線粒體對機體健康有多重要？一起來看生物谷重磅級研究吧！

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近年來，隨著科學家們研究的深入，他們發現細胞中的能量工廠—線粒體與多種疾病的發生都有著直接關聯，當然也有研究人員發現線粒體或許是治療多種人類疾病的重要靶點，本文中，小編就整理了近年來相關的亮點研究，共同解讀線粒體對機體健康的重要性！

【1】NAR：研究發現線粒體基因突變與疾病之間的關係

doi：10.1093/nar/gky089

線粒體是一種具有自身獨有DNA的細胞器，它們在能量供應中扮演的角色使得它們對氧化應激傷害很敏感，包括具有損傷DNA功能的加合物的形成。

其中一種叫做M1dG的加合物就是細胞DNA切除的加合物，但是線粒體卻缺乏相應的修復機制。本月由Lawrence Marnett博士及其同事發表在《Nucleic Acids Research》上的最新研究顯示M1dG在線粒體DNA中的含量遠高於基因組DNA中的含量。

他們還發現攜帶骨形態發生蛋白受體2(bone morphogenetic protein receptor 2 ，BMPR2)基因突變的小鼠肺微血管內皮細胞線粒體DNA中的M1dG含量是正常小鼠的2倍。而肺動脈高血液與BMPR2突變有關。

【2】Psych Med：線粒體如何展現壓力對機體產生的健康效應？

心理壓力如何轉化為對身體健康的影響呢？近日，一項刊登在國際雜誌Psychosomatic Medicine上的研究報告中，來自哥倫比亞大學和洛克菲勒大學的研究人員通過研究發現，這或許與細胞中的線粒體有關；文章中，研究人員闡明了線粒體介導社會心理因素影響人類機體健康的分子機制，相關研究或能幫助理解影響人類健康及有效治癒人類疾病的多種影響因素。

線粒體幾乎存在於每一種類型的細胞中，其是細胞中的亞單位，有著自身的DNA，作為細胞的能量工廠，線粒體能夠產生機體正常活動所需要的能量和信號，當線粒體無法正常發揮作用時就會誘發影響機體多種系統的嚴重疾病。研究者發現，線粒體或許是機體心理社會經歷和生物應激反應之間的一個潛在的交點，研究人員對動物模型進行了23項實驗研究表明，急性和慢性壓力能夠影響線粒體功能的多個方面，尤其表現在大腦上，線粒體對壓力的易感性常常會受到多種因素的影響，包括行為、基因和飲食等。

文章中，研究人員描述了一種概念性的框架來闡述線粒體如何改變心理壓力對機體健康的影響，如今越來越多的證據都表明，線粒體能夠感知、整合併且發送周圍環境的信息，其中就包括多種誘導壓力的介導子，其能夠引發線粒體出現結構和功能性的改變。研究者首次引入了「線粒體適應性負荷」(mitochondrial allostatic load，MAL)的改變，其描述了在慢性壓力狀況下線粒體所發生的結構和功能性的改變，隨後這些改變會誘發一系列的健康問題，比如，增加炎症從而誘發疾病，或者增加細胞DNA的損傷進而加速機體老化等。

【3】Neuropathologica：線粒體保護機體抵抗帕金森症

最近來自挪威的一項研究結果表明線粒體損傷或許能夠保護大腦不收帕金森症的影響。

線粒體是細胞的能量工廠，他們通過將營養物質轉化為染料燃料，以保證我們機體的能量需求。1989年，一系列對帕金森症患者大腦組織的研究結果表明，大腦「黑質區」細胞中線粒體內的呼吸鏈複合體I受到了損壞。由於該區域對於帕金森症的發生十分重要，因此該發現表明線粒體上的呼吸鏈複合體I缺陷是神經退化的重要影響因子。

最近來自挪威Bergen大學的一項研究則表明，帕金森症患者大腦細胞中整個線粒體功能受到了影響，但它對於患者來說卻沒有什麼害處。

「這項新研究結果表明複合體I缺陷是帕金森症患者大腦中一個普遍性的現象，不論是病變區域還是健康區域都受到了影響。有意思的是，複合體I的缺陷的大腦神經元細胞中Lewy小體的含量也有明顯下降，而該小體的累積則是帕金森症的主要癥狀」，研究者們說道。

【4】NAR：研究發現線粒體翻譯質量控制對於胚胎髮育的重要性

doi：10.1093/nar/gkx1231

近日，中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所王恩多研究組，與芬蘭科學家合作的最新研究成果，以Editing activity for eliminating mischarged tRNAs is essential in mammalian mitochondria為題，發表在《核酸研究》(Nucleic Acids Research)上。

哺乳動物細胞含有兩個相對獨立的翻譯系統：細胞質和線粒體翻譯系統。人線粒體翻譯系統合成13種線粒體基因組編碼的氧化呼吸鏈複合物亞基，對於氧化呼吸鏈複合物的組裝及線粒體功能至關重要。細胞質翻譯系統需要高度的保真性，以確保核基因信息的精確傳遞。例如，小鼠細胞質丙氨醯-tRNA合成酶(alanyl-tRNA synthetase， AlaRS)的保真性缺失或受損，使錯誤蛋白質聚焦，進而導致神經退行性疾病或心臟病。但對於線粒體基因組傳遞的保真性及其體內意義，人們知之甚少。

研究中，研究人員首次克隆、表達了成熟形式的人線粒體丙氨醯-tRNA合成酶(hmtAlaRS)基因AARS2，純化獲得了高純度的hmtAlaRS。

【5】Nature：增強線粒體健康有望治療阿爾茨海默病

doi：10.1038/nature25143

在世界範圍內，阿爾茨海默病是一種最為常見的痴呆症和神經變性形式。這種疾病的一種主要特徵是毒性斑塊在大腦中堆積，其中這些毒性斑塊是由神經元中的β-澱粉樣蛋白異常聚集而形成的。

目前還沒有治癒阿爾茨海默病的方法，這種疾病給公共衛生體系帶來沉重的負擔。大多數療法集中於降低澱粉樣蛋白斑塊形成，但是它們都是沒有效果的。因此，科學家們如今正在尋找替代性的治療策略，其中之一就是將阿爾茨海默病視為一種代謝疾病。

基於這種思路，來自瑞士洛桑聯邦理工學院的Johan Auwerx團隊研究線粒體。線粒體是細胞的能量工廠，因而是新陳代謝的核心。通過利用線蟲和小鼠作為模式生物，他們發現提高線粒體抵抗特定蛋白應激的能力，能夠讓它們不僅保護自我，而且也會降低澱粉樣蛋白斑塊形成。

【6】Free Radical Bio Med：阿茲海默症患者存在維生素C缺乏與線粒體功能紊亂癥狀

doi：10.1016/j.freeradbiomed.2017.08.021

對於阿茲海默症患者來說，早期的一些癥狀，例如線粒體功能的紊亂等，往往早於一些常見病理特徵而發生。線粒體功能的紊亂會導致活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）水平的上升，而後者又會進一步導致beta-澱粉樣多肽的累積，這一循環往複的過程會加速阿茲海默症病理學的進程。維生素C是一個有效的抗氧化劑，因此可能會有助於延緩疾病的惡化進度。

對此，Fiona Harrison博士等人利用小鼠模型檢測了與阿茲海默症有關的基因突變對其性狀的影響，以及維生素的缺陷對於線粒體功能的影響。結果顯示，維生素C的缺陷會導致線粒體呼吸受阻，活性氧水平的上升，而對於阿茲海默症小鼠來說，其線粒體的呼吸水平相比野生型又有明顯的上升。這些結果表明維生素C的缺陷以及澱粉樣多肽的累積都會促進線粒體功能的紊亂，但其作用的具體方式可能是有差異的。

【7】EMBO Reports：線粒體研究獲重大突破！科學家有望攻克癌症等多種疾病！

doi：10.15252/embr.201744261

近日，一項刊登在國際雜誌EMBO Reports上的研究報告中，來自英國埃克塞特大學的研究人員通過研究深入闡明了線粒體是如何被製造的？線粒體作為人類細胞的能量工廠，其有著自身的DNA，並且需要多種不同的蛋白質來維持功能，但至今研究人員並未清楚闡明線粒體的形成及其發揮功能的相近分子機制。

研究者Vicki Gold博士表示，細胞中有些核糖體能夠同線粒體吸附，這或許就能夠解釋在被製造的同時蛋白質是如何被「推向」線粒體的，相關研究或為研究人員深入研究蛋白質靶向作用及線粒體功能異常提供新的線索，線粒體功能異常往往與多種疾病發生有著直接的關係，比如癌症和神經變性疾病（帕金森疾病）等。蛋白質對於幾乎所有的細胞過程都非常重要，而且細胞不得不製造大量多種蛋白質並且將其精準化運輸到目的地來維持機體的功能。

以線粒體為例，蛋白質必須穿越兩個膜的邊界才能夠進入線粒體內部，這項研究中，研究人員通過深入研究清晰地揭示了核糖體是如何與線粒體進行吸附的，研究者利用低溫電子顯微檢查技術對健康細胞中的吸附過程進行了圖像捕捉和拍攝，下一步研究者計劃在非健康的細胞中闡明這種吸附過程發生的機制。

【8】Cell Metab：治療男性不育？從線粒體入手！

doi：10.1016/j.cmet.2017.07.003

男性的不育癥狀可能是由線粒體中的DNA突變導致的。對此，Max Planck研究所的科學家們通過提高線粒體中的整體DNA的水平，成功地恢復存在不育癥狀小鼠的睾丸功能以及精細胞的質量。

全球範圍內大概有9%的男性與女性存在無法生育的問題。其中有40%-50%是由於男性不育導致的。而男性的不育癥狀的原因也有很多，其中之一便是線粒體DNA的突變。眾所周知，線粒體是細胞中微型的能量工廠，具有自己獨立的基因，即線粒體DNA（mtDNA）。存在mtDNA高度突變的小鼠會出現不育的癥狀，其有活力的精子數量相比健康小鼠也明顯較少。

來自Max Planck研究所的科學家Min Jiang以及她的同事們對這些患病的小鼠進行了深入的研究，並且找到了一種能夠克服mtDNA突變造成的小鼠不育癥狀的方法。"我們人為地提高了小鼠睾丸細胞線粒體的DNA的含量，即在沒有改變突變的mtDNA的水平的前提下增加了非突變mtDNA的含量。這種手段能夠有效恢複線粒體能量產生的能力以及提高精細胞的活力" Jiang這樣解釋。

【9】Mol Cell：線粒體中發現遺傳疾病根源

doi：10.1016/j.molcel.2016.12.014

紐約大學Langone醫學中心的科學家們最近發現了引起一系列相關疾病的基因變異背後的機制。在線發表在國際學術期刊Molecular Cell上的這項新研究發現了基因複製和傳遞的錯誤如何導致DNA損傷和不當修復，最終引起4977個鹼基對的缺失。

研究人員表示基因的大片段缺失是非常普遍的，這也是為什麼這種缺失叫做「常見缺失」。與基因常見缺失有關的疾病包括皮爾森綜合征，會導致血細胞缺乏；卡恩斯-塞爾綜合征，會導致耳聾；慢性進行性外眼肌麻痹，會引起眼部肌肉無力。此外還與一些癌症的發生有關，隨著衰老這種情況在細胞內發生的頻率會越來越高。

有趣的是，研究人員指出，常見缺失並不會發生在細胞核內的基因，根據他們的最新研究，這種情況會發生在線粒體DNA上。相對來說，線粒體基因得到的關注較少，自20世紀80年代首次發現常見缺失，之後在線粒體DNA上發現了200多個與疾病有關的缺失。

「我們的研究表明我們不僅發現了線粒體DNA發生常見缺失的機制，以及這種類型DNA如何精確複製，還發現了許多疾病相關缺失背後的機制。」文章高級作者Agnel Sfeir博士這樣說道。

【10】Nature：重磅！在清除錯誤摺疊的蛋白中，線粒體也能夠降解

doi：10.1038/nature21695

在一項新的研究中，來自美國約翰霍普金斯大學的研究人員以酵母和人細胞作為研究對象，發現細胞清除蛋白團塊的一種意料之外的途徑。在分子水平上，清除這些蛋白團塊有時相當於將太多的或錯誤的垃圾扔進垃圾桶。他們說，他們的發現可能有助揭示在帕金森病和阿爾茨海默病等神經退行性疾病的進展中是什麼發生差錯。

細胞中遭受損傷的或者錯誤摺疊的蛋白往往形成團塊或聚集物。多虧一種被稱作蛋白酶體的酶複合物，這些蛋白團塊被認為在細胞質或細胞核中很快地溶解。這些蛋白團塊被認為也能夠在一種具有消化能力的被稱作溶酶體的細胞器中很快地溶解。

但是利用酵母開展的實驗中，這些研究人員意外地發現很多蛋白團塊在被稱作線粒體的細胞能量工廠中發生降解。他們也發現太多的錯誤摺疊的蛋白能夠阻塞和破壞這個至關重要的結構。這些發現可能有助解釋蛋白團塊和線粒體功能障礙為何是神經退行性疾病的兩個典型特徵。

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