Cell 前沿：线粒体处于健康与疾病的十字路口

Cell 前沿：线粒体处于健康与疾病的十字路口

线粒体是细胞内的能量工厂，负责产生ATP以供细胞使用。然而，线粒体的功能远不止于此。它们在细胞代谢、信号传导、疾病发生和衰老过程中都扮演着重要角色。本文将带你深入了解线粒体的结构、功能及其在健康与疾病中的作用。

线粒体的结构与功能

线粒体源自共同的细菌祖先，预计是α-变形菌起源。尽管线粒体丢失了大部分细菌祖先基因组，但其16.6 kb的线粒体基因组（mtDNA）仍编码13种蛋白质，专门用于通过氧化磷酸化产生化学能分子ATP。线粒体具有两种不同的膜：外膜和内膜，以及两个功能多样的区室：膜间空间和基质。这种区室化对于整体细胞器和细胞功能至关重要。

图1. 线粒体形态：区室化、交互式、动态和移动

线粒体作为代谢中心

线粒体是代谢的核心，容纳或连接到所有中间代谢途径。它们通过氧化磷酸化产生ATP，同时产生多种中央调节代谢物，这些代谢物可以修饰表观基因组以调节核基因表达并作为信号细胞器发挥作用。线粒体代谢可塑性与结构可塑性相关，其形状和分布由线粒体分裂、融合和运动机器协同作用决定。

线粒体的构建与塑造

人类线粒体蛋白质组约占总细胞蛋白质组的7%，其脂质组也是复杂的、膜特异性的和动态的。线粒体蛋白的生物合成是在胞质核糖体上启动的，而线粒体编码的13种结构蛋白则在内膜中进行翻译。线粒体脂质生物发生涉及多种从头合成途径，包括PE和CL的合成。

线粒体的调节机制

线粒体功能的调节涉及转录、翻译和翻译后多个层面。过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活剂1-α蛋白（PGC-1α）是线粒体生物合成网络的关键调节因子。能量传感器AMPK和mTORC1等营养传感器也是关键的细胞生长和代谢调节因子。

线粒体质量控制与修复

线粒体功能障碍会引发分阶段进展的应激反应，包括线粒体自噬等途径。线粒体蛋白酶是线粒体质量控制的一线反应者，而囊泡介导的线粒体周转和线粒体自噬则是主要的降解途径。

线粒体在疾病与衰老中的作用

线粒体疾病以高度组织特异性或多系统方式存在于任何年龄、任何器官系统。线粒体在先天免疫和炎症中也发挥重要作用，其释放的mtDNA和mtRNA可以作为先天免疫系统的有效促炎激动剂。线粒体的衰老机制涉及表观基因组的变化，其代谢可塑性与健康寿命密切相关。

未来展望

随着技术的发展，我们有望更深入地理解线粒体的结构和功能。线粒体作为信号细胞器的多方面作用将为疾病治疗和健康长寿提供新的思路。