Nature子刊：為細胞大掃除，逆轉衰老的時鐘

近日，來自加州理工學院和加州大學洛杉磯分校的一項研究發現了一系列線粒體質量控制的途徑，人為地清除基因突變的線粒體，從而去除隨著衰老而積累的細胞損傷。這一研究成果可能幫助減緩或逆轉衰老的原因。該研究發表於11月14日的Nature Communications雜誌上。

線粒體是細胞內的「發電廠」，每個細胞有成百上千的線粒體。與其他細胞器不同，它們自身攜帶遺傳信息。線粒體DNA（mtDNA）突變導致的功能異常是許多生物衰老的標誌。由於mtDNA修復能力有限，正常mtDNA和突變mtDNA往往在同一個細胞內發現，這種狀態被稱為異質性。大多數人出生時就攜帶了某種程度的異質性，隨著年齡增加突變mtDNA水平逐漸上升。當突變水平達到某一個臨界點，細胞就會功能喪失、凋亡。

這些積累的突變mtDNA被認為是導致衰老和肌肉減少症及神經退行性疾病如阿爾茨海默氏症、帕金森病等衰老相關疾病的罪魁禍首之一。mtDNA遺傳缺陷也發現在一些兒童疾病中，包括孤獨症。

研究人員通過基因工程使果蠅翼肌（飛行必須的肌肉組織）76%的mtDNA（避開致死基因）在青年時期就發生突變，但並不影響翼肌功能，從而創造一個基於轉基因的異質性模型。果蠅生長迅速，並且大多數人類疾病基因在果蠅中也有相應的基因，這使得果蠅成為了一個研究人類疾病過程的重要模型。研究人員選擇將重點放在肌肉中，肌肉組織不僅對能量需求高，而且包括人類在內所有動物中都會出現肌肉隨著衰老而減弱的情況，此外肌肉功能喪失產生的後果也比較容易觀察。

不同於細胞核內的DNA突變可以通過細胞修復機制修復，mtDNA突變往往不容易修復。但是細胞可以通過自噬過程分解並去除損傷的線粒體。在這項研究之前，科學家們還不了解自噬過程是否可以選擇性地清除突變mtDNA。

研究小組發現，當他們人為地增加促進自噬的基因（包括幾個與家族性帕金森並相關的基因）的活性時，果蠅肌肉中那些攜帶突變mtDNA的損傷線粒體被選擇性地清除，突變mtDNA的比例顯著降低。比如，過表達Parkin基因（該基因專門去除損傷線粒體，在家族性帕金森病患者中出現突變）使mtDNA突變率由76%降至5%，而過表達另一個自噬相關基因Atg1使這個數值降至4%。

研究人員表示，這種程度的降低可以完全消除這些細胞中的任何代謝缺陷，基本上將它們恢復到一個更年輕、能量供應充足的狀態。

這項研究讓科學家們知道線粒體的質量控制系統不僅存在還可以被加強，研究人員希望進一步尋找相關藥物來達到同樣的效果。他們希望在不遠的將來人們可以定期為大腦、肌肉或其他組織細胞進行大掃除，清理損傷的mtDNA。這將幫助人類維持智力、運動能力並促進更健康的衰老。

參考資料：

Turning back the aging clock

Selective removal of deletion-bearing mitochondrial DNA in heteroplasmic Drosophila

TAG:衰老 |

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