每个人的身体里有几万亿个发电站,这是怎么回事?

打开机场的成功学教材,一定能看到一章必修课—— " 现代人如何给自己充电 "。也是,想想自己熬夜浪一晚之后,一周都无精打采;刚准备跑个 2km,迈了几步就喘地不行;早上起不来,晚上睡不着更是平平无奇的日常操作……这不就是没电的状态吗?

但电可不能乱充,在 " 充电 " 之前,让我们先搞懂人体是如何 " 充电 " 的?

人体内几万亿个发电站,如果不顶用了怎么办

如果把人体比做一间房子,那么构成人体的细胞就是砖块,如果你的细胞受到损伤,得不到充分的营养,那好比是空心的、缺一角的、偷工减料的砖块,谁家房子塌了,一点都不奇怪。细胞出问题了,人体也会出现问题。

饮食、营养、运动等因素都会影响细胞的健康,而有一个小东西——线粒体(mitochondria),可能是这些因素作用的重要对象之一。

线粒体不是永动机

我们应该都在中学生物课上听说过鼎鼎大名的 " 线粒体 "。如果把细胞比作一个现代化工厂,那么线粒体就是细胞内的 " 能量电站 ",为人体提供着 95% 的能量。它的主要作用是吸收葡萄糖和脂肪酸,以及我们呼吸的氧气,并将它们转化为能量。除了供能,线粒体也调控着细胞的生长、凋亡,细胞中的钙离子浓度的动态平衡以及基因调控。

在大多数人的认知里,线粒体就是活力饱满、源源不断输送能量的 " 生命发电机 ",但你可能不知道,线粒体也并不是 " 永动机 ",换句话说,线粒体结构和功能也可能会发生异常,一旦发生,就可能会导致身体机能出现异常。

线粒体产生能量的重要原料就是氧,人体吸入的 90% 的氧气都会被线粒体用以制造能量。但鲁迅先生说得好:A coin has two sides,一个平平无奇硬币都有两面性,更别说这么重要的氧气了。

氧气是强氧化剂,它会不断的产生自由基,作为生产活性氧大本营的线粒体,会比细胞的其他部分更频繁地受到活性氧的伤害,更容易积累氧化损伤 [ 1 ] 。

而线粒体受到损伤,就会导致细胞衰亡,从而引发各种问题,比如让护肤达人们捉急的皮肤衰老、损伤,还有心血管疾病、缺血再灌注损伤 [ 2 ] 和神经退行性疾病 [ 3 ] 等各种问题,最终导致人体衰老。此前有研究发现,限制饮食能够延长哺乳动物的寿命,其中的作用就可能与减少线粒体氧化损伤有关 [ 4 ] 。

而且随着年龄的增长,氧化损伤还会像沙漏一样不断积累,可以说线粒体的氧化损伤,就是人体衰老的凶手之一 [ 5 ] 。当线粒体不能正常工作时,这意味着它们不能为你的身体产生足够的能量。

图 | freepik.com

当我们回到文章开头提到的场景,那些莫名其妙的疲劳和昏睡也并不是无缘无故,锻炼的时候,还可能会花更长的时间进行体能恢复。

新型补充剂——线粒体靶向抗氧化剂

既然线粒体这么重要,如果没有呵护好就可能导致各种疾病。那么问题来了,应该如何防止线粒体受到氧化损伤,使人体处于健康状态?

实际上,线粒体自己也没闲着,也有自己的 " 抗氧化 " 手段,比如 Mn-SOD、谷胱甘肽等等大家也可能听说过的抗氧化物质。所以,很多人首先想到的就是服用健康补充剂。既然线粒体怕氧化,那么我们就补充抗氧化剂呗,比如维生素 E、维生素 C、黄酮类物质、辅酶 Q10 ……都是现代人办公桌上常见的产品。可惜目前来看,还没有确凿的证据证明这些补充剂是否有积极的效果。

但科学家依旧没有放弃,并且通过研究发现,线粒体壁有双层膜,会对进入线粒体内的成分进行过滤,因此猜测可能是因为膜上的空隙非常小,就像筛子一样把辅酶 Q10 这样的大分子抗氧化剂给拦在线粒体外面了,才限制了效果。而且当我们把范围放大到整个身体,线粒体也就是茫茫沙漠里的一粒沙,如何把这些抗氧化物质精准地送到线粒体内、最大化发挥它们的作用,就是一个很有挑战的课题了。

大概在上世纪 90 年代,剑桥大学专家迈克尔墨菲与生物化学家罗宾史密斯专门进行了以线粒体为课题的研究,试图解决抗氧化剂无法进入线粒体内部去中和自由基的问题。随着生物技术的不断进步,并经过多年的潜心研究,科学家们终于找到了一种相应的线粒体靶向抗氧化剂 -Mitoquinol mesylate,简称 MitoQ,或 MitoQ 分子 [ 6 ] ,并在细胞研究中发现 MitoQ 分子能够有效保护细胞免受过氧化氢诱导的细胞凋亡。这也为膳食补充剂打开了一扇窗。

科学家们还推测,通过恢复线粒体自由基防御系统的功能,一方面,可以增强线粒体的性能,帮助维持日常最佳的身体能量生产;另一方面,还可以降低自由基逃离到细胞中带来的风险,从而保护身体细胞免受潜在危害并且延长细胞的寿命。

MitoQ 分子科技到底是什么?

MitoQ 化学结构(上)和辅酶 Q10 化学结构(下)

说到 MitoQ 分子可能很多人会感觉有点陌生,其实,它跟辅酶 Q10 有一些相似。MitoQ 分子是由一种辅酶 Q10 类似物合成的,而不是直接由辅酶 Q10 制成,但 MitoQ 分子与辅酶 Q10 都具有相同的活性抗氧化剂部分,也是一种抗氧化性能很好的分子。而它的优势在于,体积更小,可以穿越线粒体双层膜后牢牢附着在线粒体内,因此在实验中,MitoQ 分子在线粒体内的浓度最高可以比在血液 / 血浆中的浓度高几百倍,可以持续对抗自由基,增强抗氧化能力 [ 7 ] 。

一些最近的研究也显示,MitoQ 分子可能对人体健康产生特定的积极作用。

在保护心血管方面,MitoQ 分子对疾病保护作用的首次研究是抗心肌缺血 / 再灌注损伤。体外培养细胞的研究结果显示,MitoQ 有助于缓解心脏功能障碍、组织损伤和线粒体功能障碍 [ 8 ] [ 9 ] 。此外,由于 MitoQ 分子可以保护线粒体内硝化甘油代谢酶,对内皮细胞损伤 [ 10 ] 和高血压 [ 11 ] 也具有积极作用。

就抗衰老来说,一篇综述分析了 MitoQ 分子与衰老有关的动物研究,发现 MitoQ 分子能够显著降低硝基酪氨酸浓度并增加膜电位,诸多衰老相关的生物标志物指标都有所改善,说明 MitoQ 分子可能在减轻与衰老相关的氧化应激方面有效果 [ 12 ] 。当然这只是一个动物研究,跟人还有一定距离。

不仅如此, MitoQ 非常重视临床试验,至今已经在心血管、肝脏、骨骼等不同领域完成了 9 次人体试验。其中,有两个研究已获得国际医疗界的关注:20 名内皮功能受损的健康老年人(60-79 岁)接受了 6 周口服 MitoQ 的治疗。与安慰剂对比,MitoQ 分子耐受性良好,综合结果显示,MitoQ 分子以及其他靶向线粒体的抗氧化策略有望用于治疗年龄相关的血管功能障碍 [ 13 ] 。而发表在《欧洲应用生理学杂志》的一项随机对照试验中,给予两组男性口服 20mg MitoQ 分子和 200mg 的辅酶 Q10,结果发现 MitoQ 分子比辅酶Q10 疗效更好 [ 14 ] 。除此之外,我们也看到还有几十个相关研究也正在进行,期望看到更多研究成果。

值得注意的是,影响人体健康的因素是十分复杂的,目前这些研究也还在一个初级阶段,还有很多未知需要我们研究和验证。但可以预见,不同种类的线粒体补充剂将是未来研发的方向之一。

MitoQ 分子的由来

读到这里,大家一定很好奇它是如何被制造、以及如何工作的呢?基于 MitoQ 分子的专利(专利号 US9192644),我们这一次就通过几张简笔画,带大家快速了解下 MitoQ 分子的工作日常。

这是科学家找到的一种分子,叫亲脂性三苯基磷,我们简称它为菲尔。

菲尔充满了正电荷,和 " 瘦身 " 后的辅酶 Q10 结合,

就如同形成一支精英组合。

这支队伍能够通过线粒体双层膜的安检 , 附着在线粒体内。

这样一个精英组合就叫做 MitoQ 分子。

不过,当我们在了解它对身体的影响之后,更应该理性看待。目前虽然 MitoQ 分子在抗衰老、提高免疫力及抵抗力等方面的研究已有一部分成果,但科学家还在紧锣密鼓地开展更多的临床试验和研究,期待能产生更多的数据,对健康提供更加确凿有效的保障。

影响健康长寿的因素很复杂,均衡的饮食和锻炼仍然是被反复验证过的有效手段。不要完全寄希望于膳食补充剂,如果生病了,更要及时就医并遵医嘱,膳食补充剂不是药物,并不能治病。

参考文献

[ 1 ] C. Richter, J.-W. Park, B.N. Ames, Normal oxidative damage to mitochondrial and nuclear DNA is extensive, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85 ( 1988 ) 6465 – 6467.

[ 2 ] D.T. Lucas, L.I. Szweda, Cardiac reperfusion injury: aging, lipid peroxidation, and mitochondrial dysfunction, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95 ( 1998 ) 510 – 514.

[ 3 ] M.K. Shigenaga, T.M. Hagen, B.N. Ames, Oxidative dam age and mitochondrial decay in aging, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 ( 1994 ) 19771 – 19778.

[ 4 ] R.S. Sohol, R. Weindruch, Oxidative stress, caloric restric- tion and aging, Science 273 ( 1996 ) 59 – 63.

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[ 6 ] Kelso G F, Porteous C M, Coulter C V, et al. Selective targeting of a redox-active ubiquinone to mitochondria within cells antioxidant and antiapoptotic properties [ J ] . Journal of Biological Chemistry, 2001, 276 ( 7 ) : 4588-4596.

[ 7 ] 蒙萍 , 马慧萍 , 景临林 , 等 . 线粒体靶向抗氧化剂 MitoQ 的研究进展 [ J ] . 解放军医药杂志 ,2014,26 ( 12 ) :108-111. DOI:10.3969/j.issn.2095-140X.2014.12.029

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[ 10 ] Esplugues, J.V. t al. 2006. Complex I dysfunction and tolerance to nitroglycerin: an approach based on mitochondrialtargeted antioxidants. Circ. Res. 99: 1067 – 1075.

[ 11 ] Graham, D. et al. 2009. The mitochondria targeted antioxidant MitoQ10 improves endothelial function and attenuates cardiac hypertrophy. Hypertension 54: 322 – 328.

[ 12 ] Braakhuis A J, Nagulan R, Somerville V. The effect of MitoQ on Aging-related biomarkers: a systematic review and meta-analysis [ J ] . Oxidative medicine and cellular longevity, 2018, 2018.

[ 13 ] Rossman M J, Santos-Parker J R, Steward C A C, et al. Chronic supplementation with a mitochondrial antioxidant ( MitoQ ) improves vascular function in healthy older adults [ J ] . Hypertension, 2018, 71 ( 6 ) : 1056-1063.

[ 14 ] Pham T, et al. MitoQ and CoQ10 supplementation mildly suppresses skeletal muscle mitochondrial hydrogen peroxide levels without impacting mitochondrial function in middle-aged men. Eur J Appl Physiol. 2020 Jul;120 ( 7 ) :1657-1669. doi: 10.1007/s00421-020-04396-4. Epub 2020 May 26. PMID: 32458156.

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