走进神秘多彩的蛙类世界,世纪公园“蛙蛙奇妙夜”开启招募,暑假共18场
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走进神秘多彩的蛙类世界,世纪公园“蛙蛙奇妙夜”开启招募,暑假共18场你知道吗?就在此刻,你的皮肤(pífū)和心脏(xīnzàng)正以不同的节奏悄悄变老。想象一下,这两种不同的衰老节奏就像你身体里同时运行的两种“衰老时钟”——一种时钟的秒针随着每一次细胞的快速分裂(fēnliè)而滴答作响,记录着生长的痕迹,“皮肤时钟”便属于(shǔyú)这一种;另一种时钟的时针则缓慢移动,铭刻着长年累月辛勤工作(xīnqíngōngzuò)带来的磨损(mósǔn),例如“心脏时钟”。
实际上,这种“不同步衰老”现象遍布我们(wǒmen)身体的各个(gègè)部分——有些器官似乎总比其他器官更早显现老态。这究竟是为什么呢?
近日(jìnrì),中国科学院上海营养与健康研究所(yánjiūsuǒ)李昕团队揭开了这个谜团,相关研究成果发表在《自然·衰老(shuāilǎo)》期刊(qīkān)。研究发现,我们身体的“能量工厂”——线粒体内部编码了一套“双相分子时钟”,这意味着我们体内的细胞(xìbāo)会通过两种截然不同的模式记录时间的流逝,同时也解释了我们身体的不同器官为何会“异步衰老”。
线粒体时钟揭示器官异步衰老的奥秘 图片来源(láiyuán):作者
科学侦探:追踪(zhuīzōng)线粒体的“衰老密码”
为了揭示这两个截然不同的衰老时钟,研究员展开了一项富有挑战的科学探索,如同侦探(zhēntàn)一般在细胞深处搜寻线粒体(xiànlìtǐ)的衰老密码。
“案发现场”——线粒体基因组:线粒体非常独特,它们被(bèi)认为是远古细菌(xìjūn)与宿主细胞共生演化的产物,自身拥有小小的环状 DNA,独立于细胞核 DNA 大家庭(dàjiātíng)之外。这赋予(fùyǔ)了其独有的特性,例如,线粒体 DNA 缺乏结构上与其紧密结合的蛋白质的保护,DNA 损伤修复的效率(xiàolǜ)较低,导致它的突变率高达细胞核 DNA 的 100 到 1000 倍。这种高突变率使得线粒体 DNA 就像精密的光盘,记录着(zhe)生命(shēngmìng)历程中微小损伤的累积。
“破案工具”——罕见(hǎnjiàn)变异识别技术:这一技术就像“基因组放大镜”,可以精准定位发生突变的(de)线粒体 DNA 区域。研究员选取了 838 名 20—70 岁的健康个体作为研究对(duì)象,通过对其 47 种不同(bùtóng)组织(涵盖皮肤、心脏、大脑(dànǎo)等)的高通量(gāotōngliàng)测序(一种检测DNA及其产物序列的技术)数据进行分析,实现了对线粒体 DNA 低频突变的深度挖掘。最终,我们捕捉到仅存于(yú)小部分细胞的线粒体 DNA 的微小变化(这种现象称为线粒体 DNA 的异质性(yìzhìxìng)),并绘制出迄今最全面、系统的人体组织特异性线粒体突变“衰老(shuāilǎo)图谱”。
科学发现:人体内(tǐnèi)的两套“衰老时钟”
衰老并非一个(yígè)简单且统一的整体衰退过程,而是一个复杂的双轨演化进程。线粒体“双相分子时钟”的提出,为我们理解这种复杂性以及不同器官(qìguān)为何会呈现独特的衰老轨迹提供了全新视角(shìjiǎo)。
实际上,人体器官衰老方式的(de)差异,反映了其细胞内线粒体通过两种截然不同的途径积累突变(tūbiàn),而不同途径的选择又在很大(hěndà)程度上取决于这些组织自身(zìshēn)的功能特性。让我们以“双相分子时钟”为透镜,再来重新认识不同类型器官的衰老过程:
“快闪族”器官(如皮肤、消化道、肝脏等增殖性组织):这些(zhèxiē)(zhèxiē)器官的(de)细胞会持续更新换代。研究表明,在每(měi)一代细胞分裂过程中,线粒体 DNA 随机产生的复制错误会被传递下去(xiàqù),并在组织内不断积累。这就像一个电脑程序,每次更新(细胞分裂)时都会引入一些小 bug(突变(tūbiàn)),日积月累,这些 bug 不断增加,就可能导致功能故障,甚至“系统崩溃”(即组织功能障碍(gōngnéngzhàngài)或肿瘤发生)。这些随机产生且通常具有(jùyǒu)破坏性的突变持续累积,如同为这类器官的衰老进程装上了精密的“计时器”。
“长跑(chángpǎo)选手”器官(如心脏、大脑、肌肉等终末分化组织):这些辛勤运作(yùnzuò)的器官在发育成熟后基本不依赖细胞分裂来进行自我维护。它们衰老的特征表现为突变(tūbiàn)主要集中在线粒体 DNA 的特定“热点”区域(qūyù),尤其是线粒体 DNA 复制调控(tiáokòng)区域。这显然不同于(bùtóngyú)整个(zhěnggè)电脑程序(chéngxù)更新(细胞分裂)产生的 bug,更类似于 CPU 等高能耗区域(线粒体 DNA 复制调控区域)由于长期运行压力(线粒体更新换代及 DNA 复制)而产生的特定“电路板烧蚀”(热点突变)。这种“确定性损伤热点”模式,记录着这类器官高代谢(dàixiè)活动积累的“磨损”。
线粒体 DNA 突变随衰老积累的两种模式 图片来源:作者(zuòzhě)
此外,另一项有趣的(de)发现是,氧自由基(ROS)常常被认为通过氧化损伤来驱动衰老,虽然 ROS 相关的损伤确实(quèshí)存在,尤其是在高能耗组织的特定损伤位点,但它并不会像其他类型的突变那样随着年龄的增长而在线粒体(xiànlìtǐ)中累积。这(zhè)可能表明,我们(wǒmen)的细胞拥有(yōngyǒu)高效的机制来修复或清除这类损伤,或者与复制错误和热点突变相比,它造成的突变负荷并不突出。
线粒体(xiànlìtǐ)时钟的这种“双相性”就像一枚硬币的两面:增殖组织的“时间之熵”与代谢组织的“空间之损”。这种“双相”特性巧妙地统一了衰老(shuāilǎo)研究中两个(liǎnggè)曾被分别讨论的概念:“复制衰老”(与细胞分裂极限(jíxiàn)相关)和(hé)“代谢衰老”(与能量产生和损伤相关),共同构成了衰老的全景图谱。
未来已来(yǐlái):定制你的抗衰老方案
正如(zhèngrú)李昕研究员所说:“线粒体(xiànlìtǐ)时钟”为我们提供了一个新的衰老研究工具(gōngjù),相当于为每个器官配备了专属时序相位的“衰老 GPS”。展望未来,我们或许(huòxǔ)能通过对特定标志物的精密分析,来评估各个器官的生物学年龄和衰老轨迹(guǐjì),有望在症状出现之前就预测出患上衰老相关疾病的风险。
同时,理解不同器官的不同衰老方式,也(yě)为制定靶向性策略打开了思路。对于“快闪族”器官(如皮肤和(hé)肠道),未来的干预措施(cuòshī)可能聚焦于提高 DNA 复制的保真度,或增强针对这些广泛突变的修复机制;对于“长跑选手”器官(如心脏和大脑),干预策略则(zé)可能包括保护这些特定(tèdìng)的脆弱(cuìruò)位点,或更好地管理细胞能量需求以减少磨损。
这项研究揭示(jiēshì)了“线粒体双相时钟”机制——就像为(wèi)人体装上了精密的(de)(de)“衰老 GPS”,为我们理解和应对器官(qìguān)差异性衰老提供了一个强有力的全新(xīn)框架。它不仅为我们提供了一个巧妙的视角,得以窥见器官衰老的复杂过程,更重要的是为未来医学开辟了新路径。通过解读这些来自细胞内部的“衰老密码”,我们有望开发出更早期的疾病预警方法,以及针对特定器官的精准干预策略。
这些“线粒体时钟”的滴答声,是(shì)身体向我们传递的重要信息,而科学家们正在(zhèngzài)(zài)学习如何破译它的含义,以期最终实现健康老龄化的美好愿景。这项(zhèxiàng)研究(yánjiū)的终极目标并非追求长生不老,而是要实现“老而不衰”,让人类在延年益寿的同时,拥有更健康的身体、更高的生活质量。
作者丨(gǔn)王振国 中国科学院上海营养与健康研究所

你知道吗?就在此刻,你的皮肤(pífū)和心脏(xīnzàng)正以不同的节奏悄悄变老。想象一下,这两种不同的衰老节奏就像你身体里同时运行的两种“衰老时钟”——一种时钟的秒针随着每一次细胞的快速分裂(fēnliè)而滴答作响,记录着生长的痕迹,“皮肤时钟”便属于(shǔyú)这一种;另一种时钟的时针则缓慢移动,铭刻着长年累月辛勤工作(xīnqíngōngzuò)带来的磨损(mósǔn),例如“心脏时钟”。
实际上,这种“不同步衰老”现象遍布我们(wǒmen)身体的各个(gègè)部分——有些器官似乎总比其他器官更早显现老态。这究竟是为什么呢?
近日(jìnrì),中国科学院上海营养与健康研究所(yánjiūsuǒ)李昕团队揭开了这个谜团,相关研究成果发表在《自然·衰老(shuāilǎo)》期刊(qīkān)。研究发现,我们身体的“能量工厂”——线粒体内部编码了一套“双相分子时钟”,这意味着我们体内的细胞(xìbāo)会通过两种截然不同的模式记录时间的流逝,同时也解释了我们身体的不同器官为何会“异步衰老”。

线粒体时钟揭示器官异步衰老的奥秘 图片来源(láiyuán):作者
科学侦探:追踪(zhuīzōng)线粒体的“衰老密码”
为了揭示这两个截然不同的衰老时钟,研究员展开了一项富有挑战的科学探索,如同侦探(zhēntàn)一般在细胞深处搜寻线粒体(xiànlìtǐ)的衰老密码。
“案发现场”——线粒体基因组:线粒体非常独特,它们被(bèi)认为是远古细菌(xìjūn)与宿主细胞共生演化的产物,自身拥有小小的环状 DNA,独立于细胞核 DNA 大家庭(dàjiātíng)之外。这赋予(fùyǔ)了其独有的特性,例如,线粒体 DNA 缺乏结构上与其紧密结合的蛋白质的保护,DNA 损伤修复的效率(xiàolǜ)较低,导致它的突变率高达细胞核 DNA 的 100 到 1000 倍。这种高突变率使得线粒体 DNA 就像精密的光盘,记录着(zhe)生命(shēngmìng)历程中微小损伤的累积。
“破案工具”——罕见(hǎnjiàn)变异识别技术:这一技术就像“基因组放大镜”,可以精准定位发生突变的(de)线粒体 DNA 区域。研究员选取了 838 名 20—70 岁的健康个体作为研究对(duì)象,通过对其 47 种不同(bùtóng)组织(涵盖皮肤、心脏、大脑(dànǎo)等)的高通量(gāotōngliàng)测序(一种检测DNA及其产物序列的技术)数据进行分析,实现了对线粒体 DNA 低频突变的深度挖掘。最终,我们捕捉到仅存于(yú)小部分细胞的线粒体 DNA 的微小变化(这种现象称为线粒体 DNA 的异质性(yìzhìxìng)),并绘制出迄今最全面、系统的人体组织特异性线粒体突变“衰老(shuāilǎo)图谱”。
科学发现:人体内(tǐnèi)的两套“衰老时钟”
衰老并非一个(yígè)简单且统一的整体衰退过程,而是一个复杂的双轨演化进程。线粒体“双相分子时钟”的提出,为我们理解这种复杂性以及不同器官(qìguān)为何会呈现独特的衰老轨迹提供了全新视角(shìjiǎo)。
实际上,人体器官衰老方式的(de)差异,反映了其细胞内线粒体通过两种截然不同的途径积累突变(tūbiàn),而不同途径的选择又在很大(hěndà)程度上取决于这些组织自身(zìshēn)的功能特性。让我们以“双相分子时钟”为透镜,再来重新认识不同类型器官的衰老过程:
“快闪族”器官(如皮肤、消化道、肝脏等增殖性组织):这些(zhèxiē)(zhèxiē)器官的(de)细胞会持续更新换代。研究表明,在每(měi)一代细胞分裂过程中,线粒体 DNA 随机产生的复制错误会被传递下去(xiàqù),并在组织内不断积累。这就像一个电脑程序,每次更新(细胞分裂)时都会引入一些小 bug(突变(tūbiàn)),日积月累,这些 bug 不断增加,就可能导致功能故障,甚至“系统崩溃”(即组织功能障碍(gōngnéngzhàngài)或肿瘤发生)。这些随机产生且通常具有(jùyǒu)破坏性的突变持续累积,如同为这类器官的衰老进程装上了精密的“计时器”。
“长跑(chángpǎo)选手”器官(如心脏、大脑、肌肉等终末分化组织):这些辛勤运作(yùnzuò)的器官在发育成熟后基本不依赖细胞分裂来进行自我维护。它们衰老的特征表现为突变(tūbiàn)主要集中在线粒体 DNA 的特定“热点”区域(qūyù),尤其是线粒体 DNA 复制调控(tiáokòng)区域。这显然不同于(bùtóngyú)整个(zhěnggè)电脑程序(chéngxù)更新(细胞分裂)产生的 bug,更类似于 CPU 等高能耗区域(线粒体 DNA 复制调控区域)由于长期运行压力(线粒体更新换代及 DNA 复制)而产生的特定“电路板烧蚀”(热点突变)。这种“确定性损伤热点”模式,记录着这类器官高代谢(dàixiè)活动积累的“磨损”。

线粒体 DNA 突变随衰老积累的两种模式 图片来源:作者(zuòzhě)
此外,另一项有趣的(de)发现是,氧自由基(ROS)常常被认为通过氧化损伤来驱动衰老,虽然 ROS 相关的损伤确实(quèshí)存在,尤其是在高能耗组织的特定损伤位点,但它并不会像其他类型的突变那样随着年龄的增长而在线粒体(xiànlìtǐ)中累积。这(zhè)可能表明,我们(wǒmen)的细胞拥有(yōngyǒu)高效的机制来修复或清除这类损伤,或者与复制错误和热点突变相比,它造成的突变负荷并不突出。
线粒体(xiànlìtǐ)时钟的这种“双相性”就像一枚硬币的两面:增殖组织的“时间之熵”与代谢组织的“空间之损”。这种“双相”特性巧妙地统一了衰老(shuāilǎo)研究中两个(liǎnggè)曾被分别讨论的概念:“复制衰老”(与细胞分裂极限(jíxiàn)相关)和(hé)“代谢衰老”(与能量产生和损伤相关),共同构成了衰老的全景图谱。
未来已来(yǐlái):定制你的抗衰老方案
正如(zhèngrú)李昕研究员所说:“线粒体(xiànlìtǐ)时钟”为我们提供了一个新的衰老研究工具(gōngjù),相当于为每个器官配备了专属时序相位的“衰老 GPS”。展望未来,我们或许(huòxǔ)能通过对特定标志物的精密分析,来评估各个器官的生物学年龄和衰老轨迹(guǐjì),有望在症状出现之前就预测出患上衰老相关疾病的风险。
同时,理解不同器官的不同衰老方式,也(yě)为制定靶向性策略打开了思路。对于“快闪族”器官(如皮肤和(hé)肠道),未来的干预措施(cuòshī)可能聚焦于提高 DNA 复制的保真度,或增强针对这些广泛突变的修复机制;对于“长跑选手”器官(如心脏和大脑),干预策略则(zé)可能包括保护这些特定(tèdìng)的脆弱(cuìruò)位点,或更好地管理细胞能量需求以减少磨损。
这项研究揭示(jiēshì)了“线粒体双相时钟”机制——就像为(wèi)人体装上了精密的(de)(de)“衰老 GPS”,为我们理解和应对器官(qìguān)差异性衰老提供了一个强有力的全新(xīn)框架。它不仅为我们提供了一个巧妙的视角,得以窥见器官衰老的复杂过程,更重要的是为未来医学开辟了新路径。通过解读这些来自细胞内部的“衰老密码”,我们有望开发出更早期的疾病预警方法,以及针对特定器官的精准干预策略。
这些“线粒体时钟”的滴答声,是(shì)身体向我们传递的重要信息,而科学家们正在(zhèngzài)(zài)学习如何破译它的含义,以期最终实现健康老龄化的美好愿景。这项(zhèxiàng)研究(yánjiū)的终极目标并非追求长生不老,而是要实现“老而不衰”,让人类在延年益寿的同时,拥有更健康的身体、更高的生活质量。
作者丨(gǔn)王振国 中国科学院上海营养与健康研究所

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