用陽光給線粒體“充電”或有助延壽

　　在人體中用太陽光給細胞充電的前景似乎更像是科幻小說，而非科學。不過，一項生命科學新研究從可再生能源領域借鑒了一項技術，表明基因工程線粒體可將光能轉化為細胞可利用的化學能，最終延長秀麗線蟲的壽命，這些發現揭示了衰老過程中的重要機制。相關研究近日發表于《自然—衰老》。

　　“我們知道線粒體功能障礙是衰老的結果。”研究資深作者、美國羅切斯特大學醫學中心藥理學和生理學副教授Andrew Wojtovich說，“這項研究發現，簡單地利用光驅動的線粒體促進新陳代謝，就能讓實驗室蠕蟲活得更久、更健康。這些發現和新的研究工具將使人們能夠進一步研究線粒體，探尋治療與年齡有關疾病的新方法。”

　　線粒體是存在于人體大多數細胞中的細胞器。它們通常被稱為細胞發電廠，利用葡萄糖產生三磷酸腺苷（ATP），為細胞的關鍵功能提供能量，如肌肉收縮和幫助神經細胞相互交流的電脈沖。

　　ATP的產生是一系列反應的結果，這些反應是通過質子在分離線粒體中不同區域的膜上交換而實現的，最終形成一個被稱為膜電位的過程。研究表明，膜電位隨著年齡的增長而下降，可能在一些與年齡相關的疾病中發揮作用，如神經退行性疾病。

　　和果蠅一樣，秀麗隱桿線蟲是科學家用來了解基本生物學原理的模式生物。來自美國和德國的科學家團隊利用光遺傳學技術，通過基因工程改造了秀麗線蟲的線粒體，使其包含一個從真菌中獲得的光激活質子泵。當暴露在光線下時，質子泵會讓帶電離子穿過細胞膜，利用光線的能量給線粒體充電。這一過程被研究人員稱為“打開線粒體”（mtON），它增加了膜電位和ATP的產生，讓蛔蟲的壽命增加了30%~40%。

　　“線粒體類似于工業發電廠，它們燃燒碳源，主要是葡萄糖，為細胞產生有用的能量。”研究第一作者、現為華盛頓大學博士后的Brandon Berry解釋說，“我們所做的基本上是將太陽能電池板連接到現有的發電廠基礎設施上，在這種情況下，太陽能電池板就是光遺傳工具。正常的線粒體機制能夠利用光能提供ATP，除了正常的燃燒途徑。”

　　這項研究很重要，它為研究人員提供了更多關于線粒體在人體中發揮復雜生物學作用的見解，這是科學界現在才開始了解的新領域。這項研究還創造了一種在活細胞環境中操作和研究線粒體的新方法，可以作為研究線粒體和確定干預和支持功能的方法的重要平臺。

　　“我們需要更多地了解線粒體在動物體內的真實表現。就像目前的研究一樣，首先在蠕蟲中，然后在培養的人類細胞和嚙齒動物中。這樣，未來的研究將能充分了解人類疾病和衰老最可能的參與者。”Berry說。