澳大利亞,新南威爾士州
科學家們發現磷脂酰膽堿的喪失是線粒體衰老的關鍵驅動因素，并證明恢復它可以激活細胞能量網絡。
為什么細胞會衰老，為什么人們會隨著時間逐漸失去能量和活力？科學家們長期以來一直關注線粒體，即細胞內負責產生能量的微小結構。研究人員現在明白，線粒體的功能遠不止于能量細胞。它們還幫助調節交流、適應以及許多生存所需的過程。
線粒體為運動、生長和組織修復提供所需的能量。然而，隨著年齡增長，它們的性能會有所下降。雖然科學家多年來一直知道這一點，但放緩的原因一直不清楚。
幾十年來，研究人員一直認為線粒體DNA的損傷是主要原因。但由萊布尼茨衰老研究所弗里茨·利普曼研究所（FLI）的瑪麗亞·埃爾莫拉耶娃博士領導的國際團隊在《自然通訊》上發表的一項新研究指出，另一個重要因素是線粒體網絡因重要膜脂質流失而導致的紊亂。
脂質稱為磷脂酰膽堿，是生物膜的關鍵組成部分。它幫助膜保持柔韌，從而持續重新組織。這種靈活性對于“線粒體融合”至關重要，即將分散的線粒體連接成網絡的過程。這些連接的網絡使細胞能夠共享能量分子、代謝產物、DNA和信號分子，同時替換受損的組件并防止失衡。
磷脂酰膽堿下降削弱線粒體能量網絡
研究人員發現磷脂酰膽堿的產生會隨著年齡增長而減少，導致線粒體膜變得破碎且功能減弱。當負責產生磷脂酰膽堿的基因在幼蟲中被關閉時，它們的線粒體迅速發展出典型于老年生物體的特征。團隊驚訝于這些變化與自然老化線粒體的高度吻合。
這些效果似乎是可逆的。僅僅兩天內，喂食磷脂酰膽堿或其前體膽堿的線粒體就顯示出結構更年輕的線粒體。研究人員也驚訝于這種分子對線粒體結構、連接性和功能的強烈影響。
雖然變化看似微小，但其后果卻極為顯著（蝴蝶效應）。在正常條件下，線粒體形成適應性強的網絡，響應細胞不斷變化的能量需求。然而，隨著年齡增長，這些網絡變得不穩定。整個系統好比一個細密分支的電網，隨著時間推移會越來越損壞：連接斷開，電流停滯。
雖然能量生產仍在繼續，但效率和可持續性降低，能量也無法靈活分配。隨著時間推移，細胞失去科學家所稱的“代謝可塑性”，即快速適應不斷變化的能量需求的能力。這種靈活性對維持健康的細胞、組織和身體系統至關重要，其下降越來越多地與衰老和糖尿病等疾病相關。
人類數據和模式生物揭示了衰老機制
為了探究其基礎生物學，研究人員結合了多種方法，利用線蟲秀麗隱桿線蟲、人類細胞培養以及大型臨床數據集。他們分析了人類不同衰老階段的蛋白質、脂質、遺傳變異、基因活性和代謝信息。
這一廣泛策略使團隊能夠將模式生物的分子變化與人類觀察到的模式聯系起來。通過結合實驗驗證與全身線蟲研究，他們揭示了分子漸進性轉變與系統衰老之間的直接聯系。
研究結果顯示，線粒體衰退不僅受遺傳損傷影響，還受年齡相關的脂質生成變化影響。這通過凸顯膜脂質動態的重要性，拓展了科學家對線粒體衰老的理解。
團隊還發現，衰老發生在不同的生物學階段，而非一個連續的過程。細胞首先失去應對壓力的能力，同時蛋白質穩態系統也被破壞，而該系統負責維持蛋白質的穩定。隨后發生代謝變化，表觀遺傳改變則在后期出現。
更年期、新陳代謝與逆轉線粒體衰老
研究還發現了脂質代謝在性別特異性上的差異。人類代謝組數據顯示，女性在更年期期間磷脂酰膽堿水平下降最為明顯。
研究最重要的發現之一是，一些與衰老相關的損傷可能是可逆的。通過飲食增加磷脂酰膽堿水平，穩定了老年秀麗隱桿線蟲的線粒體網絡，并改善了細胞能量產生。結果表明，有針對性的代謝干預有助于延長健康衰老。
團隊的研究表明，線粒體衰老和更廣泛的系統性衰老至少部分是可改變的。如果了解背后的過程，或許能夠采取有針對性的反制措施。還需要更多研究來確定這些發現是否能為人類提供治療方法。科學家們尤其關注營養補充劑是否能幫助支持老年細胞功能。
研究人員得出結論，即使從中年或晚年開始，補充磷脂酰膽堿也可能作為抗衰老干預有效。總體而言，該研究將衰老研究的重點從不可逆的衰退轉向可能被改變以支持更健康衰老的生物過程。
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