跨身体细胞彼此谈论衰老

生物学家发现在不同组织中的线粒体对彼此交谈来修复受损的细胞。当它们的信号失效时生物钟开始降慢下来。

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由线粒体释放的化学信号不知怎的被沟通到其他组织中的线粒体，有生物体多快衰老的后果。Kristina Armitage/Quanta Magazine

ByViviane Callier

Contributing Writer

January 8, 2024

衰老似乎能像一个不受监管的过程一样：随着时间向前走，我们的细胞和身体不可避免的积累导致功能障碍、失败并最终死亡的叮当和凹痕。然而在1993年，一项发现颠覆了事件的解释。研究人员发现了在单个基因中的一个突变倍增了一只蠕虫的寿命，随后的工作表明了所有参与胰岛素反应的相关基因都是一群从蠕虫和苍蝇到人类的动物中衰老的关键调节器。这一发现提示衰老不是一个随机的过程------真的特定的基因调节着它------并为进一步探究衰老如何在分子水平上进行打开了大门。

最近，一组论文记录了一种调节衰老的新的生化途径，一种基于线粒体之间传递的信号的，线粒体是最著名的为细胞的动力源的器官器。对蠕虫工作的研究人员发现了在大脑细胞中线粒体的破坏引发了一个修复反应，然后被放大，在整个蠕虫体内的线粒体中引发一个类似的反应。这种修复活性的效果是来延长生物体的寿命：修复线粒体损伤的蠕虫寿命延长了50%。

更重要的是在生殖系中的细胞------产生卵子和精子的细胞------对这种抗衰老沟通系统是中心。它的发现为当人们谈论衰老和他们的“生物钟”时隐含的生育关注添加新的维度。发现的一些被发表在《科学进展》杂志上，其他发现秋季发布在科学预印本服务器biorxiv.org上。

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这项研究建立在最近的一项提出线粒体是能对彼此交谈的社会器官器甚至当它们位于不同的组织中时的工作基础上。从本质上讲，线粒体的功能像细胞对讲机一样，在整个身体中发送影响整个生物体生存和寿命的信息。

在科隆大学研究衰老的戴维威尔切兹说，“这里重要的是除了基因程序之外，还有一个非常重要的因素来调节衰老，那就是组织之间的交流” ，他没有参与这项新研究。

细胞生物学家安德鲁·迪林（Andrew Dillin）在大约十年前发现了这种新颖的调节寿命途径的最初迹象。他正在秀丽线虫（Caenorhabditis elegans） 中狩猎延长生命的基因当时他发现了基因上损伤线粒体延长了蠕虫的寿命50%。

这是出乎意料的。狄林已经假设了有缺陷的线粒体会加速死亡而不是延长寿命------毕竟线粒体是细胞功能的中心。然而出于某种原因，粘起线粒体的平滑功能迫使了蠕虫来活得更长。

更有趣的是在蠕虫的神经系统中被破坏的线粒体似乎正在推动这种效应。迪林说，“它真的说一些线粒体比其他线粒体更重要” ，他现在是加州大学伯克利分校的教授。“神经元在生物体的剩下部分上专治这个，这真的令人惊讶”。

在过去的十年中，细胞生物学家安德鲁·迪林（Andrew Dillin）已经发现了一种调节衰老的新颖途径的生化细节，其中跨身体细胞中的线粒体沟通关于细胞健康。Courtesy of Andrew Dillin

现在，迪林和他的团队通过发现大脑中的线粒体如何与跨蠕虫的身体的细胞交流来延长寿命的新细节已经扩大了这一发现。

首先，他必须了解为什么对大脑的线粒体的破坏可能对生物体有一个有益的影响。线粒体产生能量的过程需要超复杂的有数十个不同的蛋白质部分的分子机制。当事情出错时例如当某些成分正在缺失或错误折叠时，线粒体激活一个被称为未折叠蛋白质反应的应激反应，它提供修复酶来帮助复合物恰当的组装并恢复线粒体功能。以这种方式，未折叠的蛋白质反应保持细胞健康。

    迪林预计这个过程只会在线粒体受损的神经元内部展开。然而，他观察到蠕虫身体其他组织中的细胞也开启了修复反应，即便它们的线粒体是完好无损的。

    就像有规律的开车去看一个机械师一样，未折叠的蛋白质反应似乎保持细胞良好运行态。

正是这种修复活动帮助了蠕虫活得更长。就像定期开车去看一个机械师一样，未折叠的蛋白质反应似乎保持细胞良好的运行并起抗衰老细节的功能。仍然神秘的是这种展开的蛋白质反应是如何被沟通到生物体的其他部分。

经过某些调查后，迪林的团队发现应激神经元中的线粒体正在用囊泡------在细胞周围或细胞之间移动物质的气泡一样容器------携带一种叫Wnt的信号超越神经细胞到体内的其他细胞。生物学家已经知道在早期胚胎发育过程中Wnt在建立起身体模式中起一个重要角色，在此期间它还会触发修复过程如未折叠的蛋白质反应。尽管如此，当Wnt信号在成人中打开时如何避免激活胚胎程序呢？

迪林怀疑Wnt必须与另一个信号交互作用。经过进一步工作后，研究人员发现了在生殖系的线粒体中表达的一个基因------而不是在其他线粒体中------能中断Wnt的发育过程。这一结果向他提示生殖细胞在神经系统和身体其他部位的组织之间中继Wnt信号中起一个关键角色。

迪林说，“生殖系对这个是绝对的必不可少的”。然而，尚不清楚是否生殖系线粒体起放大器的作用，接收来自大脑线粒体的信号并将其传输到其他组织，或者接收组织是否正在“监听”来自两个来源的信号。

迪林说，无论哪种方式生殖系信号的强度调节生物体的寿命。随蠕虫衰老，它的卵子或精子的质量下降------我们指为一个生物钟的滴答的。他提出这种下降也被反映在生殖细胞的从大脑的线粒体传递信号的变化能力上。随蠕虫变得更老，它的生殖系更少有效的传递修复信号，因此它的身体也衰退。

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科学家们还不知道是否这些发现适用到人类和我们如何变老。迪林说，尽管如此从一个更广泛的进化立场点这个假设是有意义的。只要生殖细胞是健康的，它们发出促生存的信号来确保它们的宿主生物体存活来繁殖。但随生殖细胞质量的下降，没有进化上的理由来保持进一步延长寿命，从进化论的角度，生命存在来繁殖它自我。

线粒体能在它们自己中相互交谈的事实可能似乎有些警告的，但有一个解释。很久以前，线粒体是自由生活的与另一种类型的原始细胞结合了力来一起工作在变成了我们现代复杂的细胞中的细菌。因此，它们的来沟通的能力可能是来自线粒体的自由生活的细菌祖先的一个遗物。

迪林说，“这个在细胞内已经一直滴答了数十亿年的小东西仍然保留它的细菌起源”。如果他的在蠕虫中的研究在像人类这样更复杂的生物体中把持住的话，你的线粒体就在现在正在谈论你的年龄是可能的。

https://www.quantamagazine.org/cells-across-the-body-talk-to-each-other-about-aging-20240108/