线粒体氧自由基和衰老的研究进展

第30卷第3期2008年9月 湘潭师范学院学报(自然科学版)Journal o f X ia ngta n Normal Un iver sity(Natural Science Edition) Vol.30No.3Sep.2008

线粒体氧自由基和衰老的研究进展

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孙远东,唐新科,刘丽莉

(湖南科技大学生命科学学院,湖南湘潭411201)摘　要:综述了线粒体作为细胞呼吸和氧化的中心,也是产生氧自由基(R OS )的重要场所,线粒体ROS 的产率与衰老的速率呈正相关;ROS 能对mtDN A 产生氧化伤害导致mtD N A 突变,mtD NA 突变的增加能加速衰老进程,抗氧化剂和热量限制(CR)都能影响细胞的衰老,但有着不同的机制;最后还讨论自由基导致衰老学说所面临的困难与挑战,展望了对衰老本质的探索。

关键词:线粒体;氧自由基;衰老

中图分类号:Q505 文献标识码:A 文章编号:1671-0231(2008)03-0036-03

自由基是生物体新陈代谢过程中产生的一类具有氧化活性的带负电的离子,由于具有未配对的电子,其化学性质相当活跃,易对机体产生迅速而强烈的损伤,所以自由基的产生和机体对自由基的清除功能的动态平衡同人体的长发育、疾病及衰老密切相关。通过对具有不同衰老速率的动物的研究表明,线粒体氧自由基的产率直接与线粒体D NA (m tD NA )的氧化伤害呈正相关,与高等脊椎动物的最大寿命呈负相关。衰老的有害效果在有丝分裂后的组织中最为明显,因为在这些组织中,细胞的损伤是不可逆的,不能通过有丝分裂来修复和替代。在有丝分裂后的组织中,脑是最重要的,正常衰老过程中,脑的结构和功能会发生改变,而这些变化的分子基础目前还不明了,但是许多研究表明其与的活性氧(ROS )和线粒体相关[1]。本文对近年来对衰老和线粒体氧自由基关系的研究情况进行了综述。

1　线粒体氧自由基的产生

抗氧化剂虽不决定衰老的速率,但与最大寿命呈负相关的特点表明:长寿动物内源的自由基产率比短寿动物的应该更低。在细胞的许多位置都能产生自由基,但是在健康的组织中,自由基的主要来源是线粒体呼吸链。因此,许多研究已经把重心集中在线粒体氧自由基的产生和最大寿命之间的可能关系。

线粒体是细胞呼吸和氧化的中心,氧自由基主要来源于线粒体的呼吸链。呼吸链上产生氧自由基最初认为是归功于复合物Ⅲ中的辅酶Q [2]。后来在鼠和人的功能完整的线粒体中发现在复合物Ⅰ中也存在一个重要的R OS 产生器。利用抑制剂对电子传递的抑制作用,可以确定ROS 产生器位于复合物Ⅰ中,有学者在研究用复合物Ⅱ的底物-琥珀酸诱导R OS 的产生时发现,加入复合物Ⅰ的抑制剂鱼藤酮能抑制ROS 的产生,从而间接证明R OS 的产生部位主要是复合物Ⅰ的F MN 亚单位,而不是复合物Ⅲ的C oQ [3]。然而,最近的研究表明ROS 产生器位于的铁氰化物还原位点和鱼藤酮结合位点之间,这就排除了F MN 是ROS 产生器,那么ROS 的来源可能是呼吸链复合物Ⅰ的FeS 簇,这一结论获得了广泛的支持,如用呼吸抑制剂二苯碘阻断电子流向FeS 簇,可以观察到ROS 的产率降低[4～5]。

很多的研究结果表明:线粒体ROS 的产率与最大寿命呈负相关,在分离的脑等有丝分裂后组织中,长寿动物的线粒体ROS 产率比短寿动物的更低[6],这样就导致了长寿动物内源性抗氧化剂浓度低,这一特性可以解释为什么内源性抗氧化剂浓度与最大寿命呈负相关。长寿动物的共同特征是R OS 产率低,这与它们的衰老速率慢相一致,而且线粒体ROS 生产对衰老的控制作用在无脊椎动物、真菌及培养的细

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收稿日期63

作者简介孙远东(5),男,湖南邵阳人,博士,讲师,研究方向生物化学。:2008-0-2:197-: