顾正龙教授：线粒体是生命从无序走向有序的钥匙｜创新正当时

《中国化妆品》杂志 | 李珠莲

近期，《中国化妆品》“科技创新沙龙”第一期在广州成功举办。国际知名遗传学专家、美国康奈尔大学荣誉教授顾正龙受邀参与，在活动现场介绍了线粒体技术的前世今生，并分享了国内外关于线粒体研究的最新进展。

自1998年北京大学毕业后，顾正龙赴芝加哥大学攻读进化生物学博士，随后在斯坦福大学完成博士后研究 ，2006年在康奈尔大学建立自己的实验室，2012年获终身教授职位，2018年晋升正教授，2021年回到中国，目前在复旦大学广州研究院工作。他表示，目前自己所在的实验室有两个核心目标：一是阐明线粒体DNA突变与衰老及衰老相关疾病的关系；二是基于这些研究开发干预方案，涵盖疾病治疗、保健及美妆等领域。

以下内容摘录自顾正龙教授现场演讲内容

线粒体的核心功能与进化奇迹

提到线粒体，大家可能在教科书上见过它的模式图——双层膜结构，而它的核心功能是“发电”，即产生ATP。顾正龙教授表示，具体来说，电子传递链运作时，会将氢离子从内膜一侧泵到另一侧，形成浓度差。“就像三峡大坝的水位差，氢离子顺浓度差回流时，会驱动“小马达”转动，每圈产生3个ATP。”

人类的所有生命活动，从吃饭、运动到思考，都依赖ATP，而大部分ATP都来自线粒体，这一机制与水力发电机惊人相似。这一机制的发现者是Peter Mitchell，他曾因提出相关理论不被认可而辞职，在自家地下室设立实验室，最终证实了这一过程，荣获1979年诺贝尔奖。作为进化生物学背景的研究者，我深感这一进化成果的神奇——它并非人类设计，而是自然进化的精妙产物。

线粒体的特殊之处在于它拥有自身的遗传物质——环形DNA，仅来自母亲，长度约16,000个碱基，远短于核基因组的31亿个碱基。尽管短小，它却编码13个关键蛋白（以及22个tRNA和2个rRNA），这些蛋白是线粒体“发电机组”的核心部件，任何一个突变都可能导致功能失效。 更特别的是，线粒体DNA的突变率比核基因组高100倍以上，且几乎所有碱基都承担重要功能。

这种“高突变率+高重要性”的组合，看似矛盾，实则是进化的精妙设计。 从进化角度看，线粒体的起源是生命史上的关键事件：约21亿年前，一个能利用氧气的细菌进入另一个细菌体内，形成内共生关系，前者逐渐进化为线粒体。这一事件让单细胞生物向多细胞生物（动物、植物、真菌等）进化成为可能——因为线粒体高效的能量产生，支撑了生物有序度的提升（即“熵减”）。正如薛定谔在《生命是什么》中所说，生命通过摄入能量维持有序，而衰老则是“熵增”（混乱度增加）的过程，线粒体功能下降正是这一过程的核心驱动力。

线粒体DNA突变与疾病、衰老的关联

线粒体DNA突变与多种疾病密切相关：

1）线粒体疾病：约1/2000的新生儿受其影响，70%-80%由线粒体DNA突变导致，且突变主要来自母亲的卵细胞。

2）自闭症：顾正龙教授及其团队是全球最早研究自闭症与线粒体突变关系的团队之一，发现部分自闭症可视为“轻症线粒体疾病”，与卵细胞中的线粒体DNA突变相关。疫情后，自闭症发生率显著上升（从约0.7%增至更高），推测可能与儿童线粒体稳态受影响有关，干预线粒体功能或可改善症状。

而衰老的核心机制，正是体细胞（如肌肉、皮肤、神经元、免疫细胞等）中线粒体DNA突变的积累。一个细胞内的线粒体DNA有多个拷贝，初始突变可能仅占1%，但随着细胞分裂，突变比例会随机增加（类似概率事件），当突变比例达60%以上时，线粒体功能显著下降，引发细胞衰老——表现为能量不足、代谢紊乱、细胞死亡启动、炎症反应等。 顾正龙教授及其团队研究显示，70多岁老人的免疫细胞（B细胞、单核细胞）中，线粒体DNA突变极其普遍，且不同细胞的突变类型、比例差异极大；而年轻人的突变则少得多。这证实了线粒体DNA突变积累是衰老的底层原因。

线粒体的功能远不止产生能量：

（1）代谢中心：大部分物质代谢在 mitochondria 内进行；

（2）细胞死亡调控：十余种细胞死亡方式均由线粒体启动；

（3）炎症源头：衰老或疾病中，线粒体内容物（如DNA、dsRNA代谢物）泄漏，引发的炎症通路与细菌感染一致（因线粒体起源于细菌）；

（4）表观遗传关联：线粒体产生的代谢物可修饰DNA、RNA和蛋白质，影响表观遗传。

幸运的是，线粒体DNA突变引发的问题是可干预的。核心机制是“线粒体自噬”（mitophagy）——细胞主动识别并清除受损线粒体的过程，已有七八个相关通路被发现。干预方式包括：不吃晚饭、激烈运动，或摄入特定物质（如保健品、中药成分），这些都能激活线粒体自噬。

研究应用与跨学科探索

基于上述研究，顾正龙教授及其团队正在推进多项应用转化：

（1）工具开发：发明了高精度检测线粒体DNA突变的技术，获多项专利，目标是实现快速检测与分析；

（2）筛选平台：建立高通量筛选平台，寻找能清除损伤的线粒体、增强线粒体活性、抑制下游炎症的小分子，已与华熙生物、汤臣倍健、蒙牛等企业开展合作，评价其产品成分的线粒体调控效果；

（3）疾病治疗：在癌症领域，通过破坏线粒体释放内容物，可增强免疫治疗效果；在红斑狼疮等自身免疫病中，保护线粒体可减少炎症；在神经退行性疾病中，线粒体功能改善可延缓神经元死亡。

此外，顾正龙教授及其团队还尝试跨学科探索：发现中医“阳气”与线粒体活性高度相似——均与能量、免疫相关，且受情志、睡眠影响。基于此，其团队研究温阳补气类中药（如桂附地黄丸）如何通过保护线粒体、清除坏线粒体、抗炎等机制发挥作用，为中药现代化提供科学支撑。

目前，顾正龙教授及其团队正系统探索线粒体DNA突变从0岁到100岁的积累规律，开发清除线粒体DNA突变的药物，希望为延缓衰老、预防疾病提供全新方案。他表示，线粒体研究不仅是基础科学的前沿，更为美妆、保健、医药等产业提供了创新路径，期待与各位携手，探索线粒体能量护肤的“中国路径”，推动中国美妆产业在细胞抗衰赛道实现突破。

*线粒体在化妆品领域的应用尚处创新研发初期，亟待更多研究者参与。关注顾教授公众号 “顾的Good线粒体”，可获取更多专业知识与前沿动态。