《衰老生物学》PDF下载

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  • 作  者:(美)ROGERB.MCDONALD著;王钊,张果主译
  • 出 版 社:北京:科学出版社
  • 出版年份:2016
  • ISBN:9787030484512
  • 页数:362 页
图书介绍:本书讨论了衰老生物学的最新研究进展,包括基本概念、测量生物学衰老、寿命与衰老的进化理论、细胞衰老、寿命的遗传学、植物衰老、人类寿命、人类衰老的生理学、人类衰老相关疾病、调控衰老与寿命等。总结了细胞衰老机制、探讨了在不同物种中影响长寿的遗传通读,列举了衰老过程中的正常变化以及生理系统的功能衰退,讨论了衰老干预和延长寿命的手段和意义。

第1章 衰老生物学中的基本概念 1

生物老年学:对生物学衰老的研究 1

随着人类寿命的延长,生物学家开始研究衰老 1

20世纪40年代,生物老年学成为独立的研究学科 3

衰老研究着眼于人的整体健康 3

非人类物种的生物衰老与人类的衰老有很多共同特点 4

衰老研究是一个复杂的过程 4

生物学衰老的定义 5

生物学衰老的最初定义基于死亡率 6

基于功能的定义有助于描述特定时期的生物学衰老 7

本书中衰老的定义 7

发育、成熟、衰老用于描述衰老相关事件的不同阶段 8

生物学衰老不同于老年病 9

生物老年学家如何研究衰老:使用实验室生物研究人类衰老 10

研究分离的细胞系统以描述衰老与长寿的基本生物化学过程 12

真菌是研究影响衰老与寿命的环境因素的良好模型 14

原始的无脊椎动物可能为延长细胞寿命、细胞信号转导,以及全身衰老提供线索 14

昆虫能够用于研究全身和胞内信号如何影响生活史 15

小鼠和大鼠是研究营养、遗传及生理学问题的常用对象 15

非人类灵长类动物显示许多与人类相同的时间依赖性变化 16

人类早老症能够作为正常衰老的模型 17

生物老年学家如何研究衰老:比较生物老年学 18

物种的体型与最大寿命相关 18

对外在危险易受性的降低解释了寿命的延长 20

高度组织化的社会结构延长野生动物的寿命 20

少数水生动物极端长寿 21

核心概念 22

讨论问题 22

补充阅读 23

第2章 测量生物学衰老 25

在个体中测定生物学衰老 25

年龄相关的表型差异影响在个体中对衰老的测量 27

生活方式的选择显著影响表型 29

表观基因组也影响衰老的速率和寿命 30

横向研究比较在单个时间点不同年龄组别的变化 32

纵向研究观察单一个体随时间的变化 33

个人基因组学或将成为确定和应用衰老生物标志物的关键 37

在群体中测量生物学衰老 38

通过死亡率估计群体中的死亡数量 38

生命表包含死亡率、期望寿命和死亡概率的信息 39

年龄别死亡率呈指数上升 40

非年龄相关性死亡能够影响死亡率 42

死亡率倍增时间用以校正初始死亡率的差异 44

存活曲线近似于死亡率 45

生命末期死亡率的降低暗示着长寿基因存在的可能性 48

核心概念 49

讨论问题 49

补充阅读 50

第3章 寿命与衰老的进化理论 53

寿命与衰老的进化理论基础 53

魏斯曼使体细胞与生殖细胞得以区分 53

魏斯曼提出衰老是一个非适应性特征 54

种群生物学家开发出计算种群增长的逻辑方程 57

种群年龄结构描述了复杂真核生物的达尔文式适应性 59

种群繁殖速率描述了年龄特异性的适应性 59

Fisher描述了种群繁殖潜力和达尔文式适应性的关系 60

进化与寿命 62

衰老的非固有速率导致自然选择力的下降 62

Medawar认为衰老的出现是遗传漂变的结果 63

Medawar提出衰老和长寿在繁殖后群体中分别出现 64

Hamilton提出的自然选择对死亡率的作用力巩固了Medawar学说 65

检验长寿的进化模型 66

晚育生物体具有更低的固有死亡率 67

遗传漂变使寿命和繁殖发生联系 67

长寿进化理论的验证结果改变了生物老年学研究 69

进化与衰老 69

对抗多效性是一般多效性的一个特例 70

一次性体细胞理论基于有限的资源分配 71

核心概念 72

讨论问题 73

补充阅读 74

第4章 细胞衰老 77

细胞周期与细胞分裂 77

细胞周期包括4+1个阶段 77

DNA复制发生在S期 78

细胞分裂发生在M期 78

细胞周期的调控 80

S细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶启动DNA的复制 80

p53信号通路在G1期到S期过渡时阻止DNA复制 81

许多蛋白质参与DNA的复制 82

黏连蛋白和凝缩蛋白有助于染色体的分离 83

分裂中期到后期的过渡标志着细胞周期最后的检查点 84

功能完善的细胞能够在G0期退出细胞周期 84

复制衰老 85

一个错误使得细胞衰老的发现推迟了50年 85

Hayflick和Moorhead的研究成果创建了细胞老年学领域 86

体外培养细胞的三个生长阶段 87

衰老细胞有若干共同特点 90

复制衰老能够用来描述生物学衰老 91

细胞衰老的原因:损伤的生物分子的积累 92

生物分子服从热力学定律 92

生命需要持续地保持秩序与自由能的稳定 92

衰老的基本机制是分子保真度的丧失 94

衰老反映了细胞内受损伤的生物分子的积累 94

氧化应激与细胞衰老 95

氧化代谢产生活性氧 96

线粒体ATP合成产生大多数的超氧离子 97

酶将超氧自由基催化还原为水 101

细胞质还原也产生自由基 101

氧自由基导致损伤的生物分子的积累 102

细胞膜容易受到活性氧的伤害 103

活性氧能够发挥有利作用 106

端粒长度缩短与复制衰老 107

端粒阻止后随链去除关键DNA序列 108

端粒的缩短可能导致体细胞衰老 110

核心概念 111

讨论问题 112

补充阅读 113

第5章 寿命的遗传学 115

真核生物基因表达概述 115

DNA的转录产生互补RNA 116

真核细胞在转录后对RNA进行修饰 119

翻译是RNA介导的蛋白质合成 120

翻译后蛋白质能够被修饰或降解 123

基因表达的调控 124

核小体结构的改变可以调控基因的表达 124

蛋白质与DNA的结合调控基因的表达 125

转录后的机制也能调控基因表达 128

在生物老年学研究中分析基因的表达 129

生物老年学中的遗传分析始于突变体的筛选 130

鉴定基因功能需要进行DNA克隆 130

可以由基因序列确定该基因的部分功能 132

原位杂交能够揭示基因功能 132

转基因生物有助于评估一个基因对人类长寿的影响 133

DNA微阵列技术用于评估不同年龄的基因表达谱 133

酿酒酵母寿命的基因调控 135

酿酒酵母既进行无性繁殖,也进行有性繁殖 136

环境条件影响繁殖与寿命 137

DNA结构的改变影响寿命 138

SIR2途径与寿命相关 139

营养应答信号通路中的功能失活突变可能会延长寿命 140

线虫寿命的基因调控 140

Dauer形成的调控延长寿命 141

调控Dauer形成的遗传途径 141

DAF-2受体基因的弱突变延长寿命 144

寿命的延长与神经内分泌的调控相关联 144

线粒体蛋白可能连接着寿命延长与代谢 144

果蝇寿命的基因调控 145

果蝇在遗传学研究中的应用历史悠久 146

延长寿命的基因与抗逆性的增加相关 146

调控果蝇生长的基因也能够延长寿命 148

小鼠寿命的基因调控 149

许多小鼠基因已被报道影响寿命 150

胰岛素信号的降低将生长缓慢与寿命联系起来 151

生长激素信号的降低将胰岛素样信号通路与寿命延长联系起来 152

小鼠中证实寿命的基因调控对人类衰老有一定意义 154

核心概念 154

讨论问题 156

补充阅读 156

第6章 植物衰老 161

基础植物生物学 161

植物细胞有细胞壁、中央液泡及色素体 162

叶绿体——光合作用场所 164

植物激素调节植物的生长和发育 166

植物衰老生物学 167

有丝分裂衰老发生在顶端分生组织细胞 168

分裂后植物衰老包含程序化过程和随机过程 171

植物衰老的模型——拟南芥叶片 171

叶片衰老三部曲 172

单糖在叶片衰老中扮演重要角色 174

叶绿体的解体为植物其他器官提供了氮和矿物质 175

参与细胞器降解过程的基因的表达可能由分解代谢副产物诱导 177

叶片衰老过程中植物细胞膜的降解 177

启动植物衰老 178

光照强度影响植物衰老的启动 179

细胞丝裂原可以延缓衰老 180

启动衰老的其他植物激素 182

核心概念 183

讨论问题 183

补充阅读 184

第7章 人类的长寿 185

人类长寿的起源 185

人类的死亡率是兼性的 186

遗传因素使人类死亡率具有显著的可塑性 187

长寿人群的死亡率不尽相同 188

智能改变了人类的死亡率 189

高等智能使人类具有独特的长寿轨迹 189

遗传对人类寿命的影响较小 191

20世纪人类寿命的延长加快 192

在人类历史的大部分时间里,平均寿命都小于45岁 192

控制传染性疾病使人口的平均寿命延长 194

婴儿死亡率的下降增加了寿命期望值 195

医疗水平的提高使寿命期望值继续增加 197

女性的期望寿命比男性长 199

核心概念 200

问题讨论 201

补充阅读 202

第8章 人类衰老的生理机制 203

身体组成的改变和能量代谢 203

能量平衡是摄入与消耗之差 204

脂肪在成年后持续积累 206

在生命周期的末期,体重的过度减少引起死亡率的增加 210

肌肉减少症是指骨骼肌质量随着年龄增加而减少的现象 210

皮肤的变化 212

皮肤由三层组成 213

皱纹是由于皮肤弹性及皮下脂肪的缺失造成的 214

长时间的紫外线照射对皮肤造成明显的损害 214

感觉的变化:听觉、视觉、味觉及嗅觉 218

声学是听觉的基础 218

声音通过人耳传递需要三个步骤 219

静纤毛的丢失导致年龄相关性听力障碍 220

视觉的基础是光学 221

晶状体折射力随年龄发生的变化可以解释老视形成的原因 222

晶状体细胞终末分化导致白内障形成 222

嗅觉与味觉功能随年龄的改变很小 224

消化系统的变化 225

口腔和食道内与年龄相关的变化不会影响消化 226

胃功能退行多与萎缩性胃炎有关 226

小肠变化会影响消化和营养吸收 228

泌尿系统的变化 231

肾脏将代谢废物从血液中清除 231

肾脏与血压调控 233

肾血流量和功能随着衰老而减少或退行 233

免疫系统的变化 234

天然免疫是抵抗感染的第一道防线 234

获得性免疫依赖于淋巴细胞对抗原进行反应 236

中性粒细胞和巨噬细胞的吞噬功能会随年龄的增长而减弱 236

初始T细胞的形成能力、B细胞的数量及抗体的有效性都会随着年龄的增长而降低 238

生殖系统的变化 238

绝经由性腺分泌性激素的减少引起 239

男性生育能力随年龄的增加略有下降 241

老年不是性行为的障碍 241

核心概念 242

讨论问题 243

补充读物 243

第9章 年龄相关性疾病 247

神经系统和神经信号 247

神经系统由神经元和辅助细胞共同组成 248

膜电位是神经元信号传递的基础 249

突触神经递质以化学作用的方式将神经元联系起来 251

人类的大脑是由多个相对独立结构和多种不同类型细胞组成的集合 252

与年龄有关的中枢神经系统疾病:阿尔茨海默病和帕金森病 254

衰老大脑的结构和神经传递变化很小 254

衰老的大脑存在淀粉样斑块和神经原纤维缠结 255

阿尔茨海默病是一种与年龄相关的、不可逆转的神经系统疾病 258

阿尔茨海默病的发病部位由内嗅皮层逐渐进展到皮层 259

载脂蛋白Eε4等位基因上的遗传变异是迟发性阿尔茨海默病的危险因素 260

靶向神经传递,防止淀粉样斑块形成和促使淀粉样斑块降解是治疗阿尔茨海默病的主要方法 260

帕金森病与多巴胺能神经元的退行有关 261

增加脑内多巴胺的浓度是治疗帕金森病的主要目标 262

路易小体是帕金森病的病理标志 262

多个基因与早发性帕金森病相关 263

增加帕金森病患病风险的因素 263

心血管系统 264

心血管系统是流体输送的一个封闭系统 264

心脏和动脉都是可兴奋组织 265

心脏通过调节输出量控制血流和压力 267

流体动力学原理主宰全身的血流 267

年龄相关的心血管系统疾病 268

影响心血管系统随年龄而退行的环境因素 269

动脉斑块会导致粥样硬化和缺血 269

遗传与环境共同影响动脉粥样硬化的患病风险 272

他汀类药物可以减少肝脏胆固醇合成,从而降低血液胆固醇水平 272

高血压是老年人最常见的慢性疾病 273

心脏衰竭导致心输出量下降 274

发病率可以比死亡率更好地描述心血管疾病 274

内分泌系统和血糖调节 276

血糖浓度必须控制在一个很窄的范围内 278

胰岛素促进肝脏、肌肉和脂肪细胞摄取葡萄糖 278

与年龄相关的内分泌系统疾病——2型糖尿病 280

胰岛素抵抗是2型糖尿病的前体病变 280

2型糖尿病会损害微血管血流 281

糖代谢的改变可能增加2型糖尿病患者的细胞损伤 282

糖尿病的危险因素包括年龄、肥胖和遗传背景 283

骨骼系统和骨钙代谢 286

甲状腺和甲状旁腺激素调控血钙的平衡 286

激素调节骨矿物质沉积与再吸收之间的平衡 286

与年龄相关的骨骼疾病——骨质疏松症 288

绝经期骨矿物质丢失增加可导致骨质疏松症 289

环境因素对骨质疏松症的影响 289

药物治疗可以减缓绝经后妇女的骨质流失 291

核心概念 292

讨论问题 293

扩展阅读 294

第10章 调控人体衰老与长寿 297

调控生物衰老 297

衰老无法改变 298

导致分子保真度丢失的原因在未来可能受到调控 299

调控长寿:热量限制 300

热量限制能够延长啮齿类动物的寿命,减缓其衰老速度 300

低等生物可用于研究热量限制的遗传和分子机制 302

对非人灵长类动物进行热量限制能够延缓年龄相关性疾病的发生 303

热量限制对人类的效果还不明确,存在争议 304

调节衰老的速度:体力活动 304

体育锻炼增加肌肉的需氧量 309

细胞氧化途径的适度过载使ATP合成能力增强 311

规律性的体力活动可以预防细胞储备能力的下降 311

展望未来:调控衰老与长寿的意义 313

青春延长和发病期缩短将成为未来衰老的特征 314

长寿可能改变我们对个人成就和社会进步的看法 315

寿命的延长可能改变我们对于延续物种责任的看法 315

出生率低和寿命的增加可能会改变几代人的生命周期 316

生物老年学的未来 317

核心概念 318

讨论问题 319

扩展阅读 319

附录 323

词汇表 337

索引 359