线粒体DNA损伤才是衰老的真正元凶

最近有篇新论文提到,线粒体DNA损伤可能和变老有关。说实话,我一直觉得线粒体DNA损伤就是让人变老的根本原因。虽然我以前也提过这事儿,但觉得再总结一下挺好。不过在细说之前,得先解释几个专业词儿。

大家都知道,动物(包括人)是由无数细胞组成的。每个细胞里都有叫"线粒体"的小零件,专门把营养转化成能量(ATP)。有个挺靠谱的理论说,线粒体其实是远古时候细菌跑进古细菌里搭伙过日子形成的——大细胞管饭,细菌干活。这事儿叫"内共生",维基百科讲得挺清楚(链接略)。

线粒体和其他部分靠运输蛋白来回传东西,这些蛋白就像专用通道。今天重点说"柠檬酸盐",它靠SLC25A1基因编码的运输蛋白进出线粒体。这玩意儿特别重要,因为线粒体里最重要的化学反应就叫"柠檬酸循环"(也叫克雷布斯循环)。当柠檬酸盐跑到线粒体外,会被ACLY酶加工成"乙酰辅酶A"——这可是细胞里的万能原料。

乙酰辅酶A有个重要功能:给蛋白质"加帽子"(乙酰化)。这个"帽子"能改变蛋白质行为,特别是DNA上那些叫"组蛋白"的蛋白质。加了帽子DNA就容易打开,方便RNA聚合酶II读取信息制造蛋白质。

这个"加帽子"还影响mRNA剪接——就是细胞用同一段基因制造不同蛋白质的把戏。比如青春期启动关键激素"kisspeptin"(由KISS1基因产生)和它的受体KISS1R,都受剪接影响。有研究猪青春期的论文发现,剪接确实会影响发育时间。还有研究证明,剪接变化比基因本身更能预测实际年龄。

不过不是所有老年病都怪剪接。比如骨质疏松,是因为干细胞没法变成造骨细胞(成骨细胞),光拆不建。后来发现这其实是线粒体排出柠檬酸盐太少导致的——巧了,剪接出问题也是这个原因!

那为啥线粒体不好好排柠檬酸盐呢?主要两个原因:

  • 1.运输车(柠檬酸载体)不够
  • 2.原料不足(主要是丙酮酸进线粒体速度太慢)

重点说说第二个:线粒体靠"电子传递链"(ETC)发电,形成膜电压(ΔΨM)。虽然丙酮酸不带电,但它搭的运输车需要靠这个电压驱动。电压越高,线粒体工作效率越高(用ATP/O比值衡量)。
ETC的零件(五个蛋白质复合体)的制造说明书藏在两个地方:
  1. 大部分在细胞核,
  2. 小部分在线粒体自己DNA(mtDNA)里。

mtDNA特别容易受伤——它不像细胞核DNA有蛋白质保护,还是环状的。虽然一个线粒体里有多个备份,但ETC复合体I和III工作时就会产生自由基,等于边干活边自残...

有趣的是,卵细胞的线粒体特别健康:因为卵子形成时关闭了复合体I,自由基少;而且卵子会精选最健康的mtDNA传下去。要不是这样,胚胎早期就会流产。

所以说,发育和衰老主要由线粒体 DNA 的状态控制

第二个关键因素是运输车SLC25A1:它受炎症信号NF-κB影响,而抗炎因子IL-10会抑制它。但IL-10本身是衰老细胞分泌的,这就形成恶性循环:

  • 衰老→分泌IL-10→减少运输车→加速衰老。

少数研究发现IL-10反而促衰老,但这结论太反常识,论文都难发表。至于怎么办...那就是另一个长故事了。

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