“線粒體雙相時鐘”模型為器官配備專屬“衰老GPS”

中國科學院上海營養與健康研究所研究員李昕研究組，通過解析人體多器官線粒體突變的“衰老圖譜”，提出“線粒體雙相時鐘”模型，揭示了線粒體通過兩種截然不同的模式編碼器官衰老，進而同時編碼了隨機性和確定性衰老程序，統一了復制衰老與代謝衰老的觀點分歧，為理解多器官異步衰老提供了新的時序觀。5月27日，相關研究發表于《自然-衰老》。

以往研究認為，細胞的“能量工廠”線粒體是遠古細菌與真核細胞共生演化的產物，擁有獨立的基因組。在生命過程中，線粒體基因組不斷積累突變，且突變率遠高于細胞核DNA，這些突變可能與衰老和疾病密切相關。

研究團隊利用罕見變異識別技術，對來自國際公開數據庫中超萬例的線粒體轉錄組低頻變異數據進行深度提取，首次系統性繪制了人體組織特異性的線粒體突變圖譜，揭示了線粒體突變隨年齡增長而積累的“雙相”時鐘規律。

系列實驗表明，在不同器官中，線粒體突變累積有著不同的計時模式。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。進一步地，在細胞分裂驅動下，脫氨基錯誤通過克隆擴增形成“隨機突變擴散”，在器官衰老過程中扮演發生功能障礙和腫瘤風險的“計時器”角色。

不同的是，在心臟、大腦等細胞不再分裂更新的組織中，線粒體基因組突變主要集中在特定的“熱點”區域，形成“確定性損傷熱點”，且突變密度與器官能量需求相關，代表這些器官因長期負擔造成功能衰退的“磨損”記錄。

李昕表示，“線粒體時鐘”的“雙相”性，就像硬幣的兩面——增殖組織的“時間之熵”與代謝組織的“空間之損”，共同構成衰老的全景圖譜。“線粒體時鐘”提供了一個新的衰老研究工具，相當于為每個器官配備了專屬時序相位的“衰老GPS”，同時評估多器官衰老狀態，也為開發針對特定組織的早期診斷和干預策略提供了基礎。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s43587-025-00890-6