【关键词】 线粒体； dna； 衰老
线粒体是细胞呼吸和物质氧化的中心，是机体产生atp的重要场 所，动物体内85%的atp产生于此。线粒体是一种半自主细胞器，含有自身的dna(mtdna)， 研究 表明mtdna突变在组织细胞衰老过程中起着重要作用。
1 mtdna的分子生物学特性
在遗传上，线粒体受核dna和mtdna双重控制，mtdna遗传信息量虽小，却控制着线粒体一 些最基本的性质。人类mtdna是环状双链分子，具有自我复制和转录功能，由16 569 bp组成 ，含37个基因，其中13个编码氧化磷酸化相关蛋白质，2个为rrna基因，其余为trna基因。mtdna具有特殊的遗传特征［1］。①母系遗传：mtdna存在于胞质，遗传方式为细胞 质遗传。因此发生在生殖细胞中的突变能引起母系家族疾病，而体细胞组织中的突变则引起 的疾病具有散发性。②高突变率：mtdna呈裸露状态，缺乏组蛋白保护且损伤修复机制不完 善，又直接暴露于高活性氧环境中，因此突变率比核dna高10～20倍。③异质性：细胞内往 往同时存在正常mtdna和突变mtdna，异质细胞分裂时，突变mtdna比例发生漂变，若突变mtd na得到 发展 ，就会改变细胞表型。WWw.11665.coM④阈值效应：突变mtdna需要达到一定水平才引起器官或 组织功能异常。⑤高利用率：mtdna各基因之间排列紧密，除mtdna非编码区d环的一段区域 外，其他序列无内含子，且部分区域还出现重叠，因此任何mtdna的突变都会 影响 其功能。 ⑥协同作用：mtdna基因表达受核dna和mtdna的双重控制，二者协同参与机体代谢调节。
2 mtdna突变与衰老
近年来，mtdna突变与人类遗传病、肿瘤及衰老的关系日益引起人们的关注。mtdna突变有 3种：①缺失突变：主要发生在d环区，往往造成线粒体功能下降。如mtdna 7.4 kb的缺失可 造成氧化磷酸化障碍、atp生成减少，这类缺失多见于与衰老相关的退行性疾病。②点突变 ：主要发生在编码蛋白质和trna区。如trnaleu基因3 243位点的a突变成g可阻碍mtdna编码 的蛋白合成，并导致rrna转录提前终止。③串联重复：是指碱基序列的重复。其意义 目前 仍 不十分清楚，可能是重复突变后，表达了种类过多的蛋白质，造成了线粒体呼吸链组装障碍 而导致疾病发生。mtdna的三种突变都可引起衰老，其中mtdna点突变和缺失突变发生频率最 高，研究也最多。
人类衰老过程的一个重要特征，是伴随年龄增长出现的各种组织线粒体功能降低。呼吸链 功能衰竭可能在衰老过程中起作用，伴随衰老，一些组织的状态与呼吸速率明显降低，组化 检查也发现缺乏细胞色素氧化酶活性的肌肉纤维在老年人大量增多。fayet等［2］选 取69～82岁没有肌肉疾病的个体研究mtdna肌纤维中突变。在8组细胞色素c氧化酶缺乏的肌 纤维中检测到5个trna突变，而在正常组织中没有发现点突变。在7个细胞色素c氧化酶缺乏 的个体和一个正常个体中检测到4个不同的大面积缺失。研究表明，尽管肌肉mtdna突变总体 水平较低，但突变的集中积累引起了线粒体功能的严重损失。
大多数伴有mtdna缺失的疾病往往在成年期开始表现出来，症状随年龄增长而加重，缺失 的mtdna随年龄的增加而渐进性增殖，提示随年龄增长可能伴有特异的mtdna缺失。这种突变 累积的结果，使线粒体氧化磷酸化的能力逐渐降低，细胞产生atp的量越来越少，表现出来 的症状越来越明显。老年人各组织的mtdna存有12处以上的大段缺失，其中以4 977 bp和7 4 36 bp的缺失最多和最常见。这种随年龄增长而明显增加的缺失只聚积在老化的丝状分裂后 细胞内，在40～80岁年龄段随年龄增长呈指数增加。roberto等［3］在年老的骨骼肌 中发现，d环中存在两个点突变。对来源于91个不同年龄、不同个体的活体组织中这两个突 变的存在度和异质水平进行了评价，发现突变随着年龄增加而显著积累。在碱基缺失的患者 组中存在高数量的突变，而且证据表明多碱基缺失的患者mtdna突变的风险有增加趋势。mtd na突变随年龄的增长而增多，使mtdna基因组高突变率常作为衰老过程的潜力生物学标记 ［4］。gerhard等［5］用pcr 方法 在胎儿、青年、老年三个年龄组的皮肤成纤维 细胞都检测到4 977 bp缺失，其中老年组最高，大于0.3%。barron同样用pcr方法在14～94 岁人的黄斑中检测到4 977 bp缺失渐进性积累，其中60～94岁缺失增加显著，从0.25%～5.3 9%［6］。
1988年首次证实线粒体疾病与线粒体突变之间的关系［7］。在随后的十余年间,研 究者又发现许多与衰老相关的退行性疾病的主要原因是mtdna的变异。与此相关的衰老性疾 病包括阿尔茨海默症、帕金森综合征等。阿尔茨海默症是一种大脑疾病，5%～10%的65岁以 上的人会患这种疾病，这种疾病涉及到损害神经细胞的毒性蛋白质β淀粉体在大脑中的堆 积。β淀粉体进入线粒体并与那里产生的一种酶相互作用。这种相互作用损害了线粒体，导 致一种损害整个神经细胞的物质泄漏。结果是神经细胞的死亡，导致记忆的丧失和其他阿尔 茨海默症状的出现［8］。valente等［9］对一组欧洲家族的基因 分析 发现了 在pink1基因上的变异，该基因编码一种位于线粒体上的蛋白质。他们假设，正常pink1版本 也许会保护神经细胞免遭线粒体功能障碍和细胞死亡。
大量研究证实正常个体也会出现mtdna突变，并且随增龄而积累。对于mtdna突变和衰老之 间关系的研究主要是利用pcr、sscp等方法纵向或横向比较体细胞mtdna突变积累和年龄增 长的关系。人们推测，可能是mtdna突变的积累，导致渐进性生物能量缺乏、细胞损伤、老 化并最终死亡；另一方面，可能是mtdna突变和衰老之间仅仅存在着相关性，仅仅是衰老后 的一系列表征之一［10，11］。 科学 家通过基因工程方法使小鼠的mtdna聚合酶γ亚 基具有较差的校对活性，从而具有更大的突变速度。这种mtdna突变小鼠出现体重减轻、皮 下脂肪减少、脱毛病、脊柱后突骨质疏松、繁殖能力降低、贫血等早衰现象，并在1岁左右 死亡，而正常小鼠是在2～3岁死亡［12］。jou等［13］用镉诱导小鼠肾皮质 细胞的线粒体，40周后发现mtdna大量缺失，同时衰老相关的β半乳糖苷酶水平亦增高， 到80周后进一步增高，这在一定程度上说明mtdna的缺失突变与衰老的相关性。
3 展望
以mtdna突变的基因工程小鼠为模型，从遗传、药理、饮食等方面设计实验，看能否对抗 由于mtdna突变增加所引起的如活性氧自由基增加、能量不稳、细胞死亡等一系列病理效应 ，从而有可能设计出抵抗或延缓mtdna突变效应的方法。使人们对于衰老的机制有了新的认 识，为揭示衰老的机制和抗衰老 治疗 提供了 理论 依据。但是关于mtdna突变与衰老的关系仍 有许多未知的 问题 ，例如，高水平的mtdna缺失对生理功能有明显损失,低水平的缺失对组织 是否有影响仍属未知。但至今还不清楚缺失mtdna产生这种作用所需的阈水平。这些都将成 为生命科学中的研究重点。
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