2018/07/20 學者專家 魏耀揮

粒線體是細胞的發電廠

粒線體是動物及人類細胞的發電廠，每個組織細胞有數百至數千個粒線體，是負責執行許多重要生化功能的胞器（organelles）。主要進行能量代謝途徑之許多生物化學反應以製造ATP，供應細胞90%以上的能量需求，一個成年人每天要消耗大約700公斤的氧氣來製造60-70公斤的ATP，以維持正常的各種生理活動。同時，粒線體也參與嘧啶核苷酸（pyrimidine nucleotides）生合成、細胞內鈣離子恆定（homeostasis）調解及透過凋亡分子（apoptotic molecules）的移位（translocation）管控細胞的生與死。

粒線體是細胞製造活性氧分子的主要場所

粒線體呼吸鏈執行電子傳遞的過程中會產生過氧化氫 （H2O2）、超氧陰離子（O2 ）及氫氧自由基（HO.）等活性氧分子（reactive oxygen species, ROS），粒線體是人類和動物細胞製造ROS最主要的地方。雖然有一些ROS及自由基被證實在維持體內生理功能上扮演重要的角色，但因其具極高的化學活性，非常不穩定，當ROS產量過多時便會藉由氧化作用破壞體內的細胞及組織進而引發疾病。人體與生俱來就具備能消除活性氧自由基的防衛系統，這個系統主要仰賴存在粒線體內的CoQ10和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,­SOD)、過氧化氫酶（catalase）和穀胱甘肽過氧化酶（glutathione peroxidase）等酵素進行抗氧化作用。

產生過量的活性氧分子誘發氧化壓迫

當細胞產生過量的活性氧分子（ROS）或因個體老化抗氧化酵素系統不平衡或衰竭時，活性氧分子（ROS）無法被有效地清除，就會誘發氧化壓迫（oxidative stress），引起「脂質過氧化」（lipid peroxidation）的鏈鎖反應，細胞膜、細胞核內的DNA及首當其衝的粒線體DNA等生化分子皆會受到ROS攻擊而發生基因突變，當粒線體DNA突變達到一個比例以上就會導致粒線體能量代謝功能缺陷。近十餘年來許多的研究顯示，粒線體DNA突變引起之功能異常與粒線體疾病、老化相關疾病及代謝症候群的發生有密切的關係。

氧化損傷的累積導致老化和退化性疾病

活性氧分子（ROS）的累積會導致蛋白質氧化損傷、代謝異常和細胞凋亡（apoptosis），氧化壓力導致的粒線體DNA突變和脂質過氧化已被認為是人體細胞功能衰退及老化的主因之一，本研究室於1990年初期，率先報導人體在老化過程中組織細胞的粒線體DNA突變不斷累積，造成細胞粒線體呼吸功能的逐漸衰退和活性氧分子（ROS）的累積。長期的研究發現也證實ROS和神經退化性疾病、癌症、心血管疾病、風濕性關節炎及糖尿病等各種老化相關疾病的發生有密切的關係，許多研究證實氧化損傷造成蛋白質變性聚集（aggregates of denatured proteins）是巴金森氏症和阿滋海默氏症等神經退化性疾病的重要致病原因。因此，從蔬菜、水果及其他的食物中攝取足夠且多樣的抗氧化劑，維護粒線體的正常功能及提升組織細胞內的抗氧化防禦系統，以減少生化分子氧化損傷的發生，是維持身體健康、預防疾病及延緩老化的有效策略。

作者簡介： 魏耀揮 彰化基督教醫院粒線體醫學暨自由基研究院院長 經歷： 馬偕醫學院校長 暨 醫學系專任教授、陽明大學 醫學院生物化學科教授 兼主任、科技部生物科學發展處處長、亞洲粒線體醫學暨研究學會理事長、台灣粒線體醫學暨研究學會理事長、台灣自由基研究學會理事長