本书是一本以生物衰老为主题，针对生物相关学科或关注人类生老病死的研究者和学生所撰写的教科书，主要阐述了衰老和长寿的影响因素及生物学机制。全书分为三个部分共11章：第1、2章介绍衰老生物学在科研和临床应用中较为常见的基础概念；第3～6章介绍进化、细胞及遗传领域的衰老生物学发现，以及这些发现如何影响了我们对衰老的起因和过程的认知；第7～10章介绍前几章涉及的基础科学知识在人类衰老和长寿中的应用，以及衰老与老年疾病的关系；而在第二版中新增的第11章则集中讨论了延长健康寿命将会如何影响社会发展和文化建设。书中内容叙述如故事一般引人入胜，又不失作为生物学教材的准确性与科学性；图解通俗易懂，同时有详尽的注释加以补充说明。作为规范和标准的生物学教材，本书每一章都提供了学习过程中所需要理解的一些概念和法则，信息栏则对该章节的主题进行了更加详尽和有趣的介绍，每一章文中都标粗了关键术语，文末还列有核心概念、讨论问题、延伸阅读书目等，方便学习与查阅。
样章试读
目录
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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 2
20 世纪40 年代开始生物老年学发展成为独立的研究学科 2
当今的衰老研究更注重人的整体健康 3
非人类物种的生物学衰老与人类的衰老有许多共同特征 4
衰老研究是一个复杂的过程 4
衰老的原因与机制是两个独立但又相互关联的过程 5
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 7
生物学衰老有别于老年病 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 9
用独立的细胞体系研究衰老与寿命的基本生物化学过程 11
真菌是研究影响衰老与寿命的环境因素的良好模型 13
原始的无脊椎动物可能为延长细胞寿命、细胞信号转导，以及整体衰老提供线索 13
昆虫能够用于研究全身和胞内信号如何影响生命历程 14
小鼠和大鼠是研究营养、遗传和生理学问题的常用对象 15
非人灵长类动物显示许多与人类相同的时间依赖性变化 15
人类早老症能够作为正常人类衰老的模型 16
生物老年学家如何研究衰老：比较生物老年学 17
物种的体型与最大寿命相关 17
减少对外来危险的脆弱性可以阐释寿命的延长 18
高度组织化的社会结构延长野生动物的寿命 19
少数水生动物极端长寿 19
涡虫和水螅的衰老可以忽略不计，寿命极长且组织再生能力极强 20
生物老年学家如何研究衰老：系统生物学 21
系统生物学有助于将生物学转变为预测科学 21
生物学研究具有科学还原法的特征 23
系统生物学和还原论共同协作以扩增知识并改善预测 24
还原论可以预测简单生物系统的涌现属性，复杂系统则需要定量的方法 25
现代系统生物学和“组学”科学始于人类基因组测序 25
生物学网络提供了评估系统内相互作用的方法 27
未来之路 29
核心概念 29
讨论问题 30
延伸阅读 31
第2章 测量生物学衰老 32
在个体中测量生物学衰老 32
年龄相关的表型差异影响对个体衰老的测量 34
生活方式的选择显著影响表型 36
横向研究比较在单个时间点不同年龄组别的变化 37
纵向研究观察单一个体随时间的变化 38
精准医学计划将开发出精准明确的衰老生物标志物 41
在群体中测量生物学衰老 44
通过死亡率估计群体中的死亡数量 45
生命表包含关于死亡率、预期寿命和死亡概率的信息 45
年龄别死亡率呈指数上升 47
非年龄依赖性死亡能够影响死亡率 48
死亡率倍增时间用以校正初始死亡率的差异 49
生存曲线近似于死亡率 51
生命末期死亡速率的下降提示长寿基因存在的可能性 52
精准医学时代将改变我们衡量群体衰老速率的方式 53
未来之路 53
核心概念 54
讨论问题 54
延伸阅读 55
第3章 寿命与衰老的进化理论 57
寿命与衰老的进化理论的基础 57
Weismann 确立了体细胞与生殖细胞的区分 57
Weismann 提出衰老是一个非适应性特征 58
种群生物学家开发出计算种群增长的逻辑方程 61
种群年龄结构反映了复杂真核生物的达尔文适应度 62
种群繁殖速率描述了年龄特异性的适应度 63
Fisher 描述了种群繁殖潜能和达尔文适应度之间的关系 64
进化与寿命 65
外因性衰老速率导致自然选择的效力下降 65
Medawar 理论认为衰老是遗传漂变的结果 67
Medawar 提出在繁殖后群体中衰老与长寿是分别出现的 67
Hamilton 的自然选择压力对死亡率的影响完善了Medawar 理论 68
检验寿命的进化模型 69
晚育生物体具有更低的固有死亡率 69
遗传漂变将寿命和繁殖联系起来 70
长寿进化理论的验证结果改变了生物老年学研究 71
进化与衰老 72
拮抗多效性是一般多效性的一个特例 72
一次性体细胞理论基于有限资源的分配 73
未来之路 74
核心概念 74
讨论问题 75
延伸阅读 76
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 81
p53 信号通路能够阻止G1 到S 期过渡时的DNA 复制 82
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 82
分裂中期到后期的过渡标志着细胞周期最后的检查点 83
功能完善的细胞能够在G0 期退出细胞周期 84
程序性细胞死亡（即凋亡）是发育和组织维持的正常部分 84
细胞衰老 86
一个错误使得细胞衰老的发现推迟了50 年 86
Hayflick 和Moorhead 的研究发现开创了细胞老年学研究领域 87
体外培养细胞的生长分为三个阶段 88
衰老细胞的若干共同特点 90
细胞衰老能够保护细胞免受癌症侵袭 91
诱导细胞衰老的机制有待阐明 91
细胞衰老的原因：损伤的生物分子的积累 92
生物分子服从于热力学定律 92
生命需要持续地保持秩序与自由能的平衡 93
衰老的基本机制是分子保真度的丧失 93
衰老反映了细胞内受损生物分子的积累 93
细胞衰老的代谢基础 95
当大气中氧含量增加时诞生了多细胞生物 96
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
酶催化超氧自由基还原为水 99
胞浆还原也会产生自由基 100
氧自由基导致损伤的生物分子的积累 101
细胞膜容易受到活性氧的损伤 102
拮抗多效性解释了活性氧所造成的损害导致衰老的机制 105
端粒与细胞衰老 106
端粒能够阻止后随链去除关键的DNA 序列 106
端粒的缩短可能导致体细胞衰老 108
端粒短缩与时间依赖性功能丧失和疾病相关 109
未来之路 110
核心概念 111
讨论问题 111
延伸阅读 112
第5章 寿命的遗传学 113
真核生物基因表达概述 113
DNA 转录产生互补RNA 114
真核细胞在转录后对RNA 进行修饰 115
翻译是RNA 引导的蛋白质合成 118
翻译后蛋白质能够被修饰或降解 120
基因表达的调控 121
核小体结构的改变可以调控基因的表达：表观基因组学 122
蛋白质与DNA 的结合能够调控基因的表达 122
转录后机制也能够调控基因的表达 126
生物老年学研究中基因表达的分析 127
生物老年学中的遗传分析始于突变体的筛选 129
鉴定基因功能需要进行DNA 克隆 129
基因序列可以部分确定该基因的功能 130
原位杂交能够揭示基因功能 137
转基因生物有助于评估某个基因对人类寿命的影响 137
DNA 微阵列技术用于评估不同年龄的基因表达模式 140
酿酒酵母寿命的基因调控 141
酿酒酵母既进行无性繁殖也进行有性繁殖 141
环境条件影响繁殖与寿命 143
DNA 结构的改变影响寿命 143
SIR2 通路与长寿相关 143
营养响应通路上的功能失活突变可能延长寿命：以雷帕霉素为靶标 145
秀丽隐杆线虫寿命的基因调控 148
调控dauer 形成能够延长线虫寿命 148
调控dauer 形成的遗传途径 149
daf-2 基因的弱突变能够延长寿命 150
daf-2 基因联结了长寿与神经内分泌调控 151
线粒体蛋白可能连接着代谢与寿命延长 152
黑腹果蝇寿命的基因调控 153
果蝇在遗传学研究中的应用历史悠久 153
延长寿命的基因与抗逆性的增加相关 154
调控果蝇生长的基因也能够延长寿命 156
小鼠寿命的基因调控 157
许多小鼠基因能够影响寿命 158
胰岛素信号的降低连接了缓慢生长与寿命延长 159
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了起来 160
小鼠中寿命相关基因的调控对人类衰老研究有一定意义 163
未来之路 163
核心概念 164
讨论问题 165
延伸阅读 165
第6章 植物衰老 167
基础植物生物学 167
植物细胞具有细胞壁、中央液泡和质体 168
叶绿体——光合作用的场所 169
植物激素调节植物的生长和发育 171
植物衰老生物学 173
有丝分裂期的衰老发生于顶端分生组织的细胞中 173
有丝分裂期后的植物衰老涉及程序性过程和随机性过程 177
植物衰老的模型——拟南芥（Arabidopsis thaliana）叶片 177
叶片衰老三部曲 177
单糖在叶片衰老中扮演着重要角色 180
叶绿体的分解为其他植物器官提供氮和矿物质 183
分解代谢产物可以诱导参与细胞器解体过程的基因的表达 183
叶片衰老过程中植物细胞膜的降解 183
启动植物衰老 184
光照强度影响植物衰老的起始 184
细胞分裂素能够延缓衰老 187
诱导衰老的其他植物激素 188
未来之路 189
核心概念 190
讨论问题 190
延伸阅读 191
第7章 人类的寿命与长寿 192
人类长寿的起源 192
人类死亡率是兼性的 193
遗传因素使人类死亡率具有显著的可塑性 193
长寿人群的死亡率也不尽相同 194
全基因组关联研究确定了与人类长寿复杂性状相关的基因 195
人类的智力改变了其死亡率 200
高等智力使人类具有独特的长寿轨迹 201
遗传对人类寿命的影响很小 202
20 世纪人类寿命延长的提升 203
在大部分人类历史中，人类平均寿命不足45 岁 203
控制传染性疾病使人口的平均寿命延长 204
婴幼儿死亡率的降低提高了期望寿命 206
医疗水平的进步使得预期寿命持续提升 207
女性比男性有更高的平均期望寿命 209
未来之路 211
核心概念 212
讨论问题 212
延伸阅读 213
第8章 衰老相关的常见失能 214
身体成分和能量代谢的变化 214
能量平衡是摄入与消耗之差 215
脂肪在成年后持续积累 216
临终期体重过度减少导致死亡率的增加 219
骨骼肌的变化 222
肌肉收缩是肌节内肌动蛋白和肌球蛋白分子间相互作用的结果 222
骨骼肌的收缩过程始于神经信号 224
骨骼肌收缩速度和收缩力由肌纤维的类型决定 225
卫星细胞在骨骼肌损伤修复与更新中的作用 227
缺乏体力活动和内源性衰老影响年龄依赖性的肌量丢失 228
骨骼肌强度和力量的年龄相关损失与老年性肌肉萎缩相关 229
导致老年性肌肉萎缩的内在机制是多因素的且尚待阐明 231
运动神经元的去神经支配和神经肌肉接头的结构断裂是肌肉老化的标志 231
卫星细胞的功能随增龄而减弱 232
肌肉减少症是一种与过度的老年性肌肉萎缩和肌肉强度丢失有关的病理状态 233
皮肤的变化 234
皮肤由三层组成 234
皱纹是由于皮肤弹性及皮下脂肪的丢失造成的 235
长时间的紫外线照射对皮肤造成显著损害 238
感觉的变化：听觉、视觉、味觉与嗅觉 238
声学是听觉的基础 239
通过人耳的声音传输需要三个步骤 239
静纤毛的丢失导致年龄相关性听力下降 240
视觉的基础是光物理学 241
老视是增龄相关的晶状体屈光力的变化 243
晶状体细胞终末分化导致白内障形成 243
嗅觉与味觉功能随年龄的改变很小 244
消化系统的变化 245
年龄相关的口腔与食道变化不会影响消化 247
胃功能衰退多与萎缩性胃炎有关 247
小肠随增龄的变化能够影响消化和营养吸收 249
泌尿系统的变化 253
肾脏清除血液中的代谢废物 253
肾脏参与血压调控 254
肾血流量和肾功能随着衰老而减少或退行 255
免疫系统的变化 255
先天性免疫是抵抗感染的第一道屏障 255
获得性免疫依赖于淋巴细胞对抗原的反应 256
中性粒细胞和巨噬细胞的吞噬功能随增龄而减弱 258
初始T 细胞的产生、B 细胞的数量以及抗体的有效性都随增龄而下降 258
生殖系统的变化 259
绝经是性腺分泌性激素减少的结果 259
男性生育能力随增龄略有下降 261
老龄不是性行为的障碍 262
未来之路 262
核心概念 262
讨论问题 263
延伸阅读 264
第9章 人类常见增龄相关性疾病 266
神经系统和神经信号 266
神经系统由神经元和支持细胞组成 267
膜电位是神经元信号传递的基础 268
神经递质以化学方式在突触上将神经元联接起来 269
人脑是由不同的器官和细胞类型组成的集合 271
人脑增龄相关性疾病——阿尔茨海默病和帕金森病 273
老年大脑的结构和神经传递变化很小 273
淀粉样蛋白斑块与神经纤维缠结在老年大脑中积累 273
阿尔茨海默病是一种与增龄相关的、不可逆的脑功能障碍 277
阿尔茨海默病始于内嗅皮层并发展至大脑皮层 277
载脂蛋白E 基因的ε4 等位基因上的遗传变异是迟发型阿尔茨海默病的危险因素 278
阿尔茨海默病的治疗以神经传递、预防并降解淀粉样蛋白斑块为靶标 279
阿尔茨海默病的有效治疗需要可靠的生物标志物 280
脑成像技术可以作为LAD 的生物标志物 281
LAD 的早期诊断主要集中于MCI 的检测和其他类型痴呆的排除 283
帕金森病与多巴胺能神经元的丢失相关 283
增加脑内多巴胺的浓度是治疗帕金森病的基本目标 285
路易小体是帕金森病的病理标志 285
多个基因与早发型帕金森病相关 285
增加帕金森病患病风险的一些因素 286
深部脑刺激有助于控制与帕金森病相关的运动失调 286
心血管系统 287
心血管系统是一个封闭的流体传输系统 287
心脏和动脉都是可兴奋组织 288
心脏通过调节心输出量控制血流和血压 290
流体力学原理主宰全身的血液流动 291
心血管系统增龄相关性疾病——心血管疾病 292
影响心血管系统随年龄而退行的环境因素 292
动脉斑块能够导致动脉粥样硬化和缺血 292
遗传与环境因素共同影响动脉粥样硬化的患病风险 295
他汀类药物可以减少肝脏胆固醇合成从而降低血清胆固醇水平 295
高血压是老年人最常见的慢性疾病 296
心脏衰竭导致心输出量下降 297
患病率能够比死亡率更好地描述心血管疾病 297
内分泌系统与血糖调节 298
血糖浓度必须控制在一个很窄的范围内 300
胰岛素促进肝脏、肌肉和脂肪细胞摄取葡萄糖 301
内分泌系统增龄相关性疾病——2 型糖尿病 302
胰岛素抵抗是2 型糖尿病的先兆 302
2 型糖尿病损害微血管血流 303
糖代谢的改变可能增加2 型糖尿病患者的细胞损伤 304
糖尿病的危险因素包括增龄、肥胖和遗传背景 304
骨骼系统与骨钙代谢 307
甲状旁腺和甲状腺激素调控血钙的平衡 307
激素调节骨矿物质沉积与再吸收之间的平衡 308
增龄相关性骨病——骨质疏松症 310
绝经期骨矿物质流失加速可导致骨质疏松症 310
环境因素对骨质疏松症发病风险的影响 312
药物治疗可以减缓绝经后女性的骨质流失 312
未来之路 313
核心概念 314
讨论问题 315
延伸阅读 316
第10章 调控人体衰老与长寿 318
调节生物衰老 318
衰老无法改变 319
导致分子保真度丢失的原因未来将可调控 320
调控寿命与衰老速率——热量限制 321
热量限制能够延长啮齿类动物的寿命并减缓其衰老速率 324
低等生物可用于研究热量限制的遗传和分子机制 326
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 326
热量限制对人类延寿的效果尚不明确并存在争议 327
调控衰老速率——运动锻炼 328
衰老生物学中锻炼的定义 329
体育锻炼增加肌肉的需氧量 331
细胞氧化途径的适度过载能够提高ATP 的合成能力 332
定期体育锻炼能够防止细胞储备能力的下降 333
与时俱进的健康与衰老的定义 334
世界卫生组织对健康的定义包括健康的主观幸福感和全面健康的展望 335
个体对健康环境的适应能力将定义精准医学时代的健康 335
老龄一度被视为疾病、失能和离群索居的阶段 335
老年群体的功能异质化引导了成功老龄化的概念 336
成功老龄化包括身体、行为和社会因素 337
未来之路 337
核心概念 338
讨论问题 339
延伸阅读 339
第11章 延长健康寿命的意义 341
实现健康长寿的保证 341
健康寿命是生理寿命与增龄失能的综合考量 342
预防或治疗慢性疾病并不能持续减少失能 343
通过增加运动量和减少热量摄入来促进健康寿命是一个挑战 344
处方化方案有助于提高运动和饮食干预的参与率 346
延缓衰老机制的医学干预已在蓬勃发展 347
老龄化社会的社会与文化变革 347
更健康和更长寿的生活可能会改变对个人成就和社会进步的观念 348
延长寿命和健康状况可能会改变物种更新的责任 349
低出生率和长寿可能会改变当前几代人的生命周期 349
未来之路 351
核心概念 351
讨论问题 352
延伸阅读 352
附录：美国国家生命统计报告 354
词汇表 364
索引 398
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