线粒体可以成为健康大脑的关键吗？

在最早的动物穿过地球古代过去的水覆盖的表面，漫长的是，生命历史上最重要的遭遇之一。原语细菌被我们最古老的祖先吞噬 - 一种单独的自由浮动细胞。这两者融合了形成持续超过十亿年的互利关系，后者提供了一个安全，舒适的家，前者成为一个强国，推动了维持生活所需的过程。

这是迄今为止细胞组分或细胞器，称为线粒体的最佳假设。如今，数万亿这些细菌后代居住在我们的身体内，搅拌atp，该分子能量来源维持我们的细胞。尽管有密不可分地融入人体的机械中，但线粒体也携带细菌过去的残余，例如他们自己的DNA。

这些特征使线粒体成为我们细胞的关键因素和潜在的问题来源。就像我们细胞核内的DNA一样，其构成人类基因组，线粒体DNA可以包围突变。年龄，压力和其他因素可能会破坏线粒体的许多功能。最重要的是，线粒体损伤可以释放分子，因为它们与细菌制成的相似性，我们的免疫系统可以被视为外来入侵者误认为，引发对我们自己细胞的有害炎症反应。

有一个器官似乎特别容易受到线粒体损伤的影响：我们的兴奋性大脑。 “牢固苛刻的细胞是，它们具有的线粒体更大，并且线粒体健康更为批判 - 所以对美国国家研究所的神经招生的博士后研究员安德鲁莫尔曼说，这更令人担忧。”神经系统疾病和中风（Ninds）。根据一些估计，每个神经元可具有高达200万线粒体。

一个小但越来越多的科学家现在正在关注线粒体在脑部健康中的贡献。人类和实验室动物的研究 - 尽管它仍然初步初步 - 这些细胞器可以是几乎所有类型的脑障碍的关键球员，包括神经发育病症，如抑郁和精神分裂症等抑郁和精神分裂症等神经翻转疾病，如帕金森等神经变性疾病。他们甚至可能是一个持久的历史的核心，用于研究脑疾病的研究人员：遗传易感性和环境影响如何互动，使人们面临发展这些条件的风险。

在20世纪60年代，研究人员发现线粒体具有独特的遗传物质。调查显示，与细菌的线粒体DNA形成圆形链，只编码37个基因 - 仅在人类基因组中发现的成千上万的一部分。

在20世纪70年代之后，在20世纪70年代，耶鲁大学的博士生名为Douglas Wallace的博士生开发了对线粒体DNA的兴趣。华莱士推出，由于线粒体是身体能量的主要生产商，他们的DNA中的突变会导致疾病。 “当时没有人认为这是理性的，”他说。直到1988年，当华莱士及其同事建立了线粒体DNA和人类疾病的突变之间的第一个联系，导致突然失明的条件 - 医学研究人员开始认真对待这个想法，华莱士回忆。

研究人员从与线粒体功能相关的线粒体DNA和核DNA的改变有多种疾病，而且有趣的是，这些都是神经系统的性质，或对大脑产生一些影响。 Wallace，目前是Philadelphia Centrals Mitochondrial和表观胸肉中的儿童医院主任，具有简单的解释：尽管只占人类体重的2％，但大脑使用大约五分之一的身体能量。与在大都市衰退期间的电压水平下降时，高能电器的电压水平降低时，高能量器具在电压水平下降的方式相同的情况下，沃莱克表示，即使在线粒体函数的小减少可能对大脑产生大量影响。

华莱士特别兴趣对线粒体如何促进自闭症谱系障碍的尤其感兴趣。几个研究团队的研究表明，线粒体疾病，由细胞器中缺陷引起的症状混合，患有自闭症（5％）的缺陷比一般人群（约0.01％）更为普遍。额外的30％至50％的自闭症儿童显示线粒体功能障碍的迹象，例如通过细胞呼吸产生的某些副产物的异常水平，通过ATP产生的方法。

在一些患有自闭症的人中，科学家们已经确定了在语线粒体DNA中的遗传差异，或者在已知的人类基因组中的一千个左右基因中发现了影响线粒体功能的一些基因。需要更多的作品来确定这些遗传变异是否实际上是造成或有助于自闭症，但最近与小鼠提示的一项研究可能存在联系。今年早些时候在PNA上提前报告的华莱士及其同事，即线粒体DNA的特定突变可以导致小鼠的自闭症状状，包括社会互动受损，香气和强迫行为。

遗传改变不是线粒体可能为自闭症产生贡献的唯一方法。某些环境因素，如有毒污染物，与发展病情的风险较高有关。 Richard Frye是亚利桑那州凤凰儿童医院的儿科神经科医生和自闭症研究员，他的同事发现这种因素也可能会扰乱自闭症的人的线粒体健康。在一项研究中，他们发现，在出生前暴露自闭症儿童的空气污染量改变了他们的线粒体产生了ATP的速率。在另一个中，研究人员发现早期暴露于营养金属的早期暴露与锌等含有铅的毒性金属之间的相关性，以及在生命中以后有自闭症的细胞器在那些中发挥作用的多孔。弗莱一起说，这些发现表明，线粒体是自闭症和促进条件的环境影响之间的缺失联系。

“这太快了解有关很多这件事的坚定结论，但它肯定看起来是线粒体在许多与自闭症的孩子中断，”弗莱说。 “和环境暴露，特别是早期，可能是编程线粒体患有不同类型的呼吸生理学。”

研究人员还发现了线粒体功能障碍的迹象，例如他们代谢糖的紊乱，以患有精神分裂症和抑郁症的人们。此外，研究还表明线粒体可能对许多精​​神疾病的危险因素敏感：早期生命中的心理压力。例如，在儿童期间经历创伤事件的人似乎具有每个细胞的更多的线粒体基因组。根据Brown大学的生物精神病学研究员特蕾莎·丹尼尔斯（Teresa Daniels），这可能表明，可以表明Mitochondrial DNA中的形成 - 可能会弥补细胞器中的问题。丹尼尔斯是一份2020篇文章的同志，在临床心理学的年度审查中讨论了线粒体在精神病疾病中的作用。

虽然线粒体功能障碍出现在广泛的大脑疾病中，但罗伯特·托莱多大学的医生科学家罗伯特·麦克拉姆（Robert McCullumsmith）研究大脑疾病的医生科学家但没有参与线粒体的工作。 “这有点鸡蛋问题，”他说。然而，McCullumsmith增加了，研究线粒体在这些疾病中的作用是重要的，并且他看到有前途的证据表明，靶向线粒体的治疗方法可能最终有利于患者，即使他们没有治愈这些条件。

当线粒体变得损坏或功能失调时，一个后果根本不那么少，因此大脑正常操作的能量较少。但另一种方法是线粒体可能导致脑疾病的源于他们的祖先过去。

作为细菌的后代，线粒体具有DNA和其他可以释放的组分，当细胞受伤或强调并被我们的免疫系统作为外国威胁错误而释放。 2010年，哈佛大学的研究人员据报道，短暂的线粒体DNA进入患有严重的身体损伤的人的血液 - 例如汽车碰撞引起的骨折或出血。反过来，这又吸引了免疫细胞并引发了严重的炎症反应，模仿败血症 - 一种危及生命的病症，免疫系统攻击身体自己的组织。

几年后，菲利普斯在耶鲁大学的博士后，他的同事们表明，即使在没有这种严重损伤的情况下，DNA也可以泄漏出线粒体泄漏并激活免疫系统 - 例如，当细胞器时变得缺乏关键蛋白质。

根据越来越多的研究，由线粒体DNA释放引起的炎症可能有助于帕金森，阿尔茨海默氏症和肌萎缩的外壳病变（ALS）的神经变性疾病中发现的损害。在单独的研究中，科学家们将这些疾病与炎症联系起来，并且无法正确地妥善穿过细胞的线粒体。线粒体触发的炎症可能是两者之间的缺失联系。

例如，与某些形式的遗传帕金森病 - PINK1和PRKN相关的两个基因中的突变导致通过该过程中的问题，受损的线粒体分解并从细胞中清除。 2019年，由Richard youle在Ninds领导的小组展示，在粉红色的突变和PRKN中，诱导线粒体损伤（通过详尽锻炼或通过改变线粒体DNA）活化炎症分子。这些动物还在他们的大脑中丢失了多巴胺的神经元，并产生了与帕金森病的运动标志的问题。然而，当研究人员重复设计的小鼠缺乏重要炎症分子时，这些效果并没有发生。这些研究结果表明，在遗传上倾向于帕金森的动物中，线粒体DNA中的任何应力或毛刺都可以引发促进疾病的炎症。

尽管需要更多的工作来建立同样的过程是在人类中发生的情况下，“有很多证据表明未能保持健康的线粒体是导致帕金森症状的发展的早期病理事件之一，”莫赫曼说一份2020篇论文在细胞和发育生物学的年度审查中，脊针讨论了线粒体问题的问题可能导致神经变性。

作为泄漏线粒体DNA的证据安装，一些研究人员正在关注原因。西部，许多过程可能是在剧案中，现在是一个免疫医学家德克萨斯A＆amp;米大学。他说，一种情景是，通过遗传或环境因素加剧时，细胞器随着时间的推移喷射恒定，低水平的DNA水平，并且这种积累可以达到疾病发生的阈值。

心理压力可能是一种这样的因素。在2019年研究中，哥伦比亚大学的线粒体精神病学家马丁科德和他的同事们报告说，经过一篇简短的舆论任务，要求参与者捍卫自己的违法行为，血流中的自由浮动线粒体DNA的水平，表明线粒体引起了它们的遗传物质。

这种线粒体损伤和DNA释放可能有助于人类疾病，即使在没有感染的情况下，炎症似乎发挥作用，例如癌症，自身免疫病症和神经变性障碍。

他和其他人也怀疑线粒体诱导的炎症可能是老化本身的关键驱动因素。在最近的一项研究中，西方团队展示了小鼠的设计，以更快地具有不稳定的线粒体DNA，显影诸如头发和骨质损失和过早死亡的问题。消除由线粒体DNA激活的免疫系统的元素颠覆了这一过程，将动物的寿命延长约40天。 （这些结果发布在BiorXiv出版物之前，尚未进行同行评审。）如果未来的研究涉及这一点，它将提供衰老，在这些小鼠中的老化至少是由线粒体损伤的部分驱动的。

线粒体有其他功能，有助于维持健康的大脑功能 - 或者在出现时造成问题。例如，线粒体有助于控制潜在毒性副产品的平衡，称为反应性氧物质和皮质醇等应激激素的合成。线粒体也高度动态 - 通过信令分子和物理连接彼此互动。它们连续进行裂变，其中大型线粒体分成两个较小的线粒体，或者融合。这些正在进行的互动也可能影响大脑功能和行为，以便研究人员只开始意识到。

瑞士联邦理工学院的行为神经科学家Carmen Sandi以及她的小组在具有高水平的焦虑行为中检查了小鼠的线粒体，例如在开放地区的愿望不那么愿意。他们发现，在那些动物中，线粒体在核心腺的神经元中，一个涉及加工奖励的脑区域，与在显示较低的焦虑水平的动物中产生ATP的熟练程度不那么熟练。高焦虑动物还展示了融合中涉及的酶的较低水平 - 这使得线粒体能够在需要时组合并混合其含量彼此互相支持。研究人员发现，增加该蛋白质的水平不仅恢复了线粒体功能，而且还减少了焦虑行为。

像这些一样的调查结果使科学家推理有理由希望有一天能够为靶向这些细胞器的脑疾病发展治疗。例如，Frye最近开始临床试验来调查营养素是否可以逆转他的团队在自闭症儿童中发现的线粒体异常。华莱士补充说，研究人员已经知道许多潜在治疗，帮助提高线粒体的功能 - 从药物到行为干预，例如运动。

测试此类干预措施需要时间。目前，科学家们正忙于解开大量功能线粒体在大脑中的功能。这项工作的大部分仍然是初步的，但来自各种学科的证据 - 包括神经科学，免疫学和心理学 - 科学家对未来感到兴奋。 Sandi说，有足够的关于线粒体的新发现空间。 “我认为他们的表现不比神经科学家过去所相信的那么多。”

本文最初出现在知识杂志中，这是一项从年审查的独立新闻议会。 注册时事通讯。