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线粒体是多功能细胞器,不仅能产生细胞内绝大多数腺嘌呤核苷三磷酸(简称三磷酸腺苷,ATP),还可以作为主要的调节中枢,协调程序性细胞死亡、免疫反应、大分子合成(如类固醇、血红素)、钙调节以及胞内和内分泌信号转导等重要的细胞过程。线粒体的多功能性和适应性使其在衰老中起到重要作用。
同时,由于线粒体具有动态性和适应性,其功能健康尤其受到年龄的影响。恢复线粒体功能障碍,保持线粒体健康对于抗衰老来说至关重要。
在Nature子刊NPJ Aging杂志上,中日两国专家学者发表了题为“Pyrroloquinoline quinone (PQQ) protects mitochondrial function of HEI-OC1 cells under premature senescence”的研究论文,研究结果显示PQQ可以起到保护线粒体功能的作用,并且可以延缓细胞衰老。
图源 | nature.com
该研究利用H₂O₂(过氧化氢,已被广泛用于在短时间内实现诱导细胞衰老)诱导的早衰细胞模型,评估了PQQ处理(0.1nM和1.0nM浓度的PQQ)下细胞系线粒体代谢活性、线粒体超微结构、线粒体运动以及相关信号通路。
1、PQQ预处理可增加细胞增殖和细胞代谢
研究者用1.0mM浓度的PQQ预处理H₂O₂暴露的细胞,细胞计数显著增加,而在其他条件下细胞计数保持不变。并且在用0.1 mM和1.0 mM PQQ预处理下,细胞活力没有明显下降,还显著改善了因为H₂O₂暴露诱导的细胞衰老。尤其当细胞预处理为高浓度(1.0nM浓度)PQQ时,代谢活性的下降明显改善。主要衰老标志物的表达在PQQ预处理时也有所下降。
另外H₂O₂暴露降低了细胞的线粒体膜电位(Mitochondrial membrane potential,MMP),PQQ预处理后,MMP的降低更为显著。线粒体活性氧(Reactive oxygen species,ROS) 水平在PQQ预处理后显著增加了。
这些结果表明H₂O₂暴露可诱导细胞过早衰老,PQQ预处理则对于细胞具有保护作用。
PQQ预处理前后H2O2诱导细胞过早衰老的细胞增殖、细胞代谢活性、衰老标志物
图源 | nature.com
2、PQQ可减轻细胞线粒体超微结构损伤
研究者通过透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)图像分析评估了PQQ预处理对H₂O₂诱导细胞过早衰老的保护作用。对照细胞线粒体形态正常,但H₂O₂暴露细胞线粒体超微结构损伤:典型的基质肿胀,大部分线粒体嵴缺失,自噬体形成增加。H₂O₂暴露前PQQ预处理可减轻线粒体损伤、改善了线粒体的内部异质性和肿胀形状并增加了数量。其中0.1nM浓度PQQ预处理组的内体和溶酶体数量显著增加。相比之下,H₂O₂暴露组的自噬体数量显著增加,而PQQ预处理抑制了这种增加的发生。
这些形态学结果表明,PQQ减轻了H₂O₂诱导的细胞线粒体超微结构损伤。此外,PQQ预处理增加了内体和溶酶体的数量,这意味着自噬加速或溶酶体功能抑制。
QQ预处理(0.1nM和1.0nM)和未处理H2O2(100µM)的细胞的线粒体超微结构
图源 | nature.com
3、PQQ有助于恢复受损线粒体功能
研究者评估了线粒体的结构和动态运动,以证实PQQ预处理对线粒体功能的恢复情况。对照组线粒体融合和裂变平衡良好,而H₂O₂暴露组线粒体碎片化呈球囊状,或线粒体超灌注,形状增大。在0.1nM或1.0nM PQQ预处理组,线粒体形状部分恢复正常。线粒体动力学的情况显示与H₂O₂暴露组相比,PQQ预处理组的分支数量、连接数量和平均分支长度均显著增加。与对照组相比,H₂O₂组线粒体运动性有降低的趋势,而PQQ预处理组线粒体运动性有所增加。
这些结果表明,PQQ预处理有助于恢复H₂O₂暴露对线粒体造成的形态学损伤,也有助于恢复细胞的线粒体动力学。
PQQ预处理对早衰细胞模型线粒体形态学的影响
图源 | nature.com
结语
线粒体是细胞的“能量站”,是“氧化磷酸化”或“细胞呼吸”的场所。随着年龄的增长,线粒体功能可能开始下降。因此,改善线粒体的健康可以改善我们器官乃至整个身体的健康。
在这项研究中,证明了PQQ可以促进线粒体功能的恢复,具有防止氧化应激诱导的听觉细胞过早衰老的潜力。
参考文献:
1. Jyung Mean Son , Changhan Lee . Aging: All roads lead to mitochondria. Semin Cell Dev Biol. 2021 Aug:116:160-168. doi: 10.1016/j.semcdb.2021.02.006. Epub 2021 Mar 23. PMID: 33741252.
2. Jingjing Hao , Xiushi Ni , Sergio Giunta. et al. Pyrroloquinoline quinone (PQQ) protects mitochondrial function of HEI-OC1 cells under premature senescence. NPJ Aging. 2022 Apr 19;8(1):3. doi: 10.1038/s41514-022-00083-0. PMID: 35927260.
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