近年來(lái)，隨著科學(xué)家們研究的深入，他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中的能量工廠—線粒體與多種疾病的發(fā)生都有著直接關(guān)聯(lián)，當(dāng)然也有研究人員發(fā)現(xiàn)線粒體或許是治療多種人類疾病的重要靶點(diǎn)，本文中，小編就整理了近年來(lái)相關(guān)的亮點(diǎn)研究，共同解讀線粒體對(duì)機(jī)體健康的重要性！
【1】NAR：研究發(fā)現(xiàn)線粒體基因突變與疾病之間的關(guān)系
doi：10.1093/nar/gky089
線粒體是一種具有自身獨(dú)有DNA的細(xì)胞器，它們?cè)谀芰抗?yīng)中扮演的角色使得它們對(duì)氧化應(yīng)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(xì)胞DNA切除的加合物，但是線粒體卻缺乏相應(yīng)的修復(fù)機(jī)制。本月由Lawrence Marnett博士及其同事發(fā)表在《Nucleic Acids Research》上的最新研究顯示M1dG在線粒體DNA中的含量遠(yuǎn)高于基因組DNA中的含量。
他們還發(fā)現(xiàn)攜帶骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體2（bone morphogenetic protein receptor 2 ，BMPR2）基因突變的小鼠肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞線粒體DNA中的M1dG含量是正常小鼠的2倍。而肺動(dòng)脈高血液與BMPR2突變有關(guān)。
【2】Psych Med：線粒體如何展現(xiàn)壓力對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的健康效應(yīng)？
doi：10.1097/PSY.0000000000000545 doi：10.1097/PSY.0000000000000544
心理壓力如何轉(zhuǎn)化為對(duì)身體健康的影響呢？近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Psychosomatic Medicine上的研究報(bào)告中，來(lái)自哥倫比亞大學(xué)和洛克菲勒大學(xué)的研究人員通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這或許與細(xì)胞中的線粒體有關(guān)；文章中，研究人員闡明了線粒體介導(dǎo)社會(huì)心理因素影響人類機(jī)體健康的分子機(jī)制，相關(guān)研究或能幫助理解影響人類健康及有效治愈人類疾病的多種影響因素。
線粒體幾乎存在于每一種類型的細(xì)胞中，其是細(xì)胞中的亞單位，有著自身的DNA，作為細(xì)胞的能量工廠，線粒體能夠產(chǎn)生機(jī)體正?；顒?dòng)所需要的能量和信號(hào)，當(dāng)線粒體無(wú)法正常發(fā)揮作用時(shí)就會(huì)誘發(fā)影響機(jī)體多種系統(tǒng)的嚴(yán)重疾病。研究者發(fā)現(xiàn)，線粒體或許是機(jī)體心理社會(huì)經(jīng)歷和生物應(yīng)激反應(yīng)之間的一個(gè)潛在的交點(diǎn)，研究人員對(duì)動(dòng)物模型進(jìn)行了23項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究表明，急性和慢性壓力能夠影響線粒體功能的多個(gè)方面，尤其表現(xiàn)在大腦上，線粒體對(duì)壓力的易感性常常會(huì)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(lái)闡述線粒體如何改變心理壓力對(duì)機(jī)體健康的影響，如今越來(lái)越多的證據(jù)都表明，線粒體能夠感知、整合并且發(fā)送周圍環(huán)境的信息，其中就包括多種誘導(dǎo)壓力的介導(dǎo)子，其能夠引發(fā)線粒體出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能性的改變。研究者首次引入了“線粒體適應(yīng)性負(fù)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(fā)生的結(jié)構(gòu)和功能性的改變，隨后這些改變會(huì)誘發(fā)一系列的健康問(wèn)題，比如，增加炎癥從而誘發(fā)疾病，或者增加細(xì)胞DNA的損傷進(jìn)而加速機(jī)體老化等。
【3】Neuropathologica：線粒體保護(hù)機(jī)體抵抗帕金森癥
doi：10.1007/s00401-017-1794-7
最近來(lái)自挪威的一項(xiàng)研究結(jié)果表明線粒體損傷或許能夠保護(hù)大腦不收帕金森癥的影響。
線粒體是細(xì)胞的能量工廠，他們通過(guò)將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為染料燃料，以保證我們機(jī)體的能量需求。1989年，一系列對(duì)帕金森癥患者大腦組織的研究結(jié)果表明，大腦“黑質(zhì)區(qū)”細(xì)胞中線粒體內(nèi)的呼吸鏈復(fù)合體I受到了損壞。由于該區(qū)域?qū)τ谂两鹕Y的發(fā)生十分重要，因此該發(fā)現(xiàn)表明線粒體上的呼吸鏈復(fù)合體I缺陷是神經(jīng)退化的重要影響因子。
最近來(lái)自挪威Bergen大學(xué)的一項(xiàng)研究則表明，帕金森癥患者大腦細(xì)胞中整個(gè)線粒體功能受到了影響，但它對(duì)于患者來(lái)說(shuō)卻沒有什么害處。
“這項(xiàng)新研究結(jié)果表明復(fù)合體I缺陷是帕金森癥患者大腦中一個(gè)普遍性的現(xiàn)象，不論是病變區(qū)域還是健康區(qū)域都受到了影響。有意思的是，復(fù)合體I的缺陷的大腦神經(jīng)元細(xì)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癥的主要癥狀”，研究者們說(shuō)道。
【4】NAR：研究發(fā)現(xiàn)線粒體翻譯質(zhì)量控制對(duì)于胚胎發(fā)育的重要性
doi：10.1093/nar/gkx1231
近日，中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所王恩多研究組，與芬蘭科學(xué)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(fā)表在《核酸研究》(Nucleic Acids Research)上。
哺乳動(dòng)物細(xì)胞含有兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的翻譯系統(tǒng)：細(xì)胞質(zhì)和線粒體翻譯系統(tǒng)。人線粒體翻譯系統(tǒng)合成13種線粒體基因組編碼的氧化呼吸鏈復(fù)合物亞基，對(duì)于氧化呼吸鏈復(fù)合物的組裝及線粒體功能至關(guān)重要。細(xì)胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)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(xì)胞質(zhì)丙氨酰-tRNA合成酶(alanyl-tRNA synthetase， AlaRS)的保真性缺失或受損，使錯(cuò)誤蛋白質(zhì)聚焦，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病或心臟病。但對(duì)于線粒體基因組傳遞的保真性及其體內(nèi)意義，人們知之甚少。
研究中，研究人員首次克隆、表達(dá)了成熟形式的人線粒體丙氨酰-tRNA合成酶(hmtAlaRS)基因AARS2，純化獲得了高純度的hmtAlaRS。
【5】Nature：增強(qiáng)線粒體健康有望治療阿爾茨海默病
doi：10.1038/nature25143
在世界范圍內(nèi)，阿爾茨海默病是一種最為常見的癡呆癥和神經(jīng)變性形式。這種疾病的一種主要特征是毒性斑塊在大腦中堆積，其中這些毒性斑塊是由神經(jīng)元中的β-淀粉樣蛋白異常聚集而形成的。
目前還沒有治愈阿爾茨海默病的方法，這種疾病給公共衛(wèi)生體系帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。大多數(shù)療法集中于降低淀粉樣蛋白斑塊形成，但是它們都是沒有效果的。因此，科學(xué)家們?nèi)缃裾趯ふ姨娲缘闹委煵呗?，其中之一就是將阿爾茨海默病視為一種代謝疾病。
基于這種思路，來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Johan Auwerx團(tuán)隊(duì)研究線粒體。線粒體是細(xì)胞的能量工廠，因而是新陳代謝的核心。通過(guò)利用線蟲和小鼠作為模式生物，他們發(fā)現(xiàn)提高線粒體抵抗特定蛋白應(yīng)激的能力，能夠讓它們不僅保護(hù)自我，而且也會(huì)降低淀粉樣蛋白斑塊形成。
【6】Free Radical Bio Med：阿茲海默癥患者存在維生素C缺乏與線粒體功能紊亂癥狀
doi：10.1016/j.freeradbiomed.2017.08.021
對(duì)于阿茲海默癥患者來(lái)說(shuō)，早期的一些癥狀，例如線粒體功能的紊亂等，往往早于一些常見病理特征而發(fā)生。線粒體功能的紊亂會(huì)導(dǎo)致活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）水平的上升，而后者又會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致beta-淀粉樣多肽的累積，這一循環(huán)往復(fù)的過(guò)程會(huì)加速阿茲海默癥病理學(xué)的進(jìn)程。維生素C是一個(gè)有效的抗氧化劑，因此可能會(huì)有助于延緩疾病的惡化進(jìn)度。
對(duì)此，F(xiàn)iona Harrison博士等人利用小鼠模型檢測(cè)了與阿茲海默癥有關(guān)的基因突變對(duì)其性狀的影響，以及維生素的缺陷對(duì)于線粒體功能的影響。結(jié)果顯示，維生素C的缺陷會(huì)導(dǎo)致線粒體呼吸受阻，活性氧水平的上升，而對(duì)于阿茲海默癥小鼠來(lái)說(shuō)，其線粒體的呼吸水平相比野生型又有明顯的上升。這些結(jié)果表明維生素C的缺陷以及淀粉樣多肽的累積都會(huì)促進(jìn)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(xué)家有望攻克癌癥等多種疾?。?/strong>
doi：10.15252/embr.201744261
近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志EMBO Reports上的研究報(bào)告中，來(lái)自英國(guó)埃克塞特大學(xué)的研究人員通過(guò)研究深入闡明了線粒體是如何被制造的？線粒體作為人類細(xì)胞的能量工廠，其有著自身的DNA，并且需要多種不同的蛋白質(zhì)來(lái)維持功能，但至今研究人員并未清楚闡明線粒體的形成及其發(fā)揮功能的相近分子機(jī)制。
研究者Vicki Gold博士表示，細(xì)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制造的同時(shí)蛋白質(zhì)是如何被“推向”線粒體的，相關(guān)研究或?yàn)檠芯咳藛T深入研究蛋白質(zhì)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(fā)生有著直接的關(guān)系，比如癌癥和神經(jīng)變性疾?。ㄅ两鹕膊。┑?。蛋白質(zhì)對(duì)于幾乎所有的細(xì)胞過(guò)程都非常重要，而且細(xì)胞不得不制造大量多種蛋白質(zhì)并且將其精準(zhǔn)化運(yùn)輸?shù)侥康牡貋?lái)維持機(jī)體的功能。
以線粒體為例，蛋白質(zhì)必須穿越兩個(gè)膜的邊界才能夠進(jìn)入線粒體內(nèi)部，這項(xiàng)研究中，研究人員通過(guò)深入研究清晰地揭示了核糖體是如何與線粒體進(jìn)行吸附的，研究者利用低溫電子顯微檢查技術(shù)對(duì)健康細(xì)胞中的吸附過(guò)程進(jìn)行了圖像捕捉和拍攝，下一步研究者計(jì)劃在非健康的細(xì)胞中闡明這種吸附過(guò)程發(fā)生的機(jī)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(dǎo)致的。對(duì)此，Max Planck研究所的科學(xué)家們通過(guò)提高線粒體中的整體DNA的水平，成功地恢復(fù)存在不育癥狀小鼠的睪丸功能以及精細(xì)胞的質(zhì)量。
全球范圍內(nèi)大概有9%的男性與女性存在無(wú)法生育的問(wèn)題。其中有40%-50%是由于男性不育導(dǎo)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(xì)胞中微型的能量工廠，具有自己獨(dú)立的基因，即線粒體DNA（mtDNA）。存在mtDNA高度突變的小鼠會(huì)出現(xiàn)不育的癥狀，其有活力的精子數(shù)量相比健康小鼠也明顯較少。
來(lái)自Max Planck研究所的科學(xué)家Min Jiang以及她的同事們對(duì)這些患病的小鼠進(jìn)行了深入的研究，并且找到了一種能夠克服mtDNA突變?cè)斐傻男∈蟛挥Y狀的方法。'我們?nèi)藶榈靥岣吡诵∈蟛G丸細(xì)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復(fù)線粒體能量產(chǎn)生的能力以及提高精細(xì)胞的活力' Jiang這樣解釋。
【9】Mol Cell：線粒體中發(fā)現(xiàn)遺傳疾病根源
doi：10.1016/j.molcel.2016.12.014
紐約大學(xué)Langone醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家們最近發(fā)現(xiàn)了引起一系列相關(guān)疾病的基因變異背后的機(jī)制。在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Molecular Cell上的這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了基因復(fù)制和傳遞的錯(cuò)誤如何導(dǎo)致DNA損傷和不當(dāng)修復(fù)，最終引起4977個(gè)堿基對(duì)的缺失。
研究人員表示基因的大片段缺失是非常普遍的，這也是為什么這種缺失叫做“常見缺失”。與基因常見缺失有關(guān)的疾病包括皮爾森綜合征，會(huì)導(dǎo)致血細(xì)胞缺乏；卡恩斯-塞爾綜合征，會(huì)導(dǎo)致耳聾；慢性進(jìn)行性外眼肌麻痹，會(huì)引起眼部肌肉無(wú)力。此外還與一些癌癥的發(fā)生有關(guān)，隨著衰老這種情況在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的頻率會(huì)越來(lái)越高。
有趣的是，研究人員指出，常見缺失并不會(huì)發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)的基因，根據(jù)他們的最新研究，這種情況會(huì)發(fā)生在線粒體DNA上。相對(duì)來(lái)說(shuō)，線粒體基因得到的關(guān)注較少，自20世紀(jì)80年代首次發(fā)現(xiàn)常見缺失，之后在線粒體DNA上發(fā)現(xiàn)了200多個(gè)與疾病有關(guān)的缺失。
“我們的研究表明我們不僅發(fā)現(xiàn)了線粒體DNA發(fā)生常見缺失的機(jī)制，以及這種類型DNA如何精確復(fù)制，還發(fā)現(xiàn)了許多疾病相關(guān)缺失背后的機(jī)制?！蔽恼赂呒?jí)作者Agnel Sfeir博士這樣說(shuō)道。
【10】Nature：重磅！在清除錯(cuò)誤折疊的蛋白中，線粒體也能夠降解
doi：10.1038/nature21695
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員以酵母和人細(xì)胞作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞清除蛋白團(tuán)塊的一種意料之外的途徑。在分子水平上，清除這些蛋白團(tuán)塊有時(shí)相當(dāng)于將太多的或錯(cuò)誤的垃圾扔進(jìn)垃圾桶。他們說(shuō)，他們的發(fā)現(xiàn)可能有助揭示在帕金森病和阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病的進(jìn)展中是什么發(fā)生差錯(cuò)。
細(xì)胞中遭受損傷的或者錯(cuò)誤折疊的蛋白往往形成團(tuán)塊或聚集物。多虧一種被稱作蛋白酶體的酶復(fù)合物，這些蛋白團(tuán)塊被認(rèn)為在細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中很快地溶解。這些蛋白團(tuán)塊被認(rèn)為也能夠在一種具有消化能力的被稱作溶酶體的細(xì)胞器中很快地溶解。
但是利用酵母開展的實(shí)驗(yàn)中，這些研究人員意外地發(fā)現(xiàn)很多蛋白團(tuán)塊在被稱作線粒體的細(xì)胞能量工廠中發(fā)生降解。他們也發(fā)現(xiàn)太多的錯(cuò)誤折疊的蛋白能夠阻塞和破壞這個(gè)至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)可能有助解釋蛋白團(tuán)塊和線粒體功能障礙為何是神經(jīng)退行性疾病的兩個(gè)典型特征。（生物谷Bioon.com）
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