在谈起人类起源和演化时，“非洲老祖母”是常常被提及的角色，而这一角色的原型非“线粒体夏娃”和“露西”莫属了。而相比于“露西”，“线粒体夏娃”使用DNA追溯，也许更具有实证性。本期我们来了解，自有一套DNA的线粒体。

我们的生命活动，如大脑思考、心脏跳动、肌肉运动、胃肠蠕动以及眼观六路、耳听八方等都需要能量，而这些能量绝大部分都来源于线粒体。线粒体是细胞内的一种细胞器，其形态仿佛是一根短法棍；它们从周围的细胞液中摄入氧气和“燃料”，然后在其内部“燃烧”，将化学能进行转化，从而为细胞内所有生理活动供能——就像发动机一样。

线粒体

线粒体结构

虽然线粒体的形态和大小“变化多端”，但其基本结构均由内外两层单位膜封闭包裹而成。线粒体的外膜平展，起界膜作用；而内膜则向内折叠延伸形成嵴。在不同的真核生物中，线粒体嵴的形态也呈现丰富的变化，比如，动物细胞中常见的“袋状嵴”是由内膜有规律地折叠形成的，而植物细胞线粒体的“管状嵴”则是内膜不规则内陷形成的弯曲小管。另外，存在于外膜和内膜之间的空间被称为膜间隙（图1）^[1]。

图1：线粒体结构（来源：维基百科）^[2]

线粒体的功能

线粒体的主要功能为氧化磷酸化生产ATP、诱导内源性细胞凋亡、信号转导、以及细胞电解质平衡等。本期主要介绍氧化磷酸化以及细胞凋亡。

氧化磷酸化：线粒体的主要功能是高效地将有机物中储存的化学能转换为生命活动可直接利用的ATP。人体内的细胞每天所需要的ATP，绝大部分是由线粒体产生。因此，线粒体被誉为细胞的“动力工厂”。线粒体通过氧化磷酸化作用进行能量转换，其内膜上的ATP合酶、电子传递以及内膜本身的理化特性为氧化磷酸化提供了必需的保障（图2）^[1]。

图2：氧化磷酸化示意图^[1]

细胞凋亡：当细胞受到内部凋亡刺激因子作用，如癌基因的DNA损伤、细胞缺氧、细胞生长因子缺失等，可激活细胞内部线粒体凋亡途径，并激活Bcl-2蛋白通过调节膜电位从而控制线粒体外膜通透性。随后线粒体释放凋亡相关蛋白，包括线粒体细胞色素c（Cytochrorne c）并激活一系列半胱天冬酶（Caspases）等（图3）^[3]。

图3：细胞凋亡（线粒体途径）^[3]

靶向线粒体的相关药物

1. 靶向mtDNA

mtDNA发生突变，会导致线粒体出现功能障碍，因此有些抗肿瘤药物便是靶向肿瘤细胞的mtDNA，如Etoposide(CSN16298)和Cisplatin(CSN10657)。

2. 基于线粒体电子传递链的药物

如白藜芦醇(Resveratrol, CSN17016)可以抑制线粒体电子传递链复合物Ⅰ～Ⅲ的活性，减少ATP生成；Rosiglitazone(CSN12512)激活PPARγ核受体，并抑制电子传递链复合物Ⅰ，从而增加胰岛素敏感性。

3. 线粒体生物合成促进剂

如O-Acetyl-L-carnitine HCl(CSN26353)，增加乙酰辅酶A的摄取；Dimethyl Fumarate(CSN13701)增强Nrf2抗氧化应激通路的活性。

4. 改变线粒体膜渗透性

异常的线粒体膜渗透性将导致线粒体膜电势的坍塌，使线粒体向细胞质中释放细胞凋亡因子，导致细胞死亡。如Honokiol(CSN19405)以及Betulinic Acid(CSN12619)。

临床上靶向线粒体的药物如下表^[4]

现阶段已有相当数量的、以线粒体上特异结合位点为靶点，或以线粒体结构功能的变异为靶点的小分子化合物被研究报道，其中许多化合物具有潜在的抗肿瘤活性。因此通过靶向线粒体从而治疗肿瘤的策略越来越为人们所重视。

CSNpharm作为一家全球领先的小分子化合物供应商，拥有多种线粒体相关化合物(https://www.csnpharm.cn/cellular/mitochondria.html)，可用于相关疾病的探索。同时，CSNpharm还提供其它细胞器研究相关的工具化合物，如溶酶体、中心体，一步满足您的实验需求，详见CSNpharm官网“细胞生理活动”版面。

友情提示：CSNpharm产品仅用于科学研究！

参考文献:

1. 翟中和，王喜忠，丁明孝. 细胞生物学.4版[M]. 高等教育出版社，2011.

2. https://encyclopedia.thefreedictionary.com/mitochondrion

3. Bock FJ， Tait SWG. Mitochondria as multifaceted regulators of cell death. Nat Rev Mol Cell Biol. 2020 Feb;21(2):85-100. doi: 10.1038/s41580-019-0173-8. Epub 2019 Oct 21. PMID: 31636403.

4. https://clinicaltrials.gov/ct2/home