“省電模式”

近年來，有不少科學家提出能源才是生命最核心的要素，很多疾病看似是遺傳或者生物結(jié)構(gòu)出了問題，但本質(zhì)上都是因為能源供應跟不上導致的。

(資料圖)

我們可以拿電腦做個比喻。如果一塊硬盤的磁道壞了，電腦肯定會不正常，但有時還能湊合用。如果沒電了，那這臺電腦一定沒法用了。

假如你用的是一臺筆記本電腦，電量不足時可以將其設(shè)置成省電模式，此時電腦還可以工作，但各項參數(shù)的指標都降低了，用起來肯定不會太順暢。同理，如果一只哺乳動物餓了幾天肚子，它的大腦是否也會自動進入“省電模式”呢？

這就是愛丁堡大學的神經(jīng)生物學家娜塔莉?羅什福特想要回答的問題。她和同事們用小鼠做實驗，發(fā)現(xiàn)小鼠的大腦確實存在“省電模式”，其代價就是一些功能會受影響。

根據(jù)羅什福特博士在2022年1月29日出版的《神經(jīng)元》雜志上發(fā)表的論文，當小鼠因饑餓而減掉了15%~20%的體重時，它會通過降低神經(jīng)信號強度的方式來節(jié)約能量，其大腦視覺皮層的能耗因此減少了29%。這么做的代價就是小鼠的視力會變得模糊，對細節(jié)的分辨率大打折扣。

探秘衰老

人類是否也會如此？這個問題因為缺乏實驗數(shù)據(jù)支持而暫無明確答案。但這個小鼠實驗告訴我們，哺乳動物的大腦不會每時每刻都處于“滿格”狀態(tài)，而是會根據(jù)能量供應的多少調(diào)整其工作狀態(tài)。事實上，一直有人懷疑某些神經(jīng)系統(tǒng)的疾病并不是因為硬件的損傷，而是源于能量供應不足而導致的系統(tǒng)波動。

需要特別指出的是，這里所說的能量供應指的不是飲食狀況，而是三磷酸腺苷（ATP）的供應量。ATP是細胞的能量來源，所有的生命活動都需要由ATP來提供能量。如果我們將ATP比作電能，那么線粒體就是真核細胞的發(fā)電機。所有其他形式的能源，無論是太陽能還是食物內(nèi)蘊含的化學能，都必須先由線粒體轉(zhuǎn)化成ATP才能被細胞直接利用。

目前最主流的理論認為，線粒體的祖先是一個細菌。大約在20億年前，另一個古細菌將這個細菌吞了下去，后者因為某種原因沒有被前者消化掉，而是和前者達成了一種共生關(guān)系，由后者負責為前者生產(chǎn)ATP，以換取來自前者的保護。

這個理論很好地解釋了為什么線粒體具備很強的自主性，因為這是真核細胞內(nèi)唯一自帶基因組的細胞器。人類的線粒體基因組包含37個基因，負責編碼和線粒體功能密切相關(guān)的13種蛋白質(zhì)。其余的線粒體蛋白質(zhì)則由細胞核內(nèi)的核基因組負責編碼。這兩個基因組之間的配合度，就成了決定線粒體功能好壞的關(guān)鍵因素。有些人體內(nèi)的這兩個基因組天生不匹配，就會導致嚴重的線粒體病。

一種理論認為，衰老的真正原因就是兩個基因組的配合度隨著年齡的增長而逐漸下降，導致細胞因為失去了可靠的能量供應而無法行使正常的生理功能。

更新能力

衰老的真正原因是細胞失去了更新的能力，來不及修復損傷。這就好比一輛汽車，開久了總會有磨損，油箱里的油也會逐漸耗盡。但如果你能按時加油，并把磨損的部件及時換新，這輛車就可以一直開下去。對于細胞來說，新部件就相當于氨基酸、核苷酸和脂肪酸這些有機大分子，它們是合成蛋白質(zhì)、核酸和細胞膜的原材料。汽油則對應于ATP分子，所有的ATP分子均來自線粒體。

為車加油和換部件需要去不同的地方，但ATP的合成和有機大分子的合成全都來自同一組化學反應，這就是三羧酸循環(huán)。食物中蘊含的能量，正是通過三羧酸循環(huán)被轉(zhuǎn)化成ATP的。三羧酸循環(huán)還可以反向運行，其中每一步反應所產(chǎn)生的中間體，都可以被用來合成生物大分子。這個過程被稱為合成代謝。這是維持細胞正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵步驟，因為細胞在其生命過程中一定會出現(xiàn)各種差錯或者磨損，比如蛋白質(zhì)老化、變性等，這就需要立即合成新的“配件”去替換。如果這個替換過程進行得不順利，細胞就會積累大量廢物，導致其活性逐漸降低，直至成為“僵尸”。隨著年齡的增長，這樣的“僵尸”細胞越積越多，其結(jié)果就是衰老。

一直有科學家試圖通過人為補充ATP或者NADPH的方式來延緩衰老，但多項實驗證明外源ATP或NADPH不但很難被細胞直接利用，還有可能影響細胞自身的其他代謝功能。

浙江大學的科學家用動物的細胞膜制成了一個載體，把納米級類囊體單元裹在這個載體里面送入小鼠的軟骨細胞，從而騙過了小鼠的免疫系統(tǒng)。之后，研究人員用光照來激活類囊體，使之開始生產(chǎn)ATP和NADPH，衰老的小鼠軟骨細胞果然返老還童，關(guān)節(jié)炎的癥狀也得到了明顯的緩解。

雖然這項實驗的目的只是為了驗證一下這個做法是否可行，但結(jié)果令人驚喜，未來有潛力成為治療各種退行性疾病的靈丹妙藥，甚至可以用于延緩衰老。不過，在美好的愿望變?yōu)楝F(xiàn)實之前，我們還是好好保護自己的線粒體吧。

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