衰老是一個復雜的過程，影響著生物體維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)機體功能的能力，而越來越多的研究已經(jīng)掌握了導致衰老的因素和衡量年齡停止或逆轉(zhuǎn)的生物標志物。迄今為止，科學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了9種細胞衰老的標志：端粒磨損，基因組不穩(wěn)定性，線粒體功能障礙，細胞衰老，干細胞衰竭，蛋白穩(wěn)態(tài)喪失，營養(yǎng)感應(yīng)失調(diào)，表觀遺傳改變和細胞間通訊改變。[1]這些過程的每一個都涉及生物代謝的改變。[2]而在1月16日，一項發(fā)表于《國際生物學雜志》的研究中發(fā)現(xiàn)，將年幼小鼠的健康線粒體注射到年長小鼠體內(nèi)，改善了年長小鼠的學習能力、記憶能力、骨骼肌功能以及提升了其免疫系統(tǒng)活性。[3]今天，我們就來探討下這項線粒體療法對衰老以及壽命方面的作用。

圖：國際生物學雜志上發(fā)表的研究

01衰老引起的線粒體功能障礙

線粒體是生物細胞非常重要的組成部分，有“細胞動力站”之稱。但隨著年齡的增長，線粒體功能出現(xiàn)障礙，導致其產(chǎn)生的能量越來越少以及抗氧化能力降低，是造成衰老以及與年齡相關(guān)疾?。òɡ夏臧V呆癥等）的主要原因。[4]

因此，針對線粒體功能障礙的療法可能是減緩甚至逆轉(zhuǎn)衰老某些方面的有效方法，生物科學界為此展開了一系列的研究。

02衰老新療法——線粒體療法

基于對線粒體功能障礙的研究，科學家發(fā)現(xiàn)了一個恢復細胞活力的機制，即可以從其他細胞（例如干細胞）中吸收健康的線粒體，來替換受損的線粒體。[5]于是，誕生了一個相對較新的療法——線粒體療法，即將健康的功能性線粒體轉(zhuǎn)移到含有缺陷性線粒體的細胞中，以幫助恢復組織和器官功能，并且有望解決許多線粒體功能障礙引發(fā)的疾病。

在這之前，就有研究發(fā)現(xiàn)線粒體療法可以通過改善肝細胞的能量供應(yīng)，有助于保護試驗鼠免受高脂飲食和乙酰氨基酚（Tylenol）等藥物引起的肝損害。[6]研究人員推測，鑒于線粒體在衰老中的關(guān)鍵作用，線粒體療法也可能有助于改善與年齡有關(guān)的認知和運動能力下降。

圖：采取線粒體療法后，細胞內(nèi)健康線粒體數(shù)量增加

為驗證這一假設(shè)，科研人員從年輕小鼠身上提取了健康線粒體，并將其注射到老齡小鼠中,以評估線粒體移植后細胞中的能量產(chǎn)生或與衰老相關(guān)的行為是否有所改善。[3]

然后，他們觀察老年小鼠的大腦和骨骼肌中的細胞后發(fā)現(xiàn)，這兩個組織中的線粒體特別多。同時也發(fā)現(xiàn)了，老年小鼠的大腦和肌肉細胞接納了新的健康的線粒體。

圖：青年、老年、經(jīng)線粒體治療后老年小鼠的大腦和骨骼肌內(nèi)的線粒體活性對比

結(jié)果顯示，治療后的老年小鼠線粒體產(chǎn)生能量所需的關(guān)鍵酶水平顯著增加。此外，由于新的線粒體能夠有效處理產(chǎn)生的自由基，因此細胞中的活性氧和氧化應(yīng)激水平顯著降低。另外，該療法還對老年小鼠的認知和肌肉運動功能、免疫系統(tǒng)活動等起到了改善的作用。

03線粒體治療后改善了認知功能和肌肉功能

隨著年齡的增長，大腦也隨之發(fā)生了變化。這主要表現(xiàn)為在記憶力、集中注意力以及認知學習能力上出現(xiàn)了問題。為確定線粒體療法是否可以改善大腦學習、認知功能，研究人員使用了Morris水迷宮測試，以觀察評價小鼠的空間學習、記憶相關(guān)的腦區(qū)功能。

在治療前，研究人員發(fā)現(xiàn)較老的小鼠比年幼的小鼠會花費更長的時間。但是，在接受線粒體療法后，經(jīng)線粒體治療的老年小鼠和年輕小鼠之間存在顯著差異，卻會比未經(jīng)治療的老年小鼠所花費的時間以及游動的距離要短。這表明了，雖然不能將認知能力逆轉(zhuǎn)至年輕小鼠的水平，但線粒體療法可以改善老年小鼠的學習和記憶功能。

圖：線粒體移植對空間學習和記憶特性的影響

而且在另一方面，肌肉力量下降、肌肉組織喪失（骨骼功能低下）在衰老中很常見，部分原因是線粒體功能障礙導致的[7]。在使用線粒體治療后發(fā)現(xiàn)，老年小鼠的肌肉耐力有了很大的改善，并且游泳的耐力是治療前的兩倍。

圖：線粒體移植對小鼠游泳和輪轉(zhuǎn)行為的影響

04線粒體治療后增強免疫系統(tǒng)活動功能

生物免疫系統(tǒng)也會隨著年齡的增長而趨于下降。巨噬細胞的活性會隨年齡增長而降低，這使我們對慢性炎癥、感染和癌癥變得更加易感。

圖：線粒體移植對巨噬細胞吞噬活性的影響

而當研究人員在觀察用健康的線粒體治療的老年小鼠的巨噬細胞時，他們發(fā)現(xiàn)它們在清除異物方面更具活性。測試證實，線粒體療法后，恢復了部分老年小鼠的巨噬細胞的吞噬能力。這表明，線粒體療法可刺激巨噬細胞活化，從而增強細胞對外源性顆粒的免疫力。

05結(jié)論

其實，線粒體理論的基礎(chǔ)是基于DNA損傷隨年齡的增長導致了細胞機能和再生能力的喪失。而目前作為首個經(jīng)嚴謹科學驗證可顯著逆轉(zhuǎn)衰老、延長壽命的產(chǎn)品，美國Herbalmax公司推出的首個以β-煙酰胺單核苷酸為主要成分的成熟型衰老抑制產(chǎn)品瑞維拓，也正是基于此理論基礎(chǔ)而研發(fā)的。

從上面的研究來看，線粒體療法恢復了衰老組織的功能異常，改善了老年動物的認知和運動能力，為線粒體對衰老的逆轉(zhuǎn)作用提供了理論支持的新證據(jù)。盡管目前線粒體療法仍處于起步階段，還需要做更多的研究，但它顯示出巨大的前景，有望幫助我們克服隨年齡增長而引起的線粒體功能障礙。

參考文獻

[1]https://www./fulltext/S0092-8674(13)00645-4

[2]https://www./cell/pdf/S0092-8674(16)30981-3.pdf

[3]Zhao, Z., Yu, Z., Hou, Y., Zhang, L., Fu, A. (2020). Improvement of cognitive and motor performance with mitotherapy in aged mice. Internation Journal of Biological Sciences, 16(5), 848-858.

[4]Akbari M, Kirkwood TBL, Bohr VA. Mitochondria in the signaling pathways that control longevity and health span. Ageing Res Rev. 2019;54:100940

[5]Yasuda, K. Khandare, A., Burianovskyy, L., Maruyama, S., Zhang, F., Nasjletti, A., Goligorsky, M. S. (2011). Tunneling nanotubes mediate rescue of prematurely senescent endothelial cells by endothelial progenitors: exchange of lysosomal pool. Aging, 3(6): 597-608.

[6]Shi, X., Bai H., Zhao, M., Li, X., Sun, X. Jiang, H., Fu, A. (2018) Treatment of acetaminophen-induced liver injury with exogenous mitochondria in mice. Translational Research, 196: 31-41.

[7] Seo, D. Y., Lee, S. R., Kim, N., Ko, K. S., Rhee, B.D., Han, J. (2016) Age-related changes in skeletal muscle mitochondria: the role of exercise. Integrative Medicine Research, 5(3): 182-186.