很多人都有这种体验:年轻时通宵后睡一觉就满血复活,现在稍微熬夜或加班,第二天像被掏空;以前跑个 5 公里第二天照常上班,现在一练就酸痛两三天,恢复明显变慢。

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很多人把这类变化归因于年龄、压力或作息,但在细胞层面,它往往对应一个更具体的系统变化——负责供能的线粒体在损耗,出问题的线粒体却没有被及时清走。

如果把人体细胞比作一个繁忙的工厂,那么线粒体就是工厂里的发电机。它们负责生产能量(ATP)、调节钙离子、处理脂肪,还参与免疫信号。

但这些发电机用久了会出故障,比如产生有害的活性氧。这时候,线粒体自噬(mitophagy)就登场了:它是一种进化上古老的机制,能选择性地把坏线粒体打包,送到细胞的“垃圾处理站”(溶酶体)里分解掉。这样,细胞就能保持干净、健康,还能适应压力,比如缺氧或感染。

近日,来自复旦大学和洛桑联邦理工学院的研究人员合作在 Cell Research 上发表了一篇关于线粒体自噬的综述。文章指出,线粒体自噬正是维持人体健康、对抗衰老的关键,而它的失调则是帕金森、心脏病乃至糖尿病的幕后推手。

文章首先详细介绍了线粒体自噬的工作流程。

最经典的当属 PINK1/Parkin 通路。健康时,PINK1 进入线粒体后迅速被降解;一旦线粒体受损,PINK1 就会堆积在线粒体表面,像点亮了红色警示灯,并招募 Parkin 来“贴标签”(泛素化),然后自噬体就把它们吞掉。这条路在压力下特别活跃。

图 | PINK1/Parkin 通路(来源:Cell Research)
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图 | PINK1/Parkin 通路(来源:Cell Research)

除了经典通路,由 FUNDC1 和 BNIP3 介导的受体通路则是细胞应对特定极端环境的响应。FUNDC1 像是一个高灵敏度的氧气感应器,在低氧环境下,它会通过脱磷酸化作用迅速激活,直接勾住自噬体蛋白,开启心肌保护等自救程序;而 BNIP3(及其同家族的 NIX)则更多地在代谢压力与发育信号中发挥作用,它不仅在缺氧肿瘤细胞的生存中扮演关键角色,更是红细胞发育过程中清除线粒体、腾出携氧空间的“清道夫”。

这些受体机制跳过了复杂的蛋白募集步骤,通过与自噬体的直接结合,实现了对特定病理应激的精准响应。

那么,为什么线粒体自噬失控,人就会生病?

图 | 线粒体自噬相关人类疾病概述(来源:Cell Research)
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图 | 线粒体自噬相关人类疾病概述(来源:Cell Research)

文章指出,线粒体自噬失调几乎是很多慢性病的“幕后黑手”。它不是造成这些疾病的单一原因,但常常是关键环节。

神经退行性疾病。大脑神经元对能量需求极高,占全身 20% 的 ATP,且几乎不能再生,线粒体自噬缺陷对神经的打击最直接。

帕金森病最典型,PINK1 或 Parkin 的功能丧失性突变会导致早期发病。线粒体自噬瘫痪后,受损线粒体在多巴胺能神经元里堆积,活性氧不断破坏神经结构,最终导致神经元死亡,引发震颤、僵硬等症状;阿尔茨海症中,β-淀粉样蛋白干扰线粒体自噬,导致记忆衰退;亨廷顿病和肌萎缩侧索硬化也类似,突变蛋白(如 OPTN、TBK1)堵塞清运通道。文章提到,大脑不同区域线粒体自噬水平不一样,比如黑质区低,就更容易出问题。

心血管疾病。心脏是高能耗器官。像心梗后恢复血流时,线粒体自噬本该保护,但过度或不足都会加重损伤。心衰中,PINK1 减少导致心肌细胞凋亡。文章举例,BNIP3 和 FUNDC1 在心脏压力下发挥作用,脂质如神经酰胺也参与。

代谢疾病。肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪肝(MASLD)都和线粒体自噬有关。损坏的线粒体干扰胰岛素信号和脂肪代谢,导致能量危机。比如,在肥胖模型中,PINK1 缺失会加剧胰岛素抵抗。

癌症。线粒体自噬在癌症中的作用最复杂,既能抑癌,也能促癌。

抑癌作用:健康细胞中,线粒体自噬能清除受损线粒体,减少活性氧,活性氧会破坏 DNA,导致基因突变,引发癌症。比如 Parkin 在多种癌症(如肝癌、乳腺癌)中常缺失或突变,会导致受损线粒体堆积,活性氧增多,基因组不稳定,最终诱发肿瘤;促癌作用:癌细胞快速增殖时,会通过 “Warburg 效应”(即使氧气充足,也优先用糖酵解供能)节省能量,这时线粒体自噬会 主动减少线粒体数量,帮癌细胞轻装上阵;癌症干细胞(CSCs)更依赖线粒体自噬,清除受损线粒体,维持干性(能不断分裂产生新癌细胞),还能帮 CSCs 逃避免疫系统的攻击。

甚至有些癌细胞会劫持线粒体自噬,比如肺癌细胞会通过 BNIP3 蛋白,主动清理线粒体,减少活性氧,从而抵抗化疗药物,化疗药常通过产生活性氧杀死癌细胞。

免疫和炎症疾病。损坏的线粒体释放 mtDNA,激活炎症。感染时,病毒(如新冠 SARS-CoV-2)会劫持线粒体自噬逃避免疫。文章强调,在衰老中,线粒体自噬下降会导致免疫衰弱。

这篇综述最令人振奋的部分在于,科学家正在尝试人工干预这个清理过程,通过调控线粒体自噬来治病。目前,多款针对线粒体自噬的药物已经从实验室走向了临床试验。

尿石素 A 是肠道细菌代谢石榴、浆果中的鞣花酸产生的 “后生物质”,约 40% 的人能通过肠道菌群合成尿石素 A ,其他人需要直接补充。它的作用机制很聪明:能稳定 PINK1,促进泛素链积累,还能激活 BNIP3 通路,而且不会过度损伤健康线粒体。

临床研究证实,给中年人补充 4 个月尿石素 A,能增强肌肉线粒体自噬,改善肌肉力量和运动耐力;给 AD 小鼠补充,能减少 Aβ 和 Tau 堆积,改善认知;甚至在帕金森病、肌肉萎缩症模型中,其也能保护细胞。目前尿石素 A 是唯一被证实能在人体中增强线粒体自噬的天然化合物。

亚精胺是天然存在于小麦、大豆、坚果中的多胺,之前因 “延长酵母、小鼠寿命” 闻名,后来发现它还能激活线粒体自噬。

实验显示,给老年小鼠补充亚精胺,能恢复肌肉干细胞的线粒体自噬,逆转衰老导致的肌肉再生能力下降;给老年大鼠补充,能减少骨骼肌里的受损线粒体;甚至能通过血脑屏障,改善老年小鼠的记忆力。目前有临床试验在探索亚精胺对冠心病、心力衰竭的治疗效果。

还有些天然化合物也有潜力,比如胸腺醇能激活 PINK1-Parkin 通路,防止小鼠脂肪肝;NAD+ 前体(如 NMN、NR)能通过激活 SIRT1 蛋白,增强线粒体自噬,改善衰老相关的代谢紊乱;运动也能通过 AMPK 磷酸化 ULK1,激活线粒体自噬,这也是运动能抗衰、保护神经的原因之一。

针对线粒体自噬的关键节点,科学家正在开发精准治疗药物。

PINK1 激活剂,比如 ABBV-1088(之前叫 MTK458),能稳定 PINK1-TOM 复合物,促进受损线粒体清除,目前已进入临床 Ⅰ 期,用于治疗帕金森病。

USP30 抑制剂,USP30 会去除线粒体上的泛素链,抑制它能增强线粒体自噬。Mission Therapeutics 公司已报道了多种 USP30 共价抑制剂,比如 MTX325 能保护帕金森病小鼠的多巴胺能神经元,MTX652 能改善小鼠心肌肥厚,目前都在临床试验中。

Parkin 激活剂,比如 BIO-2007817,能 帮 Parkin 解锁,增强它对受损线粒体的识别能力,对 Parkin 突变导致的帕金森病有潜力。

总体而言,线粒体自噬通过选择性地清除受损或过剩的线粒体成分,在维持细胞稳态中发挥着至关重要的作用,其功能失调已日益被认为是多种疾病的重要致病因素。

对普通人来说,现在就能通过简单方式呵护线粒体自噬,比如多吃富含鞣花酸、亚精胺的食物,保持适度运动。这些方法虽不能治病,但能通过增强线粒体自噬,延缓衰老,降低疾病风险。

1.Wang, Q., Sun, Y., Li, T.Y. et al. Mitophagy in the pathogenesis and management of disease. Cell Res 36, 11–37 (2026). https://doi.org/10.1038/s41422-025-01203-7

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