为器官装上“计时器”，从线粒体中寻求长寿秘诀

为什么我们通常会在白天精力充沛，在夜晚容易困倦？是线粒体！

为什么当我们在压力中挣扎时，大脑会编码出负面情绪？是线粒体！

事实上，我们心脏的每一次跳动，都有赖线粒体提供动力。线粒体，是细胞的“发电站”和“能量工厂”，在延缓细胞衰老的过程中，扮演着核心角色。

线粒体剖面图

线粒体衰老

线粒体是细胞中的双层膜细胞器，它很早就能在电子显微镜下被观察到，但其起源一直存在争议。最先意识到线粒体重要性的是德国科学家理查德·阿尔特曼，他在1886年将其命名为原生粒，认为它是细胞中唯一的有生命的组成成分。但在很长时间里，这一看法饱受争议。直到20世纪，科学家发现细胞呼吸的相关酶的确存在于线粒体中。

具体来说，细胞呼吸的核心目的，就是通过分解有机分子（如葡萄糖）释放能量并生成三磷酸腺苷（ATP），从而为细胞的生理活动提供能量。其中，有两个重要步骤——柠檬酸循环和氧化磷酸化都需要在线粒体中进行。

而线粒体会根据人体活动水平来调节能量生产。白天，人体需要更多的能量来支持活动，线粒体的功能会增强，产生更多的ATP以供细胞使用。晚上，当身体进入休息状态时，线粒体的能量生产需求下降，活动也会相应减少。人体就是如此在昼夜节律中健康运行下去的。

也正是由于线粒体能确保细胞在各种生理条件下都可以获得足够的能量，才被称为细胞“能量工厂”。

最早将“衰老”与线粒体联系在一起的，是美国科学家德纳姆·哈曼。他认为，衰老是由于线粒体活性氧自由基（ROS）对大分子的损伤所致。此后，越来越多研究者在这方面取得了重要进展。

2020年4月，哥伦比亚大学研究团队在《自然·通讯》发表文章，称昼夜节律调节器控制生物体的新陈代谢，包括线粒体的解偶联。他们通过实验数据，发现昼夜节律的肠线粒体解偶联能控制果蝇的寿命，并暗示线粒体解偶联作为一种潜在的治疗手段，能够控制干细胞过度增殖/分化和延缓衰老。

2025年3月，美国加州大学研究团队也提出，随着线粒体功能下降，干细胞的再生能力也会减弱，身体的自我修复能力降低。线粒体功能的衰退不仅是心血管疾病的潜在推手，更是全身性衰老的“加速器”。

人们几乎形成了一种共识：细胞内线粒体的数量和质量，会随着年龄的增长而不断下降。老年个体的肌肉细胞中，线粒体数量可能只有年轻个体的一半左右。这时，一些高能量需求的细胞，会因此功能受损，从而导致多种疾病的发生，如线粒体肌病、心力衰竭、神经退行性疾病等。此时，衰老避无可避。

线粒体时钟

人类大脑皮层神经元，从婴儿时期开始发育，要经过数年才能发育成熟。但同样的过程，在小鼠体内，可能只需要几周。原因就是，人类新生神经元的线粒体数量少，代谢活性也明显低于小鼠。这就是一种线粒体发育的“物种时钟”。

但线粒体中的时钟属性不只存在于物种之间。2025年5月27日，《自然·衰老》上的一项研究就揭示了线粒体突变随年龄增长而积累的“双相”时钟规律。

中国科学院上海营养与健康研究所研究团队，对来自国际公开数据库中超万例的线粒体转录组低频变异数据进行深度提取，数据来自838名健康个体的47种不同器官组织，年龄涵盖了20～70岁的群体。当他们对这些线粒体RNA进行分析后，发现在不同器官中，线粒体突变累积有着不同的计时模式。其中，在皮肤、消化道等需要不断更新细胞的组织中，线粒体基因组往往会加速积累广谱且有害的突变；而在心脏、大脑等细胞不再分裂更新的组织中，线粒体突变主要集中在特定的热点区域。据此，他们系统性绘制了人体组织特异性的线粒体突变图谱，可以显示人类衰老过程中组织特异性弱点，有助于评估多器官衰老状态，有望为开发针对特定组织的早期诊断和干预策略提供基础。

可以说，“线粒体时钟”是一种新型的衰老研究工具。随着科学抗衰不断取得新的突破，人们会更加精准地掌握人体内这个“计时器”的规律，从而更好地实现延缓衰老、延长寿命的目的。