线粒体可能是健康大脑的关键吗？( 二 )
基因改变并不是线粒体导致自闭症的唯一途径 。 某些环境因素 ， 如有毒污染物 ， 与患病风险较高有关 。 美国亚利桑那州凤凰城儿童医院的儿科神经学家和自闭症研究员Richard Frye和他的同事发现 ， 这些因素也可能扰乱自闭症患者的线粒体健康 。 在一项研究中 ， 他们发现 ， 自闭症儿童出生前暴露的空气污染量改变了他们的线粒体产生ATP的速度 。 在另一项研究中 ， 研究人员发现 ， 早期接触锌等营养金属和铅等有毒金属与晚年自闭症患者的细胞器功能如何之间存在相关性 。 这些发现共同表明 ， 线粒体是自闭症与导致该病的环境影响之间缺失的环节 。
Frye表示：“现在对这些做出任何坚定的结论还为时过早 ， 但看起来许多自闭症儿童的线粒体确实被打乱了” 。 “环境暴露 ， 特别是在早期 ， 可能正在将线粒体编程为具有不同类型的呼吸生理学” 。
研究人员还发现了精神分裂症和抑郁症患者的线粒体功能障碍的迹象 ， 例如糖代谢以创造能量的方式受到干扰 。 此外 ， 研究还表明 ， 线粒体可能对许多精神疾病的风险因素很敏感：早期的心理压力 。 例如 ， 在童年经历创伤事件的人似乎每个细胞有更多的线粒体基因组 。 布朗大学的生物精神病学研究员Teresa Daniels表示 ， 线粒体DNA的上升——这可能表明新的线粒体的形成——可能是为了弥补细胞器的问题 ， 她正在研究这个问题 。 Daniels是2020年《临床心理学年度评论》论文的合著者 ， 该论文讨论了线粒体在精神疾病中的作用 。
托莱多大学研究脑部疾病的医生兼科学家Robert McCullumsmith表示 ， 尽管线粒体功能障碍出现在广泛的脑部疾病中 ， 但目前还不清楚这些细胞器的缺陷是这些疾病的主要原因还是次要影响 。 “这有点像鸡和蛋问题” ， 然而 ， 研究线粒体在这些疾病中的作用很重要 ， 他认为有希望 ， 也有证据表明 ， 针对线粒体的治疗方法最终可能会使患者受益 ， 即使他们无法治愈这些疾病 。
当朋友成为敌人时
当线粒体受损或功能失调时 ， 一个后果就是ATP减少 ， 因此大脑正常运行的能量减少 。 但线粒体可能导致大脑疾病的另一种方式源于其祖先的过去 。
作为细菌的后代 ， 线粒体具有DNA和其他成分 ， 当细胞受伤或压力时 ， 可以释放 ， 我们的免疫系统将它们误认为是外部威胁 。 2010年 ， 哈佛大学的研究人员报告称 ， 有严重身体伤害的人（如车祸造成的骨折或出血）的血液中 ， 线粒体DNA迅速释放到血液中 。 这反过来又吸引了免疫细胞 ， 并引发了模仿败血症的严重炎症反应——一种危及生命的疾病 ， 免疫系统攻击身体自身的组织 。
几年后 ， 当时是耶鲁大学博士后菲利普·韦斯特和他的同事们表明 ， 即使没有如此严重的伤害 ， DNA也可以从线粒体中泄漏并激活免疫系统——例如 ， 当细胞器缺乏关键蛋白质时 。
根据越来越多的研究 ， 线粒体DNA释放引起的炎症可能会导致帕金森氏症、阿尔茨海默氏症和肌萎缩侧索硬化症（ALS）等神经退行性疾病造成的损害 。 在不同的研究领域 ， 科学家将这些疾病与炎症和无法正确清除有缺陷线粒体的细胞联系起来 。 线粒体引发的炎症可能是两者之间缺失的环节 。
例如 ， 与某些形式的遗传性帕金森病相关的两个基因（PINK1和PRKN）的突变导致受损线粒体被分解并从细胞中清除的过程中出现问题 。 2019年 ， 由NINDS的Richard Youle领导的一个小组证明 ， 在PINK1和PRKN突变的小鼠中 ， 诱导线粒体损伤（通过彻底运动或改变线粒体DNA）激活炎症分子 。 这些动物还在大脑中失去了产生多巴胺的神经元 ， 并出现了运动问题——这是帕金森病的标志 。 然而 ， 当研究人员重复对设计为缺乏重要炎症分子的小鼠进行实验时 ， 这些影响并没有发生 。 这些发现共同表明 ， 在遗传上易患帕金森氏症的动物中 ， 线粒体DNA的压力或故障都可能引发促进疾病的炎症 。
图片来源：科学史图像/阿拉米图库
细胞有几种质量控制机制来去除功能障碍的线粒体 。 一个重要的机制涉及蛋白质帕金和PINK1 。 当线粒体受损时 ， PINK1和Parkin招募了一个吞噬细胞器 ， 吞噬细胞器并开始降解它的过程 。 当这种质量控制系统失败时 ， 受损的线粒体DNA（mtDNA）可以从线粒体中逸出 。 （这如何发生仍然是一个悬而未决的问题 ， 但它可能会通过特殊的毛孔或线粒体膜破裂退出） 。 一旦释放 ， mtDNA片段可以激活cGas-STING或炎症体等分子 ， 两者都能感知病毒和其他入侵者的外来DNA 。 这反过来又会增加细胞因子的产生并导致炎症 。
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