در  سال‌های اخیر،  پژوهشگران  ارتباط بین عملکرد میتوکندری و پیری را مورد بررسی قرار داده‌اند. نظریه های مختلفی در خصوص پیری وجود دارد. مانند نظریه «رادیکال آزاد میتوکندری، پیری و ورزش»

بر اساس این نظریه  گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) در میتوکندری به عنوان محصول فرعی تولید انرژی ساخته می‌شوند. این ذرات که بار الکتریکی بالایی دارند، به DNA، چربی‌ها و پروتئین‌ها آسیب می‌رسانند. به دلیل آسیب‌های ناشی از گونه‌های اکسیژن فعال، قسمت‌های عملکردی میتوکندری آسیب می‌بینند. هنگامی که میتوکندری دیگر نتواند به درستی عملکرد خود را انجام دهد، گونه‌های اکسیژن فعال بیشتری تولید می‌شود و آسیب‌های بیشتری را در بخش‌های مختلف میتوکندری ایجاد می‌کنند و در همین حال نیاز به انرژی بیشتری احساس میشود. اگر چه پژوهش های متعددی در این خصوص انجام گردیده لیکن نتیجه‌گیری یکسانی در این مورد وجود ندارد و نقش دقیق میتوکندری‌ها در روند پیری هنوز مشخص نیست. مقاله حاضر در آخرین شماره مجله  Latest Neuroscience News به چاپ رسیده و این موضوع را مورد بررسی قرار داده است

متابولیسم بیش فعال سلولی با پیری بیولوژیکی مرتبط است

خلاصه: سلول های انسانی با میتوکندری ضعیف انرژی بیشتری مصرف می کنند. در حالی که این هیپرمتابولیسم بقای کوتاه مدت سلول را افزایش داده و موجب افزایش سرعت پیری سلول بطور چشمگیری میشود

چرا سلول ها و در نتیجه انسان ها پیر می شوند؟ پاسخ ممکن است ارتباط زیادی با میتوکندری ها داشته باشد، اندامک هایی که انرژی سلول ها را تامین می کنند. اگرچه این ایده جدیدی نیست، اما تا بحال شواهد مستقیم در سلول های انسانی وجود نداشت.  در مطالعه‌ای که در ۱۲ ژانویه در مجله  Communications Biology منتشر شد، تیمی به رهبری محققان دانشگاه کلمبیا کشف کردند که سلول‌های انسانی با میتوکندری آسیب‌دیده با وارد شدن به سطح  بالاتر و صرف انرژی بیشتر پاسخ می‌دهند. در حالی که این سازگاری - که هیپرمتابولیسم نامیده می شود - بقای کوتاه مدت سلول ها را افزایش می دهد، هزینه بالایی دارد و موجب افزایش چشمگیر سرعت پیری سلول ها میشود.

مارتین پیکارد، یکی از اعضای تیم تحقیق دانشیار علوم  رفتاری  (در روانپزشکی و نورولوژی) در کالج پزشکان و جراحان واگلوس دانشگاه کلمبیا. می گوید: «این یافته ها در سلول های بیماران مبتلا به بیماری های نادر میتوکندری به دست آمده، اما ممکن است برای سایر شرایطی که بر میتوکندری تأثیر می گذارد، از جمله بیماری های عصبی، شرایط التهابی، و عفونت ها مرتبط باشد. علاوه بر این، هیپرمتابولیسم ممکن است یک دلیل کلیدی برای خراب شدن بیشتر سلول ها با افزایش سن باشد.

سلول های هیپرمتابولیک سریعتر پیر می شوند

به طور کلی فرض بر این بود که نقص میتوکندری (که تبدیل منابع غذایی به انرژی قابل استفاده را مختل می کند) سلول ها را مجبور می کند تا سرعت متابولیسم خود را در تلاش برای حفظ انرژی کاهش دهند. با این حال، با تجزیه و تحلیل فعالیت متابولیک و مصرف انرژی در سلول‌های بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری، محققان دریافتند که سلول‌های دارای میتوکندری آسیب‌دیده مصرف انرژی خود را دو برابر می‌کنند. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل مجدد داده‌های صدها بیمار مبتلا به بیماری‌های مختلف میتوکندری نشان داد که نقص‌های میتوکندری هزینه انرژی زندگی را در سطح کل بدن افزایش می‌دهد. اگرچه این افزایش انرژی سلول‌ها را در حال فعال نگه می‌دارد، تلومرهای سلول (کلاهک های حفاظتی   که در انتهای کروموزوم هرسلول وجود دارد) را نیز تخریب می‌کند و پاسخ‌های استرس و التهاب را فعال می‌کند. و نتیجتا پیری بیولوژیکی را تسریع می­نماید.

گابریل استورم، دانشجوی فارغ التحصیل و نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: «وقتی سلول‌ها انرژی بیشتری برای ساخت پروتئین‌ها و سایر مواد ضروری برای بقای کوتاه‌مدت مصرف می‌کنند، احتمالاً منابعی را از فرآیندهایی می‌دزدند که بقای طولانی‌مدت را تضمین می‌کنند، مانند حفظ تلومرها».  

متابولیسم، خستگی و پیری

این حالت هیپرمتابولیک می‌تواند توضیح دهد که چرا افراد مبتلا به بیماری‌های میتوکندری، خستگی و عدم تحمل ورزش را همراه با علائم دیگر تجربه می‌کنند. برای جبران انرژی اضافی که در سلول‌هایتان مصرف می‌کنید، بدن به شما می‌گوید که بیش از حد به خودتان فشار نیاورید، تا انرژی را حفظ کنید. پیکارد می‌گوید: ما احتمالاً همان پویایی را می‌بینیم که افراد پیر می‌شوند و نشاط آنها کاهش می‌یابد. نقص های میتوکندریایی ناشی از جهش های ژنتیکی نادر باعث می شود سلول های انسانی متابولیسم خود را افزایش دهند. اگرچه این به بقای کوتاه مدت کمک می کند، اما هزینه بالایی دارد: افزایش چشمگیر سرعت پیری سلول ها. متابولیسم بیش از حد ممکن است یکی از دلایل کلیدی این باشد که چرا اکثر سلول ها با بالا رفتن سن بدتر می شوند.

این مطالعه به هیچ راه‌حل جدیدی برای بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری اشاره نمی‌کند که در حال حاضر قابل درمان نیستند، اما توصیه‌های فعلی برای فعالیت بیشتر توسط بیماران را تقویت می‌کند.

استورم می‌گوید: «این ممکن است غیرقابل تصور به نظر برسد، زیرا اگر فعال‌تر باشید، انرژی بیشتری مصرف می‌کنید و احتمالاً علائم خود را بدتر می‌کنید. "اما ورزش برای افزایش کارایی ارگانیسم شناخته شده است. برای مثال، فردی که می دود، نسبت به فردی که فعالیت فیزیکی ندارد، انرژی کمتری برای حفظ فرآیندهای اولیه بدن مصرف می کند. بهبود کارایی ارگانیسم، که مصرف انرژی را در سلول‌ها کاهش می‌دهد و خستگی و سایر علائم را بهبود می‌بخشد، ممکن است تا حدی مزایای سلامتی ورزش را در بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری و افراد سالم توضیح دهد.

پیکارد می‌گوید در جستجوی درمان‌های جدید برای بیماری‌های میتوکندری، محققان باید بر روی هیپرمتابولیسم تمرکز کنند. اگرچه نقص‌های میتوکندریایی توانایی سلول‌ها برای تولید انرژی را مختل می‌کنند، لیکن کمبود انرژی ممکن است آغازگر اولیه بیماری نباشد. مطالعه ما نشان می دهد که این نقص ها باعث افزایش مصرف انرژی می شوند. برای استفاده از سوزن درمانی، ممکن است نیاز باشد که هیپرمتابولیسم را هدف قرار دهیم. هر چند ما به تحقیقات بیشتری نیاز داریم تا بدانیم آیا این کار موثر است یا خیر.». هیپرمتابولیسم در سایر بیماری ها نیز رایج است. اگر افزایش مصرف انرژی سلولی نقشی سببی در پیشبرد روند پیری داشته باشد، هدف قرار دادن هیپرمتابولیسم ممکن است راهی برای بهبود خستگی، بهبود کیفیت زندگی افراد یا حتی کاهش پیری بیولوژیکی باشد.

چکیده

نقص(Oxidative phosphorylation) OxPhos         ,باعث افزایش متابولیسم و کاهش طول عمر در سلول ها و در بیماران مبتلا به بیماری های میتوکندری می شود.  بیماران مبتلا به نقص‌های فسفوریلاسیون اکسیداتیو اولیه میتوکندری (OxPhos) با خستگی و اختلالات چند سیستمی ظاهر می‌شوند، اغلب لاغر هستند و زودتر از موعد می‌میرند، اما مبنای مکانیکی برای این تصویر بالینی نامشخص است. با ادغام داده‌های ۱۷ گروه از بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری (۶۹۰=n) شواهدی پیدا کردیم که این اختلالات مصرف انرژی در حالت استراحت را افزایش می‌دهند، حالتی که هیپرمتابولیسم نامیده می‌شود. ما این پدیده را به صورت طولی در فیبروبلاست‌های مشتق شده از بیمار از چندین اهداکننده بررسی کردیم. مختل کردن OxPhos از نظر ژنتیکی یا دارویی تقریباً مصرف انرژی سلولی را دو برابر می­کند. این حالت خودگردان سلولی هیپرمتابولیسم علیرغم راندمان جفت شدن OxPhos تقریباً طبیعی رخ می دهد، و جداسازی به عنوان یک مکانیسم کلی را حذف می کند. در عوض، هیپرمتابولیسم با بی ثباتی DNA میتوکندری، فعال شدن پاسخ استرس یکپارچه (ISR) و افزایش ترشح خارج سلولی سیتوکین ها و متیلاسیونهای  مرتبط با سن از جمله GDF۱۵(Growth Differentiation Factor-۱۵) مرتبط است. به موازات آن، نقص OxPhos فرسایش تلومر و پیری اپی ژنتیکی را در هر تقسیم سلولی تسریع می‌کند، مطابق با شواهدی مبنی بر اینکه مصرف بیش از حد انرژی پیری بیولوژیکی را تسریع می‌کند. برای کشف مکانیسم‌های بالقوه برای این اثرات، ما یک مجموعه داده متیلاسیون RNASeq و DNA طولی را باید ایجاد کنیم  که کالیبراسیون مجدد ژنومی حفاظت‌شده، پر انرژی را نشان ‌دهد. در مجموع، این یافته‌ها نیاز به درک چگونگی تأثیر نقص OxPhos بر هزینه‌های انرژی زندگی و ارتباط بین متابولیسم و پیری در سلول‌ها و بیماران مبتلا به بیماری‌های میتوکندری را برجسته می‌کنند.

ترجمه:اسکندر رحیمی دکتری تغذیه، مسئول کمیته آموزش و تغذیه هیات پزشکی ورزشی فارس، عضو هیات علمی دانشگاه