线粒体（mitochondrion），是细胞的“能量工厂”，线粒体内有一套独立于细胞核的遗传物质——线粒体DNA（mtDNA）。由于线粒体在能量稳态中的重要作用，因此，线粒体障碍会导致多种疾病发生，包括发育障碍、神经肌肉疾病、代谢疾病、癌症进展等等。

此外，线粒体功能障碍在衰老过程中也发挥着重要作用，但其背后的具体机制仍不清楚。

近日，罗切斯特大学医学中心、德国农场动物生物学研究所、华盛顿大学、慕尼黑工业大学的研究人员合作，在 Nature 子刊 Nature Aging 上发表了题为：Optogenetic rejuvenation of mitochondrial membrane potential extends C. elegans lifespan 的研究论文。

该研究通过基因工程改造秀丽隐杆线虫的线粒体，使其可以将光能转化为细胞可利用的化学能，改善其年龄相关表型，并延长寿命约30%。这项研究阐明了衰老过程中的重要机制，并可能为与年龄有关的疾病带来新的治疗方法。

研究团队对秀丽隐杆线虫的线粒体进行了基因改造，使其携带了从真菌中获得的光激活质子泵，该团队于2020年发表在 EMBO Reports 期刊的论文中首次描述了这一成就【2】。

在这项最新研究中，研究团队发现，当暴露在光线下时，这种光激活质子泵会让带电离子穿过线粒体膜，利用光的能量给线粒体充电。

线粒体被称为细胞中的发电厂，线粒体燃烧碳源（主要是葡萄糖），为细胞产生能量。而这项研究所做的相当于将太阳能电池板连接到火力发电厂基础设施上。而太阳能电池板其实就是光遗传工具。在这种改造后，线粒体就能够额外利用光能产生ATP。

线粒体功能障碍是衰老的结果，这项研究发现，简单地利用光能线粒体促进新陈代谢就能让秀丽隐杆线虫活得更久、更健康。这些发现和新的研究工具将使我们能够进一步研究线粒体，并确定治疗与年龄有关的疾病和更健康衰老的新方法。

这项研究发现提供了直接的因果证据，证明了挽救与年龄相关的线粒体膜电位下降足以减缓衰老速度，延长健康寿命和寿命。

研究团队表示，还需要更多地了解线粒体在动物体内的真实表现。首先在线虫中，就像目前的研究一样，然后在培养的人类细胞，以及在啮齿动物模型中进一步验证。以充分了解人类疾病和衰老最可能的参与者。


论文链接：

https://www.nature.com/articles/s43587-022-00340-7

https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embr.201949113