21世纪最严重的两个问题,一个是「全球暖化」,另一个就是「人口老化」,老化是人体逐渐丧失器官的正常功能,导致易罹患疾病,终至死亡的过程;而老化和人体细胞中的线粒体又存有奥妙关系,从线粒体就能探究老化的本质。毕竟生物在成长的过程中,自体细胞不断累积内源性和外源性破坏因子对组织器官的伤害;当组织细胞内的损伤累积至一定程度并严重影响维持其生命的各种基本功能时,器官最终衰竭导致个体的死亡。
线粒体=人体细胞发电机
「线粒体等于是人体细胞的发电机!」研究线粒体长达32年的马偕医学院校长魏耀挥说,线粒体就像细胞的能量工厂,过去10余年来的研究发现线粒体在老化过程扮演很重要的角色,它就像个「生物时钟」,如果转得太快,造成细胞氧化损伤、组织器官功能失常,会加速老化及一些退化性疾病的到来。
魏耀挥表示,动物的寿命跟体内细胞的代谢速率有很密切关系,代谢速率与老化呈相反的关系。「线粒体是哺乳类动物细胞的能量代谢中枢」,细胞代谢任何养分都有它一定的逻辑与细腻的调控,如代谢得太快就好像车子开太快,经常加到最高速限,车子很快就会报销。
线粒体不只合成ATP也是细胞制造活性氧分子的主要场所。ATP就有如「能量货币」,提供细胞执行各种生理活动所需的能量;但活性氧分子却会攻击线粒体DNA、脂质及蛋白质,比较生物学研究也发现,细胞线粒体产生过氧化氢的速率与动物寿命的长短呈负相关。
近几年来的研究也发现,老化组织细胞中的部份线粒体有功能缺陷,这种线粒体不但ATP合成的效率低落,也制造过多的氧自由基,会造成组织细胞氧化损伤、机能衰退,人因此逐渐「老化」。
人体的线粒体少则一两个,多则1000多个,「经常运动的人,其肌肉组织细胞含有较多线粒体」。
小孩的健康及寿命,妈妈贡献大
线粒体里面也有DNA,是圆形、裸露的。因为没有蛋白质保护,很容易遭受氧自由基的攻击,如果有一点差错,就会产生不良后果。又因线粒体由母系遗传,妈妈对小孩的健康及寿命长短之贡献比爸爸还大,线粒体DNA的品质和数量会影响细胞产生ATP的效率,也间接影响其产生活性氧分子的速率。
若自由基没有被有效清除,一天一天累积,就好像车子老了,即使踩着油门,也跑不快、废气一堆,老化遭受损伤的线粒体,也不可避免随着岁月累积,留下老化的痕迹,但是如果能好好维护适时为它充电,线粒体也能保持光鲜亮丽。
此外,人类老化组织常发现许多线粒体DNA断损及点突变,尤其在心、肝、肺、脑和骨骼肌肉都有此现象。年纪越大的人,线粒体DNA断损及突变的比率愈高,甚至连呼吸功能,也是随着年龄增加而显著下降,这也是为什么老了以后,运动不宜太激烈;老年人不能跑百米,肌肉爆发力也没有了。
魏院长也举阳明大学的动物实验为例,例如将老鼠剔除某些特定基因时,小鼠出生两周就出现线粒体缺陷,4到8周出现早衰,包括神经肌肉退化、视茫茫、发苍苍、骨质疏松及皮肤松弛,这比正常野生鼠突然老了两倍。
线粒体开始松散即为老化之始
老从哪里开始?当线粒体结构开始松散、异常,也就是增加细胞的凋亡,肌肉细胞开始病变、骨质疏松等现象产生,这就是「老化」的开始。
线粒体扮演启动细胞能量的重要角色,但它不是忠心的仆人,随着氧化损伤,它也会像个不定时炸弹,不但没做好工作,反让细胞凋亡,「就像个传统八卦,有阴阳两面,正面产生好的ATP,负面产生自由基,正常生理状况下必须保持平衡。」
但抗老最好的秘诀是什么?长期的研究证实,「节食可以延长寿命」,降低食物摄取量至平常的60-70%,可延长哺乳类动物大约35%的寿命,这也是为何长期鼓励民众「吃七分饱」的原因。
此外,很多病都跟线粒体异常有关,生活上不要体力冲得太猛或心理压力太大,「学会调适心情」,晚上就该好好休息,「爱惜身体一定要有恒心」。
(参考资料来源:马偕医学院校长 魏耀挥博士,文章转载自「科技大观园」网站【生物时钟能够走慢一点吗?–探究老化的本质】,图文经编辑并增订小标。)