生命的来源与生命的价值（下）
- 谢华谦
- 2月4日
- 讀畢需時 8 分鐘
编者按：
人体的健康与长寿，离不开细胞中健康的核仁和健康的线粒体。核仁与线粒体在体内自然协调运作，共同维持细胞的生理平衡（Homeostasis），这正与中医学所谓的“正气”概念相呼应。如《黄帝内经》所言：“正气内存，邪不可干”，这是维持核仁与线粒体健康、延年益寿、增福添贵的基本原理。
上篇重点阐述了核仁的功能。本篇将深入探讨线粒体的机制。
线粒体（Mitochondria）的起源
考古学家通过研究元古代的化石资料推测，早在20亿年前，生物细胞内的线粒体其实源自某种喜氧细菌。这些原核生物（aerobic prokaryotes）被较大型的真核细胞（Eukaryotes）吞噬之后，逐渐失去独立生存的能力，最终演化为寄居在宿主细胞质中的线粒体。这种“内共生”关系（Endosymbiosis）促使它们成为细胞能量系统的核心组成。
约在10亿年前，部分已拥有线粒体的真核细胞又吞噬了另一类具有光合作用能力、类似蓝绿藻的细菌（Cyanobacteria），从而演化出今天的叶绿体。自此，生物世界演化出两大类细胞系统：
• 一类是依赖线粒体制造能量的动物细胞
• 一类是既有线粒体又能通过叶绿体进行光合作用的植物细胞
植物细胞具备两种能量生成机制（线粒体与叶绿体），生命力相对更为强大。
人与微生物的共生关系（Symbiosis）
人类与微生物之间存在两种主要的共生关系：外共生（Ectosymbiosis） 与 内共生（Endosymbiosis）。
A. 外共生
人体的大肠消化系统内表层组织寄居着无数良性的微生物群。它们不仅能保护人体免受有害病菌的侵袭，还在以下方面发挥重要作用：
1. 协助分解胃酸无法消化的碳水化合物；
2. 调控免疫系统，平衡对病原体的免疫反应；
3. 控制炎症，降低罹患肥胖、心血管疾病、糖尿病及癌症等慢性疾病的风险；
4. 帮助幼儿免疫系统成熟。研究表明，婴幼儿越早接触微生物，越有助于免疫系统发展，可预防过敏与自身免疫疾病。
B. 内共生
内共生是一种更深层次的关系，即某些原核生物被其他细胞吞噬之后，长期栖息于宿主细胞内部，共存共荣线粒体便是典型的例子。
它们原本是自由生活的细菌，数亿年来逐渐演化为宿主细胞内部的“能量工厂”，以产生生命所需的ATP（细胞能量）来交换在宿主内的生存环境。
线粒体的结构
线粒体由两层膜组成：
外膜：源自宿主细胞膜，用以屏蔽宿主免疫系统的识别；
内膜：保留了其祖先——细菌的膜特征，呈褶皱状，形成“嵴”（Cristae），为细胞有氧呼吸与电子传递链（ETC）的反应场所。内膜内侧包围着线粒体基质（Matrix）。
线粒体与宿主细胞的共生机制
线粒体与宿主细胞之间的内共生关系，具有以下几个显著特点：
1. 遗传物质互补：
线粒体结构性蛋白质不能完全依赖自身基因表达，仍需大量依赖宿主细胞核的基因编码及蛋白质供应。
2. 能量互供：
约90%的细胞能量（ATP）由线粒体提供，而线粒体自身则需依赖宿主供给氧气与营养物质，以制造ATP。这种互相支持，构成生命能量循环的核心机制。
3. 免疫兼容机制：
进化过程中，线粒体逐渐“披上”由宿主细胞膜衍生的外膜（见图13b），以此保护自己，避免被识别为异物，从而得以长期安居于细胞质内。
这正是宿主与线粒体“共生共存、互赖互荣”的基本生态。只要线粒体健康活跃，人体（宿主）亦可维持良好的体质状态。
线粒体的数量与质量：衡量生命力的重要指标
线粒体普遍分布在所有器官组织的细胞质中，每个细胞可含有成百上千甚至上万颗线粒体。而每颗线粒体中又含有2～10份独特的线粒体基因（mtDNA）。线粒体的数量会因细胞类型和器官功能的不同而有所变化：
• 脑神经细胞：最活跃的细胞之一，每个神经元含有多达百万颗线粒体；
• 视网膜细胞：因白天长期暴露于光线中而发生氧化凋亡，夜间则大量再生线粒体，每个细胞可含数万颗；
• 心肌细胞：高能耗器官，每个细胞约含5000颗线粒体；
• 肝细胞：每个细胞含1000至2000颗；
• 卵细胞：生长力极强，每个卵细胞可含多达20万颗线粒体；
• 精子细胞：线粒体集中于尾部中段（midpiece），数量仅50～75颗，在受精前尾部会脱落，因此精子不参与线粒体遗传。
注意：所有生物细胞中的线粒体皆为母系遗传。红血球是唯一不含线粒体的细胞，因为其不参与能量制造，只负责携氧循环。
线粒体的独特功能
线粒体共生于人体细胞质中，保留了其作为古代细菌的演化特征。它拥有独立的环形DNA（mtDNA），并以二分裂方式复制，类似细菌。它对某些抗生素如氯霉素仍具敏感性。当线粒体受损、功能衰退或老化时，能够通过裂变将损坏部分切除，也可以与邻近或新生线粒体进行融合，共同修复和恢复功能。这些特性都说明，线粒体与原核生物之间具有共同的进化来源。
线粒体的其他功用
1. 自噬机制（Mitophagy / Autophagy）：线粒体可自行触发“线粒体自噬”机制，切除、吞噬老化或受损个体，形成线粒体吞噬，随后被溶酶体（lysosome）分解并排出细胞外，从而维持线粒体群体的纯净性与功能性。
研究发现，禁食与热量限制，可增强自噬反应，有助于更新线粒体、恢复ATP合成功能。
2. 凋亡机制（Apoptosis）：当细胞面临无法逆转的损伤时，线粒体会分泌细胞色素C，启动细胞程序性死亡机制，促使细胞有序凋亡，从而避免因腐烂坏死而诱发炎症。
3. 调节钙离子与代谢平衡：线粒体在调节细胞内钙离子浓度、呼吸速率及新陈代谢节律方面扮演关键角色，是内稳态维持系统的核心成员。
4. 抗氧化与抗炎功能：线粒体遭受活性氧（ROS）攻击时，可自然分泌抗炎激素，如褪黑激素，以中和自由基，减少炎症，维护细胞环境的稳定。
5. 持续复制与更替：线粒体群体通过不断复制、替换衰老个体，以维持群体整体健康和功能强度。
6. 促进细胞再生与分化：线粒体能调节细胞的代谢方向，间接推动细胞增殖与组织更新，有助于组织修复与发育。
年龄与线粒体变化关系
1. 儿童期（5-19岁）：线粒体健康度高，群体结构单纯，数量充沛。
2. 青年期（20-39岁）：出现部分次健康线粒体，但由于自噬机制尚健全，能及时清除退化个体，整体健康状况不受影响。研究显示，39岁以下女性所生育的婴儿，其线粒体质量通常较佳。
3. 中年期（40-59岁）：线粒体总数量可能尚维持稳定，但自噬机制开始减弱，导致受损与次健康线粒体逐渐积累，群体质量趋于复杂化。
4. 老年期（60-80岁）：次健康线粒体所占比例显著上升，ATP合成效率下降，伴随器官功能逐步减退。
线粒体是制造生命力的工厂
线粒体是细胞中生成生命活力的核心“工厂”，其能量制造过程可分为两个阶段。第一阶段：线粒体基质内的能量转换。第二阶段：电子传输链上的ATP大量合成。
线粒体不仅是ATP的制造中心，也同时生成一定量的活性氧自由基（ROS, Reactive Oxygen Species）等代谢副产物。适量ROS可激活免疫系统、调节体内代谢平衡，对身体有益。但若生成过量或清除机制失效，则可能引发慢性炎症与系统性疾病。年长者的线粒体自噬能力逐渐减弱，无法及时清除受损线粒体与累积的ROS，易诱发全身器官功能退化，成为早衰与慢性病的温床。
线粒体DNA：小基因、大作用
线粒体DNA（mtDNA）于1963年被发现，分子量小，仅有1万6569个碱基对（nt），共编码37个基因。由于其分布于细胞质中，易于采样检测，甚至曾作为法庭证据：1969年，美国田纳西州法庭首次使用mtDNA特征，作为判决严重性犯罪的关键依据。现代科学研究揭示，mtDNA功能障碍不仅与糖尿病、心血管病等代谢性疾病有关，更和神经退化、肌肉萎缩、早衰与癌症等多种重大疾病有直接关联。
mtDNA突变的风险与影响
由于mtDNA靠近电子传输链与柠檬酸循环等高氧代谢区域，容易受到ROS攻击而发生基因突变或片段缺失，并进入恶性循环：受损mtDNA 导致线粒体功能障碍，生成更多ROS，进一步损伤mtDNA与周围细胞，造成系统性功能退化。
线粒体自噬障碍与神经退化症的关联
自噬功能的衰退导致受损线粒体与折叠的蛋白质（即“毒性斑块”）在神经细胞间累积，干扰神经传导功能。
研究表明，维持健康线粒体与自噬机制，是防止阿尔茨海默症等神经退化症的关键。
近年研究也发现，神经退化不仅因毒性蛋白积聚，更源于线粒体病变（Mitochondriopathy），导致神经细胞能量供应不足，传导功能瘫痪。
追求健康生命，维持细胞稳态（Homeostasis）
正如本文前段所述：
• 核仁是蛋白质的工厂，赋予生命的“形”；
• 线粒体是能量的源泉，维系生命的“力”。
两者如阴阳互补，需协调共存，才能维护细胞乃至整个人体的生理平衡。然而，随着年龄增长，炎症与ROS对核仁与线粒体DNA的破坏逐渐加剧，抗炎与自噬机制也随之减弱。尽管现代医学不断进步，但“养生优于治疗“仍是维系生命力的根本之道。世界卫生组织指出，一个人要健康，需同时满足三大方面的均衡：心理健康、身体健康、社会关系健康。这是世界卫生组织对健康的定义。而延续健康生命的秘诀在于：
1. 睡得好：不可忽视身体休息的需求。
2. 吃得好：戒烟戒酒，培养良好饮食习惯。
3. 住得好：多晒太阳、呼吸新鲜空气，远离污染环境。
4. 玩得好：适度旅游，保持社交活力。
5. 勤锻炼：适量运动，有助心肺与代谢健康。
6. 动脑筋：接受挑战，保持思维敏捷。
7. 不恐慌：不要被失败或焦虑控制心灵。
8. 好情绪：胸怀开阔，保持积极乐观的生活态度。
作者为加拿大华裔资深微生物医学博士
图由作者提供
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