為什么我們通常會在白天精力充沛，在夜晚容易困倦？是線粒體！

為什么當我們在壓力中掙扎時，大腦會編碼出負面情緒？是線粒體！

事實上，我們心臟的每一次跳動，都有賴線粒體提供動力。線粒體，是細胞的“發(fā)電站”和“能量工廠”，在延緩細胞衰老的過程中，扮演著核心角色。

線粒體剖面圖

線粒體衰老

線粒體是細胞中的雙層膜細胞器，它很早就能在電子顯微鏡下被觀察到，但其起源一直存在爭議。最先意識到線粒體重要性的是德國科學家理查德·阿爾特曼，他在1886年將其命名為原生粒，認為它是細胞中唯一的有生命的組成成分。但在很長時間里，這一看法飽受爭議。直到20世紀，科學家發(fā)現(xiàn)細胞呼吸的相關酶的確存在于線粒體中。

具體來說，細胞呼吸的核心目的，就是通過分解有機分子（如葡萄糖）釋放能量并生成三磷酸腺苷（ATP），從而為細胞的生理活動提供能量。其中，有兩個重要步驟——檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化都需要在線粒體中進行。

而線粒體會根據(jù)人體活動水平來調(diào)節(jié)能量生產(chǎn)。白天，人體需要更多的能量來支持活動，線粒體的功能會增強，產(chǎn)生更多的ATP以供細胞使用。晚上，當身體進入休息狀態(tài)時，線粒體的能量生產(chǎn)需求下降，活動也會相應減少。人體就是如此在晝夜節(jié)律中健康運行下去的。

也正是由于線粒體能確保細胞在各種生理條件下都可以獲得足夠的能量，才被稱為細胞“能量工廠”。

最早將“衰老”與線粒體聯(lián)系在一起的，是美國科學家德納姆·哈曼。他認為，衰老是由于線粒體活性氧自由基（ROS）對大分子的損傷所致。此后，越來越多研究者在這方面取得了重要進展。

2020年4月，哥倫比亞大學研究團隊在《自然·通訊》發(fā)表文章，稱晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)器控制生物體的新陳代謝，包括線粒體的解偶聯(lián)。他們通過實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律的腸線粒體解偶聯(lián)能控制果蠅的壽命，并暗示線粒體解偶聯(lián)作為一種潛在的治療手段，能夠控制干細胞過度增殖/分化和延緩衰老。

2025年3月，美國加州大學研究團隊也提出，隨著線粒體功能下降，干細胞的再生能力也會減弱，身體的自我修復能力降低。線粒體功能的衰退不僅是心血管疾病的潛在推手，更是全身性衰老的“加速器”。

人們幾乎形成了一種共識：細胞內(nèi)線粒體的數(shù)量和質(zhì)量，會隨著年齡的增長而不斷下降。老年個體的肌肉細胞中，線粒體數(shù)量可能只有年輕個體的一半左右。這時，一些高能量需求的細胞，會因此功能受損，從而導致多種疾病的發(fā)生，如線粒體肌病、心力衰竭、神經(jīng)退行性疾病等。此時，衰老避無可避。

線粒體時鐘

人類大腦皮層神經(jīng)元，從嬰兒時期開始發(fā)育，要經(jīng)過數(shù)年才能發(fā)育成熟。但同樣的過程，在小鼠體內(nèi)，可能只需要幾周。原因就是，人類新生神經(jīng)元的線粒體數(shù)量少，代謝活性也明顯低于小鼠。這就是一種線粒體發(fā)育的“物種時鐘”。

但線粒體中的時鐘屬性不只存在于物種之間。2025年5月27日，《自然·衰老》上的一項研究就揭示了線粒體突變隨年齡增長而積累的“雙相”時鐘規(guī)律。

中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所研究團隊，對來自國際公開數(shù)據(jù)庫中超萬例的線粒體轉(zhuǎn)錄組低頻變異數(shù)據(jù)進行深度提取，數(shù)據(jù)來自838名健康個體的47種不同器官組織，年齡涵蓋了20～70歲的群體。當他們對這些線粒體RNA進行分析后，發(fā)現(xiàn)在不同器官中，線粒體突變累積有著不同的計時模式。其中，在皮膚、消化道等需要不斷更新細胞的組織中，線粒體基因組往往會加速積累廣譜且有害的突變；而在心臟、大腦等細胞不再分裂更新的組織中，線粒體突變主要集中在特定的熱點區(qū)域。據(jù)此，他們系統(tǒng)性繪制了人體組織特異性的線粒體突變圖譜，可以顯示人類衰老過程中組織特異性弱點，有助于評估多器官衰老狀態(tài)，有望為開發(fā)針對特定組織的早期診斷和干預策略提供基礎。

可以說，“線粒體時鐘”是一種新型的衰老研究工具。隨著科學抗衰不斷取得新的突破，人們會更加精準地掌握人體內(nèi)這個“計時器”的規(guī)律，從而更好地實現(xiàn)延緩衰老、延長壽命的目的。