谢产物、外部毒素）以及外部的光（紫外线、X光）、热、电等物理刺激也会造成DNA的损伤。特别是在DNA片段被使用过程中更加容易被上述因素伤害。好在细胞内部有一套非常完善的DNA检错和纠错修复机制。但是还是会有大量的DNA错误和损伤无法被检测和修复，而且修复过程也会引入新的错误。这就造成与前面说的程序代码一样的错误累积和误差放大效应，使得细胞失去活性甚至癌变。于是身体内部也设定了一套类似的老化自毁机制以防止错误的积累。这套机制就是DNA末端的端粒。DNA端粒就跟鞋带两头的防止鞋带蓬松的胶套一样，把DNA双链末端牢牢捆束在一起。更形象的比喻就像在麻花辫梢用头绳打出很多结。DNA每复制一次，也就是细胞每分裂一次，这套绳结就少掉一个结。通常细胞分裂60次左右绳结就用完了，然后麻花辫散开，也就是DNA双链碎裂散开，细胞凋亡溶解被身体的免疫系统清除。

与前面所讲程序设计中的老化自毁重生机制不同，细胞复制分裂的原本和副本都会损失一段端粒。细胞分裂并不会像进程一样可以清理掉错误累积，分裂后的细胞也无从分辨哪个是母本，哪个是副本。于是整个一个族系的细胞会在经历了大致相同的时间和分裂周期的老化阶段，并同步走向凋亡。在宏观上就呈现出人体的老化现象，由于损伤和死亡的细胞无法得到补充而造成器官的衰竭，最终走向死亡。

人体各组织器官的细胞损耗与更新速度有很大的不同，比如一直劳碌奔波的血细胞，包括运输氧气的红血球、对抗细菌病毒的白血球和对抗出血的淋巴细胞。大家一刀切60次分裂次数的话这些易耗细胞很快就会枯竭。于是人体某些细胞中，比如干细胞，包括造血干细胞中，还有一种端粒的修补机制，由一种叫作端粒酶的蛋白在其处于活跃状态时能够执行端粒片段的生产和修补功能，从而保持细胞能够突破60次的限制，不停分裂下去。因此，解决生理性衰老的关键应该是端粒机制。如果我们能够通过控制端粒酶的活性来延长端粒的长度，从而使得损伤的细胞能够源源不断被修复，从而实现青春永驻，长生不老。这看起来很美。

细胞中端粒的存在限定了初始细胞能够增殖分裂的族群总数，为人类带来了衰老的问题。但是生物体经过漫长进化而形成的端粒肯定有非常重要的意义。其中最重要的一点就是阻止细胞无限制的分裂，避免局部细胞对资源的过度使用，从而起到对抗癌症的作用。由于端粒机制的出色运作，不受控制分裂的细胞很快走向凋亡，使得在自然界中人类生育期前面临癌症而死亡的风险大大降低。

端粒失控面临的极大的癌症风险，同时也会造成局部组织器官发育障碍和不均衡而导致严重的机能紊乱。端粒精细控制非常困难，由于细胞分裂是指数级增长曲线，小小的调节会造成后期极大的放大效应。这时也许需要知识跨界了。物理学的统计力学可以应用来作为强有力的工具来预测和调节端粒酶的活性，以达到端粒变长和变短的最佳动态平衡。从而使得通过端粒调节实现长生不老成为可能。

图1，端粒长度的衰减趋势 ^[1]

目前就疾病而言，心血管疾病和癌症是威胁人类寿命最重要的因素。这两者都是物理污垢沉积或者DNA损伤累积到一定程度的结果。这种衰老方式不是能够通过细胞增殖修复能够解决的问题。前面说过，物理衰老过程没有更好的办法，最终只能依赖器官的移植来解决。而癌症则需要通过医疗技术创新来解决。不过前面说讲述的端粒控制机制也是一种癌症的治疗手段。去年癌症治疗领域的一个亮点是免疫疗法，通过激活人体免疫系统识别癌化的细胞并消灭之。

更进一步，如果能够像我们编程一样，首先保留一套精确的人体个体DNA样本，在人体中建立一套超级免疫机制，通过检查比对每个细胞的DNA信息把有错误表达的细胞消灭掉，并及时通过干细胞补充衰老的细胞。这种机制看起来好像挺科幻，实际上人体经过漫长的进化，上述机制的各个环节功能在人体中均已具备。虽然大自然没有长生不老的进化路径，但是每个生物体有非常强烈的生存进化压力，从而使得达到长生不老的各种因素已经初步具备。万事俱备，只欠东风。这个东风就是通过结合信息技术和基因技术，通过修饰和完善细胞内部的DNA损失检查和修复机制，在利用干细胞及统计物理学知识技术来调节细胞的更新换代，从而彻底解决生理性衰老及癌症问题。再通过干细胞和3D打印技术解决器官再生和移植问题，人类长生不老的梦想也许能够实现。

总的来说，我对科学技术发展而实现人体永生比较乐观，最起码能够大大延长人类的平均寿命。但是面临太阳系乃至整个宇宙的灭亡趋势，人类能够规避吗？

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1. http://physics.aps.org/articles/v6/129 ↩