1、大众健康 20233 总第 453 期106生命科学有很多门类，其中发展最快的无疑是遗传学。如今的生物学研究已经被核酸“统治”了，几乎每一篇生物学论文都要测一下 DNA 序列，看看有没有基因突变。不过，近年来有不少科学家开始质疑这套研究模式，提出能源才是生命最核心的要素，很多疾病看似是遗传或者生物结构出了问题，但本质上都是能源供应跟不上导致的。我们可以拿电脑做个比喻。如果一块硬盘的磁道坏了，电脑肯定会不正常，但有时还能凑合用。如果没电了，那这台电脑一定没法用了。假如你用的是一台笔记本电脑，电量不足时可以将其设置成省电模式，此时电脑还可以工作，但各项参数的指标都降低了，用起来肯定不会太顺畅。同理
2、，如果一只哺乳动物饿了几天肚子，它的大脑是否也会自动进入“省电模式”呢？这就是爱丁堡大学的神经生物学家娜塔莉罗什福特想要回答的问题。她和同事们用小鼠做实验，发现小鼠的大脑确实存在“省电模式”，其代价就是一些功能会受影响。根据罗什福特博士在2022 年1 月29 日出版的神经元杂志上发表的论文，当小鼠因饥饿而减掉了 15%20%的体重时，它会通过降低神经信号强度的方式来节约能量，其大脑视觉皮层的能耗因此减少了 29%。这么做的代价就是小鼠的视力会变得模糊，对细节的分辨率大打折扣。人类是否也会如此？这个问题因为缺乏实验数据支持而暂无明确答案。但这个小鼠实验告诉我们，哺乳动物的大脑不会每时每刻都处于
3、“满格”状态，而是会根据能量供应的多少调整其工作状态。事实上，一直有人怀疑某些神经系统的疾病并不是因为“硬件”的损伤，而是源于能量供应不足保护线粒体 有助延缓衰老线粒体是生命的发动机，保护好线粒体有助于延缓衰老。文袁越 而导致的“系统波动”。需要特别指出的是，这里所说的能量供应指的不是饮食状况，而是三磷酸腺苷（ATP）的供应量。ATP 是细胞的能量来源，所有的生命活动都需要由 ATP 来提供能量。如果我们将 ATP 比作电能，那么线粒体就是真核细胞的发电机。所有其他形式的能源，无论是太阳能还是食物内蕴含的化学能，都必须先由线粒体转化成 ATP才能被细胞直接利用。目前主流的理论认为，线粒体的祖先
4、是一个细菌。大约在 20 亿年前，另一个古细菌将这个细菌吞了下去，后者因为某种原因没有被前者消化掉，而是和前者达成了一种共生关系，由后者负责为前者生产 ATP，以换取来自前者的保护。这个理论很好地解释了为什么线粒体具备很强的自主性，因为这是真核细胞内唯一自带基因组的细胞器。人类的线粒体基因组包含 37 个基因，负责编码和线粒体功能密切相关的 13 种蛋白质。其余的线粒体蛋白质则由细胞核内的核基因组负责编码。这两个基因组之间的配合度，就成了决定线粒体功能好坏的关键因素。有些人体内的这两个基因组天生不匹配，就会导致严重的线粒体病。但在大多数情况下，这两个基因组之间的配合度是逐渐变差的，原因在于线粒
5、体基因组的突变率要比核基因组高一个数量级。一种理论认为，衰老的真正原因就是两个基因组的配合度随着年龄的增长而逐渐下降，导致细胞因为失去了可靠的能量供应而无法行使正常的生理功能。在所有的细胞类型当中，神经细胞对能量的需求最大。绝大部分人类体细胞内的线粒体数量在 100010000 个，而脑神经元内的线粒体数量最高可达 200 万个，由此可见神经责任编辑：梁婧 wzb_每月杂谈10720233 总第453期 大众健康袁越网名土摩托，1968 年生于上海，5 岁随家人去北京生活。1986 年进入复旦大学生物工程系学习。1992 年留学美国，获生物学硕士学位；1994 年至 2004 年在美国从事生物
6、技术研究；2005 年初回到国内，担任华纳唱片公司欧西部经理。同年进入三联生活周刊，担任特约撰稿人至今，负责撰写科技报道、旅游与地理和“生命八卦”等栏目。活动的能耗之大。一旦脑神经元内的线粒体出了问题，导致ATP 供应不上，大脑就很可能被迫进入“省电模式”，神经性疾病也许就是这么来的。除了神经细胞，其他类型的体细胞也会受线粒体质量的影响，出现各种各样的问题，比如衰老。衰老的真正原因是细胞失去了更新的能力，来不及修复损伤。这就好比一辆汽车，开久了总会有磨损，油箱里的油也会逐渐耗尽。但如果你能按时加油，并把磨损的部件及时换新，这辆车就可以一直开下去。对于细胞来说，新部件就相当于氨基酸、核苷酸和脂肪
7、酸这些有机大分子，它们是合成蛋白质、核酸和细胞膜的原材料。汽油则对应于 ATP 分子，所有的 ATP 分子均来自线粒体。为车加油和换部件需要去不同的地方，但 ATP 的合成和有机大分子的合成全都来自同一组化学反应，这就是三羧酸循环。食物中蕴含的能量，正是通过三羧酸循环被转化成ATP 的。三羧酸循环还可以反向运行，其中每一步反应所产生的中间体，都可以被用来合成生物大分子。这个过程被称为合成代谢。这是维持细胞正常运转的关键步骤，因为细胞在其生命过程中一定会出现各种差错或者磨损，比如蛋白质老化、变性等，这就需要立即合成新的“配件”去替换。如果这个替换过程进行得不顺利，细胞就会积累大量废物，导致其活性
8、逐渐降低，直至成为“僵尸”。随着年龄的增长，这样的“僵尸”细胞越积越多，其结果就是衰老。合成代谢需要两个非常重要的分子，一个是负责提供能量的ATP，另一个就是负责提供电子的还原型辅酶II（NADPH）。衰老的主要原因就是这两种分子供应不足，导致合成代谢出现问题。比如大家熟悉的退行性关节炎，就是因为软骨细胞失去了合成胶原蛋白的能力，导致关节润滑液分泌不足。一直有科学家试图通过人为补充 ATP 或者 NADPH 的方式来延缓衰老，但多项实验证明外源 ATP 或 NADPH 不但很难被细胞直接利用，还有可能影响细胞自身的其他代谢功能。于是，有人试图改变思路，把叶绿体中负责光合作用的最小单元类囊体引入
9、动物细胞，因为光合作用的两种主要产物就是 ATP和 NADPH。这个做法看似匪夷所思，但有两大好处。一是光合作用来自植物，不会和动物细胞原有的代谢通路发生冲突，因此也就不会影响动物自身的新陈代谢。二是我们可以通过改变光照强度调控光合作用的效率，这就避免了 ATP 或者 NADPH 产能过剩，后者对于细胞来说同样是有害的。这个做法最大的困难就是如何杜绝免疫排斥反应。浙江大学的科学家用动物的细胞膜制成了一个载体，把纳米级类囊体单元裹在这个载体里面送入小鼠的软骨细胞，从而骗过了小鼠的免疫系统。之后，研究人员用光照来激活类囊体，使之开始生产 ATP 和 NADPH，衰老的小鼠软骨细胞果然返老还童，关节炎的症状也得到了明显的缓解。虽然这项实验的目的只是为了验证一下这个做法是否可行，但结果令人惊喜。该方法有潜力成为治疗各种退行性疾病的灵丹妙药，甚至可以用于延缓衰老。不过，在美好的愿望变为现实之前，我们还是好好保护自己的线粒体吧。可惜的是，目前尚无提高线粒体工作效率的特效药，我们只能通过健康饮食和加强锻炼来提高线粒体的质量。在这一点上，线粒体和电池正相反，我们越是积极地使用线粒体，它的质量就会越好。每月杂谈责任编辑：梁婧 wzb_
