“案发现场”——线粒体基因组:线粒体非常独特,它们被认为是远古细菌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 大家庭之外。这赋予了其独有的特性,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,记录着生命历程中微小损伤的累积。
“破案工具”——罕见变异识别技术: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象,通过对其 47 种不同组织(涵盖皮肤、心脏、大脑等)的高通量测序(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),并绘制出迄今最全面、系统的人体组织特异性线粒体突变“衰老图谱”。
“快闪族”器官(如皮肤、消化道、肝脏等增殖性组织):这些器官的细胞会持续更新换代。研究表明,在每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,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),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”(即组织功能障碍或肿瘤发生)。这些随机产生且通常具有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”。
“长跑选手”器官(如心脏、大脑、肌肉等终末分化组织):这些辛勤运作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主要集中在线粒体 DNA 的特定“热点”区域,尤其是线粒体 DNA 复制调控区域。这显然不同于整个电脑程序更新(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活动积累的“磨损”。
同时,理解不同器官的不同衰老方式,也为制定靶向性策略打开了思路。对于“快闪族”器官(如皮肤和肠道),未来的干预措施可能聚焦于提高 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),干预策略则可能包括保护这些特定的脆弱位点,或更好地管理细胞能量需求以减少磨损。