衰老研究中的“线粒体疗法”：可改善老年动物的认知、运动能力
衰老是一个复杂的过程，影响着生物体维持体内稳态和调节机体功能的能力，而越来越多的研究已经掌握了导致衰老的因素和衡量年龄停止或逆转的生物标志物。迄今为止，科学家们已经发现了9种细胞衰老的标志：端粒磨损，基因组不稳定性，线粒体功能障碍，细胞衰老，干细胞衰竭，蛋白稳态丧失，营养感应失调，表观遗传改变和细胞间通讯改变。[1]这些过程的每一个都涉及生物代谢的改变。[2]而在1月16日，一项发表于《国际生物学杂志》的研究中发现，将年幼小鼠的健康线粒体注射到年长小鼠体内，改善了年长小鼠的学习能力、记忆能力、骨骼肌功能以及提升了其免疫系统活性。[3]今天，我们就来探讨下这项线粒体疗法对衰老以及寿命方面的作用。
01衰老引起的线粒体功能障碍
线粒体是生物细胞非常重要的组成部分，有“细胞动力站”之称。但随着年龄的增长，线粒体功能出现障碍，导致其产生的能量越来越少以及抗氧化能力降低，是造成衰老以及与年龄相关疾病（包括老年痴呆症等）的主要原因。[4]
因此，针对线粒体功能障碍的疗法可能是减缓甚至逆转衰老某些方面的有效方法，生物科学界为此展开了一系列的研究。
02衰老新疗法——线粒体疗法
基于对线粒体功能障碍的研究，科学家发现了一个恢复细胞活力的机制，即可以从其他细胞（例如干细胞）中吸收健康的线粒体，来替换受损的线粒体。[5]于是，诞生了一个相对较新的疗法——线粒体疗法，即将健康的功能性线粒体转移到含有缺陷性线粒体的细胞中，以帮助恢复组织和器官功能，并且有望解决许多线粒体功能障碍引发的疾病。
在这之前，就有研究发现线粒体疗法可以通过改善肝细胞的能量供应，有助于保护试验鼠免受高脂饮食和乙酰氨基酚（Tylenol）等药物引起的肝损害。[6]研究人员推测，鉴于线粒体在衰老中的关键作用，线粒体疗法也可能有助于改善与年龄有关的认知和运动能力下降。
为验证这一假设，科研人员从年轻小鼠身上提取了健康线粒体，并将其注射到老龄小鼠中,以评估线粒体移植后细胞中的能量产生或与衰老相关的行为是否有所改善。[3]
然后，他们观察老年小鼠的大脑和骨骼肌中的细胞后发现，这两个组织中的线粒体特别多。同时也发现了，老年小鼠的大脑和肌肉细胞接纳了新的健康的线粒体。
结果显示，治疗后的老年小鼠线粒体产生能量所需的关键酶水平显着增加。此外，由于新的线粒体能够有效处理产生的自由基，因此细胞中的活性氧和氧化应激水平显着降低。另外，该疗法还对老年小鼠的认知和肌肉运动功能、免疫系统活动等起到了改善的作用。
03线粒体治疗后改善了认知功能和肌肉功能
随着年龄的增长，大脑也随之发生了变化。这主要表现为在记忆力、集中注意力以及认知学习能力上出现了问题。为确定线粒体疗法是否可以改善大脑学习、认知功能，研究人员使用了Morris水迷宫测试，以观察评价小鼠的空间学习、记忆相关的脑区功能。
在治疗前，研究人员发现较老的小鼠比年幼的小鼠会花费更长的时间。但是，在接受线粒体疗法后，经线粒体治疗的老年小鼠和年轻小鼠之间存在显着差异，却会比未经治疗的老年小鼠所花费的时间以及游动的距离要短。这表明了，虽然不能将认知能力逆转至年轻小鼠的水平，但线粒体疗法可以改善老年小鼠的学习和记忆功能。
而且在另一方面，肌肉力量下降、肌肉组织丧失（骨骼功能低下）在衰老中很常见，部分原因是线粒体功能障碍导致的[7]。在使用线粒体治疗后发现，老年小鼠的肌肉耐力有了很大的改善，并且游泳的耐力是治疗前的两倍。
04线粒体治疗后增强免疫系统活动功能
生物免疫系统也会随着年龄的增长而趋于下降。巨噬细胞的活性会随年龄增长而降低，这使我们对慢性炎症、感染和癌症变得更加易感。
而当研究人员在观察用健康的线粒体治疗的老年小鼠的巨噬细胞时，他们发现它们在清除异物方面更具活性。测试证实，线粒体疗法后，恢复了部分老年小鼠的巨噬细胞的吞噬能力。这表明，线粒体疗法可刺激巨噬细胞活化，从而增强细胞对外源性颗粒的免疫力。
05结论
其实，线粒体理论的基础是基于DNA损伤随年龄的增长导致了细胞机能和再生能力的丧失。而目前作为首个经严谨科学验证可显著逆转衰老、延长寿命的产品，美国Herbalmax公司推出的首个以β-烟酰胺单核苷酸为主要成分的成熟型衰老抑制产品瑞维拓，也正是基于此理论基础而研发的。
从上面的研究来看，线粒体疗法恢复了衰老组织的功能异常，改善了老年动物的认知和运动能力，为线粒体对衰老的逆转作用提供了理论支持的新证据。尽管目前线粒体疗法仍处于起步阶段，还需要做更多的研究，但它显示出巨大的前景，有望帮助我们克服随年龄增长而引起的线粒体功能障碍。
参考文献
[1]https://www.cell.com/fulltext/S0092-8674(13)00645-4
[2]https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(16)30981-3.pdf
[3]Zhao, Z., Yu, Z., Hou, Y., Zhang, L., Fu, A. (2020). Improvement of cognitive and motor performance with mitotherapy in aged mice. Internation Journal of Biological Sciences, 16(5), 848-858.
[4]Akbari M, Kirkwood TBL, Bohr VA. Mitochondria in the signaling pathways that control longevity and health span. Ageing Res Rev. 2019;54:100940
[5]Yasuda, K. Khandare, A., Burianovskyy, L., Maruyama, S., Zhang, F., Nasjletti, A., Goligorsky, M. S. (2011). Tunneling nanotubes mediate rescue of prematurely senescent endothelial cells by endothelial progenitors: exchange of lysosomal pool. Aging, 3(6): 597-608.
[6]Shi, X., Bai H., Zhao, M., Li, X., Sun, X. Jiang, H., Fu, A. (2018) Treatment of acetaminophen-induced liver injury with exogenous mitochondria in mice. Translational Research, 196: 31-41.
[7] Seo, D. Y., Lee, S. R., Kim, N., Ko, K. S., Rhee, B.D., Han, J. (2016) Age-related changes in skeletal muscle mitochondria: the role of exercise. Integrative Medicine Research, 5(3): 182-186.
