细胞和分子生物学的国际综述，第340卷：线粒体和寿命——International review of cell and molecular biology, Volume 340: Mitochondria and Longevity
作 者：Carlos Lopez-Otin, Lorenzo Galluzzi
出版社：Academic press
ISBN：978-0-12-815736-7
索书号：Q2/I-61/2018/V.340/Y
藏书地点：武大外教中心
线粒体(mitochondrion)是一种存在于大多数细胞中的由两层膜包被的细胞器，细胞中制造能量的结构，细胞进行有氧呼吸的主要场所，被称为"power house"。其直径在0.5到10微米左右。除了溶组织内阿米巴、篮氏贾第鞭毛虫以及几种微孢子虫外，大多数真核细胞或多或少都拥有线粒体，但它们各自拥有的线粒体在大小、数量及外观等方面上有所不同。
线粒体拥有自身的遗传物质和遗传体系，但它的基因组大小有限，是一种半自主细胞器。除了为细胞提供能量外，线粒体还参与诸如细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程，并拥有调控细胞生长和细胞周期的能力。
线粒体一般呈短棒状或圆球状，但因生物种类和生理状态而异，还可呈环状、线状、哑铃状、分杈状、扁盘状或其它形状。成型蛋白（shape-forming protein）介导线粒体以不同方式与周围的细胞骨架接触或在线粒体的两层膜间形成不同的连接可能是线粒体在不同细胞中呈现出不同形态的原因。
机体衰老是一个复杂的生物学过程, 表现出形态结构、生理功能方面的一系列慢性、进行性、退化性变化。而细胞衰老是机体衰老的生物学基础, 在机体衰老中起着极其重要的作用。众多的研究表明, 线粒体结构和功能的改变既可以促进衰老, 也可以延缓衰老。在运动特别是有氧运动中, 可以通过增强线粒体功能对细胞衰老起延缓作用, 进而延缓机体的衰老。
线粒体是直接利用氧气制造能量的部位，90%以上吸入体内的氧气被线粒体消耗掉，任何事物都有其两面性，氧一方面是生物体利用氧分子制造能量，另一方面氧分子在被利用的过程中会产生极活泼的中间体，活性氧自由基，伤害生物体造成氧毒性。生物体就是在不断地与氧毒性进行斗争，求得生存和发展，氧毒性的存在是生物体衰老的最原始的原因。线粒体利用氧分子的同时也不断受到氧毒性的伤害，线粒体损伤超过一定限度，细胞就会衰老死亡。
线粒体内自由基随年龄增长不断增多，有三方面的原因：一方面由于线粒体电子传递链的活性下降，电子漏和质子漏不断增加；另一方面与年龄相关的线粒体的突变可降低其编码的呼吸链成分的功能，为电子漏出提供条件，导致氧自由基产生增加。
线粒体是细胞的能源中心，在电子传递过程中电子所释放的能量被用来将基质内的质子泵出到线粒体内膜外，从而在线粒体内膜两侧产生电化学梯度，形成线粒体膜电位。内膜外的质子可通过ATP合成酶亚基上的质子通道流回到基质内，质子回流所释放的势能被用来使ADP磷酸化形成ATP。因此，电子传递的4种复合物与ATP合成酶一起构成氧化磷酸化的基础。随着年龄的增长，这5种复合物的氧化损伤不断积聚，数量和活性降低，直接决定ATP的生成减少。此外，自由基代谢与能量代谢分享呼吸链底物供给的电子，随着年龄的增长，呼吸链电子漏出增多，自由基代谢相应增多，这就意味着能量代谢的减少。
活性氧 (reactive oxygen species, ROS) 属于自由基, 是一大类分子的统称, 它们都含有氧原子并且具有极强的氧化能力。生物机体内的ROS包括超氧阴离子(superoxide anion，O2·－)、过氧化氢(hydrogen peroxide，H2O2)、羟自由基(hydroxyl radical，·OH)、单线态氧(singlet oxygen, lO ·OH H2O 2) 等。这其中，O2·－、H2O2、·OH 是O2被还原生成H2O 的过程中产生的3 种中间产物。
细胞内有许多产生ROS 的场所，包括线粒体和细胞膜表面的NAD(P)H 氧化酶(NADPH oxidase)、胞浆中的过氧化物酶体( peroxisome)、细胞色素P450 ( cytochromeP450)、黄嘌呤氧化酶( xanthine oxidase)、环氧合酶( cyclooxygenase) 和脂氧化酶( lipooxygenase) 等。这其中，线粒体内膜上的电子传递链( electron transport chain，ETC)，即呼吸链(respiratory chain)，是细胞内ROS 产生的最主要部位。正常细胞产生的ROS 中有95%来源于此。
研究证实ROS在生命系统内的多种生理、病理功能中都发挥了重要作用。ROS 是细胞内正常代谢的产物，在生物系统内发挥着双重作用。低浓度的ROS 具有有益的生理功能，其通过激活胞浆内的第二信使，参与细胞内的信号转导、细胞应答，以及生物发育分化、损伤修复、代谢、免疫、细胞死亡等过程。自被发现以来，ROS 一直被认为是一类细胞内毒性物质，直到上世纪70 年代ROS 被证明能够激活胞浆内的第二信使鸟苷酸环化酶(cGMP)，ROS 在细胞信号转导过程中发挥的作用才受到人们的重视。ROS 作为信号分子，通过氧化还原反应产生氧化还原信号(redox signaling)，从而参与细胞信号转导调控。细胞可以通过抗氧化系统调节氧化还原状态，调控氧化还原信号，并最终实现对信号转导的调控。ROS 通过氧化修饰信号转导中的激酶等分子，调控多种信号通路，包括：转录因子AP-1 和NF-kB、Src 家族激酶、JNK、MAPK、胰岛素受体激酶和钙信号通路等。H2O2仍然是调控信号转导的最主要的ROS，可以调控基因表达、细胞凋亡等。
相反，高浓度的ROS 具有有害的病理功能，可触发细胞内的氧化应激(oxidative stress)，直接作用于蛋白质、脂类和DNA，造成氧化损伤(oxidative damage)，引起癌症、糖尿病、心脑血管疾病、神经退行性疾病和衰老等。H2O2是ROS 中最稳定的一种形式，且扩散能力很强，能够透过膜，也是引发氧化损伤最主要的ROS 形式。ROS 中的羟自由基可以直接与DNA 组分反应，破坏碱基及DNA 骨架，对细胞内的遗传物质造成永久性的氧化损伤，引起突变、衰老及癌症等。ROS 还能与磷脂的多聚不饱和脂肪酸残基反应，造成脂质的损伤。ROS 可与蛋白质侧链的半胱氨酸、甲硫氨酸残基反应，并且能氧化巯基，形成二硫键，改变蛋白的结构和功能。除了对脂质和蛋白质的直接破坏，ROS 还能影响亚细胞器的功能。ROS 造成的氧化应激可以对膜上的磷脂和蛋白质进行过氧化修饰，造成膜的通透性改变、膜脂质双分子层的破坏，以及多种蛋白的功能修饰。ROS 作用于内质网和肌浆网的细胞器膜，可影响钙释放通道的调控。ROS 还可以通过改变线粒体膜的通透性而引起线粒体的损伤。
《细胞和分子生物学的国际综述，第340卷：线粒体和寿命》一书是由Academic press于2018年出版，作者是Carlos Lopez-Otin, Lorenzo Galluzzi。
《细胞和分子生物学的国际综述，第340卷：线粒体和寿命》一书重点关注线粒体代谢和衰老，线粒体毒物兴奋效应，衰老干细胞线粒体的动力学，线粒体蛋白质稳定和衰老，线粒体自噬和衰老等主题。
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总之，作为一本细胞生物学领域的专业书籍，《细胞和分子生物学的国际综述，第340卷：线粒体和寿命》一书为相关领域的研究人员及学者提供了最新的前沿进展，是一本非常值得推荐的书籍。
本书目录：
1.酵母中的线粒体代谢和衰老
2.线粒体毒物兴奋效应，一个衰老的范例
3.通过线粒体蛋白酶的应激反应协调调控线粒体生物学
4.线粒体动力学：塑造代谢适应
5.对线粒体自噬的抗衰老作用的新见解
6.衰老和年龄相关疾病中的线粒体和活性氧