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你何时觉得自己老了?是气喘吁吁爬上六楼的那一刻,熬夜开始担心猝死的一瞬间,还是车快开走了也不愿多跑几步的从容?广场舞大妈欢快的舞步和公园大爷单杠“大回环”的场景,或许让你陷入怀疑“健身真的有用?”

澳大利亚维多利亚大学等三所大学发表在《Molecular Aspects of Medicine》上的一篇综述告诉你:真的有用!该篇详细介绍了骨骼肌中线粒体特征的年龄相关变化,并指出身体活动、运动和训练状态对改善这种变化的积极作用[1]。

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线粒体是双层膜结构的细胞器,直径0.5-1.0微米,是细胞有氧呼吸的主要场所,被誉为细胞的“能量工厂”。线粒体在细胞内承担多方面的作用,包括能量供应、细胞信息传递、细胞分化等,是机体重要的细胞器之一。

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图注:线粒体的基本结构和功能

岁月是把杀猪刀,刀刀让线粒体想弱化。随着机体衰老,线粒体会表现出含量下降、形态改变、呼吸功能减弱和DNA突变等特征变化。

线粒体含量指组织内线粒体的数量或体积密度。许多研究表明,衰老会导致线粒体的含量下降。如老年小鼠大脑神经祖细胞中线粒体/细胞数量较年轻小鼠降低45%。这种数量的减少同时导致了细胞存活率的下降[2]。

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图注:小鼠大脑神经祖细胞线粒体数量的减少(JC1+:活跃线粒体)

在形态方面,线粒体通常呈棒状或圆球状,其内膜像基质折褶形成嵴,嵴的形成使内膜表面积大大增加,促进线粒体生理功能的发挥。但是研究发现,相较于年轻小鼠,老年小鼠棕色脂肪组织中线粒体球形度降低、周长和表面积增加。同时其嵴体积、表面积和周长都显著减少[3]。

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图注:上图为年龄相关线粒体外形变化的比较;下图为年龄相关线粒体嵴特征变化的比较

数量和形态的变化都是表象,最重要的还得是功能的丧失。衰老时,ATP合成减少和ROS(活性氧)过度产生导致线粒体整体呼吸功能减弱。ATP是细胞的“能量通货”,对机体生理反应的运作至关重要;ROS是细胞的“破坏王”,在推动衰老进程中发挥重要作用,细胞表示:饿着肚子还要遭罪,这活没法干!

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最后,作为半自主细胞器,线粒体拥有自己的DNA,能够独立进行复制、转录和翻译,但由于缺乏组蛋白保护且损伤修复机制不完善,其突变率比核DNA高10-20倍。大量证据表明,线粒体DNA(mtDNA)突变与衰老有关。这种mtDNA突变表现为点突变、缺失和耗尽,最终将导致线粒体功能障碍,诱导衰老发生[4]。

此外,线粒体的自我调控机制同样随衰老发生变化。比如,线粒体生物发生即“制造新的”线粒体,这种自我更新能产生更多ATP,以满足机体生理和病理需求;线粒体动力学包括了融合和裂变[5]。在融合蛋白作用下,两个相邻的线粒体合二为一,融合使线粒体在代谢和环境压力下共享基因产物,实现最佳功能……

衰老过程使上述调控机制失衡,导致线粒体功能障碍和异常线粒体累积,并导致与衰老相关J病如肌肉减少症和神经退行性J病的出现。

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图注:参与线粒体动力学的蛋白质

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线粒体在机体中分布广泛,在高能耗组织中它们的变化带来的影响更明显,如骨骼肌和大脑。

衰老的典型表现如骨骼肌质量和力量的逐渐下降,以及神经退行性J病的出现都和线粒体有密切联系,本篇综述以年龄相关的骨骼肌和脑线粒体特征变化为例,展示了衰老的线粒体到底能制造出多么大的破坏。

骨骼肌线粒体特征变化与衰老

久坐不动,是一场最温柔的慢性促衰行动。研究者通过评估股外侧肌中线粒体的含量发现,与活跃的年轻人和中年人相比,习惯久坐的中老年人及体弱老年人的线粒体含量显著降低[6]。

此外,衰老还会加剧其他J病或症状对线粒体的损伤,如缺血再灌注损伤。与年轻小鼠相比,年老小鼠因为缺血再灌注诱导的骨骼肌线粒体呼吸损伤更严重,损失量足足增高了85.5%!同时表现出更高的活性氧水平[7]。

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图注:上图为衰老、活跃和虚弱对线粒体含量的影响;下图为衰老加重缺血再灌注诱导的线粒体呼吸功能障碍

脑线粒体特征变化和衰老

海马体是脊椎动物脑中的重要组成部分,负责记忆和空间定位,其中的CA1区利用突触(神经元之间的通讯点)介导发挥短期记忆和空间导航的功能。神经系统功能与突触传递需要消耗大量ATP,因此,线粒体也在其中扮演着重要角色。

研究发现,老年大鼠CA1区突触总数密度明显低于年轻大鼠,且突触中线粒体结构损伤较多,多表现为嵴的均质化和断裂,与年龄相关的突触损伤及其密度的降低有关[8]。

CA1区线粒体的功能障碍必然导致能量的不可持续和氧化应激等,从而引起突触数量减少和神经通讯中断,最终表现为记忆缺陷。

其次,还有研究发现,老龄小鼠额叶皮层mtDNA中表观遗传修饰5-hmC水平明显降低,也是哺乳动物大脑肿瘤和神经退行性J病的原因之一[9]。

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知道了线粒体是什么、为什么会衰老,又见识到了小小的线粒体能对我们身体造成多么大的损害,那么现在最重要的问题就是“怎么办”。我们能积极地改善衰老过程中发生的线粒体变化,并乘着线粒体这条“捷径”顺利实现抗衰延寿吗?

这篇综述对这个终极问题提出了相应的建议,派派也根据自己的经验找到了一些可能拥有更广泛适配性的方法。

运动

俗话说,生命在于运动。

定期运动可以通过维持线粒体的生理状态和有效的ATP生成,改善衰老表型。活检肌肉样本显示,老年运动员比老年久坐者骨骼肌线粒体中的SIRT1和FOXO1表现出更高的mRNA水平,关注抗衰的友友们相信对这两者都不算陌生,都是长寿蛋白中赫赫有名的种类[10]。

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图注:运动健将和久坐受试者中7中关键调节蛋白的mRNA水平。

而提到运动,就不得不讨论运动训练方式。有研究对164名健康老年人用不同运动方式锻炼后其肌肉线粒体的改善情况进行系统性评估后发现,阻力训练是所有运动中研究最多且最能提高线粒体密度和动力学的体育锻炼方式[11]。

看到这里肯定跃跃欲试了?不要急,美国心脏协会已为大家贴心总结了抗阻训练“处方”,其中可选择的运动方式包括自由重量(如哑铃)、体重(如俯卧撑)、器械重量和阻力带等。

如果是健康成年人,选择其中8-10种不同的运动方案,每种进行1-3组,每组8-12次重复,每周≥2次,就可有效改善主要肌肉群;如果正经历J病或在康复期,则可在医生指导下调整为低强度负荷[12]。

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图注:主要肌肉群和例子练习

活性化合物

弱弱问一句,不喜欢运动还有救吗?除了不打针不吃药的运动干预,派派还找到一些显著抗衰的化合物:

从柑橘皮中发现的一种聚甲氧基黄酮类化合物Nobiletin(NOB),被发现能改善记忆力丧失,作为视黄酸相关孤儿受体(RORs )激动剂发挥作用。

研究表明,NOB显著改善了正常饮食自然衰老小鼠的代谢适应性。此外,在高脂肪饮食小鼠骨骼肌中,NOB-ROR轴广泛激活线粒体呼吸链复合物(MRCs)的基因,并加强MRC的活性和结构[13]。

被认为是最完美抗氧化剂的褪黑素也不失为另一种好选择,褪黑素能够直接和活性氧自由基、活性氮自由基结合,中和这些自由基带来的损害,同时它还能激活一系列抗氧化酶,如谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽还原酶(GRd)等,能够防止细胞和线粒体受到氧化应激的侵害。有研究发现,在饮用水中长期服用褪黑素能减少小鼠衰老相关脑线粒体损伤[14]。

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图注:脑线粒体GPx和GRd活性的年龄依赖性变化(P5v:1-5月用载体溶液治疗的小鼠;P10v:1-10月用载体溶液治疗的小鼠;P10m:1-10月用褪黑素治疗的小鼠)

线粒体疗法

对上面两种都不感冒?那还有更“高科技”的选择——线粒体疗法。

线粒体疗法指将健康的功能性线粒体转移到含有缺陷性线粒体的细胞中,以帮助恢复组织和器官功能的治疗手段。线粒体移植包括将外源性功能性线粒体分离、传递和内化到靶细胞或组织中[15]。

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图注:线粒体移植示意图

线粒体疗法已被证明确有抗衰效果,除了能够改善衰老引起的脱发外[16],还能增强脑和骨骼肌中线粒体活性。

将分离自幼鼠肝脏的线粒体静脉注射到老年小鼠体内,能在投射电镜下观察到老年小鼠脑线粒体活性的增加,显示完整线粒体和异常线粒体并存状态,在骨骼肌线粒体中也能观察到相似的效果[17]。

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图注:图A:透射电镜下组织线粒体的代表性图像(黄色箭头指向健康的线粒体,而蓝色箭头指向衰老的线粒体);图B:脑或骨骼肌中分离线粒体的活性

尽管线粒体疗法的出现令人振奋,但派派也注意到,其临床应用仍有许多未知和挑战需要解决。比如分离后线粒体的储存、移植排斥和伦理等问题。

总之,衰老与线粒体功能障碍紧密相关,改善线粒体年龄相关特征改变将是我们应对衰老问题的一大方向。

我们处在一个抗衰的时代,或许正值年轻的你无法像老年人一样对自身衰老那么敏感,但是我们依然可以通过一些简单的方式去改善寿命,运动改善线粒体,或许就是一个既可及又安全的方式呢?

—— TIMEPIE ——

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