改写教科书！Science重磅发现：线粒体抗氧化的秘密盟友竟是它——过氧化物酶体

来源：100医药网 2025-07-24 14:16

这项研究为我们深入了解细胞的抗氧化防御机制提供了一个全新的视角。它让我们看到，在我们身体的每一个细胞内，线粒体和过氧化物酶体这两种细胞器正在默默地进行着一场紧密协作的 “跨界合作”。

在如今这个注重健康养生的时代，「抗氧化」仿佛成了大家口中的高频热词。从各种富含抗氧化成分的护肤品，宣称能抵御岁月痕迹，延缓皮肤衰老；到各类打着抗氧化旗号的保健品，号称能让身体充满活力，远离疾病困扰。我们似乎都知道，抗氧化对我们的身体至关重要，可这看不见摸不着的 氧化 究竟是怎么在我们身体里搞破坏，而我们身体内部又有着怎样精密的防御机制来对抗它呢？其实，这一切的秘密都藏在我们身体最小的单位 细胞之中。

最近，一项发表于《Science》的研究就为我们揭示了细胞内细胞器间协同抗氧化的全新机制，为我们理解细胞如何维持自身健康提供了一个全新视角，接下来就让我们一起深入细胞内部，探索这个神奇的微观世界！

线粒体，这个被称作细胞 能量工厂 的细胞器，时刻都在辛勤工作，通过电子传递链产生能量，为细胞的各种生命活动提供动力。然而，就像任何工厂在生产过程中都会产生一些副产品一样，线粒体在工作时也会不可避免地产生活性氧（ROS）作为代谢副产物。在正常情况下，这些 ROS 的量处于一个相对平衡的状态，细胞自身的防御系统能够轻松应对。但当细胞遭遇各种压力，比如受到外界有害物质的刺激，或者内部代谢出现紊乱时，线粒体产生的 ROS 就会大量增加，打破原有的平衡，从而引发氧化应激。氧化应激就如同细胞内的一场 风暴 ，过多的 ROS 会对细胞内的蛋白质、脂质和 DNA 等重要生物大分子发起攻击，造成损伤，长期积累下来，与众多疾病的发生发展都有着千丝万缕的联系，像癌症、神经退行性疾病、心血管疾病等。​

长期以来，科学界都知道过氧化物酶体功能缺陷会导致线粒体 ROS 介导的损伤，可二者之间到底有着怎样的关联，具体的作用机制一直是个未解之谜。直到现在，来自加拿大多伦多大学、英国埃克塞特大学等机构的研究团队经过深入研究，终于揭开了这层面纱。原来，过氧化物酶体是一种富含抗氧化酶（尤其是过氧化氢酶）的细胞器，其内部的氧化还原（redox）环境相比细胞其他区域更偏向还原态，这一独特的 体质 让它具备了成为细胞内 ROS 清除站 的潜力。​

研究团队为了搞清楚过氧化物酶体与线粒体之间的关系，运用了高分辨率激光共聚焦显微镜等一系列先进技术，还开发了时空成像方法，就像是给细胞内的这两种细胞器装上了 追踪器 ，来观察它们的动态相互作用。结果发现，当细胞遭遇线粒体氧化应激时，比如用鱼藤酮处理细胞，或者让细胞在以半乳糖或棕榈酸为碳源的培养基中培养，过氧化物酶体与线粒体的接触比例会显著增加。而且，这种接触可不是偶然发生的，背后有着一套精密的 接头暗号 ，是由过氧化物酶体膜蛋白 ACBD5 与线粒体外膜蛋白 PTPIP51 特异性介导的。

线粒体靶向过氧化氢酶的定位

进一步深入研究发现，ACBD5 与 PTPIP51 就像两个 好朋友 ，通过各自的卷曲螺旋结构域（CCD）直接相互作用，形成了稳定的 分子 tether ，把过氧化物酶体和线粒体紧紧地联系在一起。研究人员通过巧妙的实验手段，敲除 ACBD5 或 PTPIP51 时，过氧化物酶体与线粒体的接触就显著减少；而当过量表达这两种蛋白时，它们之间的接触又会明显增多。更关键的是，在 ACBD5 缺失的细胞中，一旦遇到氧化应激，过氧化物酶体与线粒体之间无法增加接触，直接的后果就是线粒体 redox 稳态失衡，这就好比原本紧密合作的两个伙伴，突然失去了联系，整个工作系统就陷入了混乱。​

那过氧化物酶体与线粒体接触增多到底有什么作用呢？这其实就是研究的核心突破点 这种接触就像是一条专门为 ROS 准备的 转移通道 。当线粒体产生过量 ROS 时，过氧化物酶体就像一个 救援兵 ，通过与线粒体的接触位点，迅速将线粒体 ROS 转运 至自身腔隙。然后，利用自身内部高浓度的过氧化氢酶等抗氧化酶，高效地清除这些 ROS，从而帮助线粒体恢复往日的 平静 ，维持 redox 稳态。​

为了验证这一过程，研究人员进行了一系列巧妙的实验。他们用正常细胞做实验，在氧化应激条件下，观察到过氧化物酶体中谷胱甘肽氧化水平会随着线粒体 ROS 增加而升高，这就像是一个信号，表明 ROS 从线粒体成功转移到了过氧化物酶体。而当研究人员把 ACBD5 缺失的细胞放在同样的氧化应激环境中时，情况就大不一样了，ROS 从线粒体转移到过氧化物酶体的过程显著受损。线粒体因为 ROS 无法及时被转移清除，开始出现一系列问题，ROS 大量积累，膜电位下降，原本正常的形态也发生了改变，变得呈现 elongated 状态，就好像一个人承受了过多压力，开始变得 变形 。不过，好在研究人员发现，通过人为恢复过氧化物酶体 - 线粒体接触，或者补充 ACBD5，又能有效地缓解线粒体氧化损伤，这也从侧面证实了接触介导的 ROS 转移确实是维持线粒体健康的关键机制。​

这项研究首次明确指出过氧化物酶体通过接触介导的 ROS 转移参与线粒体 redox 稳态调控的直接机制，这一发现打破了传统认知中 线粒体抗氧化主要依赖自身系统 的固有观念。从疾病的角度来看，过氧化物酶体生物发生障碍等疾病常常伴随着线粒体功能异常，以前我们可能不太清楚其中的缘由，现在这项研究给了我们提示，很可能是细胞器接触缺陷导致了 ROS 转移出现问题，从而引发一系列疾病症状，这无疑为开发靶向细胞器通讯的治疗策略打开了一扇新的大门。此外，研究还拓展了膜接触位点的功能边界，让我们知道除了已知的脂质、代谢物转运功能外，ROS 转移也是细胞器间重要的通讯方式之一。​

总的来说，这项研究为我们深入了解细胞的抗氧化防御机制提供了一个全新的视角。它让我们看到，在我们身体的每一个细胞内，线粒体和过氧化物酶体这两种细胞器正在默默地进行着一场紧密协作的 跨界合作 ，共同抵御氧化应激的威胁，守护着细胞的健康。这不仅让我们对细胞的微观世界有了更深刻的认识，也为未来相关疾病的治疗和预防提供了新的思路和方向。或许在不久的将来，科学家们能够根据这一发现，开发出更有效的治疗方法，帮助那些深受氧化应激相关疾病困扰的人们。而对于我们普通人来说，这也让我们更加明白身体内部微观世界的神奇与精妙，激励我们保持健康的生活方式，从源头减少细胞所面临的压力，让我们身体里的这些 小卫士 们能够更好地发挥作用，守护我们的健康~（100yiyao.com）

参考文献：

Laura F. DiGiovanni et al, , Science (2025). DOI: 10.1126/science.adn2804.

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