人体细胞内的细菌祖先——线粒体 可能导致了神经和精神疾病
本文摘要:除了红细胞外,几乎所有的细胞都含有线粒体(如图中显微镜所示)。有些细胞仅有少量,而其他细胞,如神经元,可以拥有超过100万个线粒体。 新浪科技讯 北京时间8月10日消息,据国外媒体报道,线粒体是大脑健康的关键因素吗?一些研究人员怀疑线粒体作为人体细

  除了红细胞外,几乎所有的细胞都含有线粒体(如图中显微镜所示)。有些细胞仅有少量,而其他细胞,如神经元,可以拥有超过100万个线粒体。

新浪科技讯 北京时间8月10日消息,据国外媒体报道,线粒体是大脑健康的关键因素吗?一些研究人员怀疑线粒体作为人体细胞内的细菌祖先,可能导致了广泛的神经和精神疾病。

在地球最早期生命浮游在浅水环境之前,生命进化史上最重要的一次遭遇发生了,原始细菌被人类最古老的祖先(一种独立、自由漂浮的细胞)吞噬,两者融合在一起,形成一种互惠互利的关系,持续了10亿多年时间。在这种互惠互利关系下,后者提供了一个安全舒适的家园,前者则变成一个发电站,为维持生命的必要过程提供燃料。

这是迄今为止关于线粒体如何形成的最好假设,现今人体内生活着数万亿个线粒体,它们不断地生成三磷酸腺苷(ATP),作为持续人体细胞的分子能量来源。尽管线粒体不可避免地被整合到人体组织,但它们也携带着远古细菌的残留,例如:它们自己拥有一套DNA。

这些特征使得线粒体既是人体细胞的关键元素,也是健康问题的潜在来源,就像构成人类基因组的细胞核内DNA一样,线粒体DNA也可能发生突变。年龄、压力和其他因素可能会破坏线粒体的许多功能,最重要的是,线粒体损伤会释放一些分子,由于它们与细菌产生的分子相似,会被人体免疫系统误认为外来入侵者,从而引发针对人体自身细胞的有害炎症反应。

有一个器官似乎特别容易遭受线粒体损伤——渴望能量的大脑,细胞对能量需求越高,它们的线粒体就越多,线粒体健康度也就变得更加至关重要,因此潜在地可能更容易出问题。据不完全统计,人体每个神经元可能有多达200万个线粒体。

尽管线粒体对于人体复杂而庞大的身体组织而言显得十分微小,但是越来越多的科学家开始关注线粒体对大脑健康的积极作用,并开展一些实验,研究人类和动物的线粒体,虽然此类研究尚处于初步阶段,研究人员认为线粒体可能是几乎所有类型大脑功能紊乱的关键因素,包括:自闭症等神经发育缺陷疾病、抑郁症和精神分裂症等精神疾病、帕金森症等神经退化性疾病。对于研究大脑疾病的研究人员来讲,线粒体可能是揭晓这些疾病的核心因素:遗传倾向和环境影响如何相互作用,导致人们处于患病风险状态。

“发电站问题”

上世纪60年代,研究人员发现线粒体拥有一套独特的遗传物质,调查显示,线粒体DNA像细菌DNA一样,可以形成一个环状链,仅编码37个基因,这仅是人类基因组中发现的数万个基因中的一小部分。

不久之后,在上世纪70年代,美国耶鲁大学博士生道格拉斯·华莱士对线粒体DNA产生了浓厚兴趣,他推理称,由于线粒体是人体能量的主要制造者,它们发生DNA突变就会导致疾病,当时没有人认为该观点是一种合理解释。

直到1988年,华莱士和同事们首次建立了线粒体DNA和人类疾病(导致人类突然失明的利伯氏遗传性神经病变)之间的关联模型,医学研究人员才开始逐渐接受该观点。

此后,研究人员将数十种疾病与线粒体DNA和线粒体功能相关的核DNA的改变联系起来,有趣的是,这些疾病中大多数要么本质上是神经性,要么是对大脑产生某些影响。有一个简单解释:大脑虽然仅占人体体重的2%,却消耗了人体大约20%的能量,这就像城市停电期电压下降,高能电器会受到不同程度的影响,线粒体功能的轻微下降也会对大脑产生巨大影响。

华莱士对线粒体如何导致自闭症谱系障碍非常感兴趣,几个研究小组的研究表明,线粒体疾病(由线粒体缺陷引起的一系列症状)在自闭症患者中更为普遍,达到5%的概率;相比之下,普通人群患线粒体疾病的概率仅0.01%。同时,他们发现30-50%自闭症儿童患者表现出线粒体功能障碍的迹象,例如:细胞呼吸作用(产生三磷酸腺苷)出现某些副产物水平异常。

对于部分自闭症患者,科学家现已发现该患者群体线粒体DNA或者人类基因组中已知影响线粒体功能存在基因差异,差异率大约是千分之几,下步亟需进行更多的工作来确定此类基因变异是否真的导致或者促成了自闭症,依据近期一项针对老鼠的研究表明,两者之间可能存在联系。今年早些时候,华莱士及其同事在《美国国家科学院院刊》上发表文章称,线粒体DNA的一种特定突变可能导致老鼠的自闭症特征,其中包括群体交流障碍、易受到惊吓和强迫行为等。

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