线粒体与神经系统疾病

当笔记本电脑电量不足时，你可以将其设置成省电模式，通过降低各项参数的指标来维持基本的工作状态。同理，如果一只哺乳动物饿了几天肚子，它的大脑是否也会自动进入省电模式呢？这就是爱丁堡大学的神经生物学家娜塔莉·罗什福特（Nathalie Rochefort）想要回答的问题。她和同事们用小鼠做实验，发现小鼠的大脑确实存在省电模式，其代价就是一些功能会打折扣。

根据罗什福特博士在2022年1月29日出版的《神经元》（Neuron）杂志上发表的论文，当小鼠因饥饿而减掉15%～20%的体重时，它会通过降低神经信号强度的方式来节约能量，其大脑视觉皮层的能耗因此而减少了29%。这么做的代价就是小鼠的视力会变得模糊，对细节的分辨率大大降低。

人类是否也会如此？这个问题因为缺乏实验数据支持而暂无明确答案。但这个小鼠实验告诉我们，哺乳动物的大脑不会每时每刻都处于满格的状态，而是会根据能量供应的多少调整其工作模式。事实上，一直有人怀疑某些神经系统的疾病并不是因为硬件的损伤，而是源于能量供应不足而导致的系统波动。

这里所说的能量供应指的不是饮食状况，而是三磷酸腺苷（ATP）的供应量。ATP是细胞的能量来源，所有的生命活动都需要由ATP来提供能量。如果我们把ATP比作电能的话，那么线粒体就是真核细胞的发电机。所有其他形式的能源，无论是太阳能还是食物内蕴含的化学能，都必须先由线粒体转化成ATP才能被真核细胞直接利用。

线粒体自带基因组，是一个具备很强自主性的细胞器。人类的线粒体基因组包含37个基因，负责编码和线粒体功能密切相关的13种蛋白质。其余的线粒体蛋白质则由细胞核内的核基因组负责编码，而这两个基因组之间的配合度就成了决定线粒体功能好坏的关键因素。有些人体内的这两个基因组天生不匹配，这会导致严重的线粒体病。但在大多数情况下，这两个基因组之间的配合度是逐渐变差的，原因在于线粒体基因组的突变率要比核基因组高一个数量级。一种理论认为，衰老的真正原因就是两个基因组的配合度随着年龄的增长而逐渐下降，导致能量供应不足，细胞因此而无法行使正常的生理功能。

所有的细胞类型当中，就属神经细胞对能量的需求最大。比如人类大脑只占体重的2%，却消耗了20%的能量，两者之间的差距就是靠增加线粒体数量来实现的。绝大部分人类体细胞内的线粒体数量大约在1000～10000个左右，而脑神经元内的线粒体数量最高可达200万个之多，由此可见神经活动的能耗之大。一旦脑神经元内的线粒体出了问题，导致ATP供应不上，大脑很可能被迫进入省电模式，神经性疾病也许就是这么来的。

举例来说，瑞士联邦理工学院的神经生物学家卡门·桑迪（Carmen Sandi）早在2013年就提出焦虑症的原因很可能就是脑神经元内的线粒体出了问题。她用小鼠做实验，发现越是焦虑的小鼠，其大脑伏隔核（Accumbens）内的线粒体质量就越差。伏隔核是专门负责自我激励的脑组织，如果该组织内的神经元缺乏能量，小鼠就没了斗志，其行为表现就是焦虑。

可惜的是，目前尚无提高线粒体工作效率的特效药，我们只能通过健康饮食和加强锻炼来提高线粒体的质量。在这一点上，线粒体和电池正好相反，我们越是积极地使用它，它的质量就会越好。