线粒体蛋白酶对线粒体动力学的调控及机理

摘 要：线粒体是细胞的主要供能细胞器，也参与磷脂合成、氨基酸代谢等生物化学反应，同时参与钙离子的贮存和调节，并在细胞免疫、增殖、分化、凋亡、自噬等多种生理活动中起着重要的调节作用。线粒体相互联系，构成线粒体网络，该网络维持着分裂、融合的动态平衡。线粒体动力学即研究线粒体的分裂、融合、运动等方面，并且参与线粒体的质量控制，动力学的紊乱与代谢性疾病、神经疾病等密切相关。OPA1是调节线粒体内膜融合的重要蛋白，L-OPA1与S-OPA1对介导内膜的融合非常重要。线粒体内的蛋白酶体系通过多种机制来调节其动力学，其中很重要的机制就是剪切或降解OPA1。阐明线粒体蛋白酶的作用机理对于探明许多疾病的发病机制有着重要的意义。

关键词：线粒体动力学；线粒体质量控制；蛋白酶；OPA1；疾病

中图分类号 Q25 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）10-25-05

Abstract：Mitochondria provides main source of energy for cell and also is involved in some biochemical reactions such as phospholipid synthesis and amino acid metabolism.Mitochondria regulates the level of Ca2+，which is an important signal for some physiological activities such as immunity，cell proliferation，cell differentiation，apoptosis and autophagy.Mitochondria connects with each other，forming a mitochondrial network which maintains the dynamic balance of fusion and fission.Mitochondrial dynamic is about the fusion，fission and transposition of the organelle and is invoved in mitochondrial quality control.The disorder of dynamics is related to metabolic diseases and neurological diseases.Optic atrophy 1（OPA1），which composed of L-OPA1 and S-OPA1，is of importance to regulate the fusion of mitochondrial inner membranes.The proteases in the mitochondria regulate its dynamics through a variety of mechanisms One important mechanism is to clave or degrade OPA1.Elucidating the role of mitochondrial proteases is of great significance to reveal the pathogenesis of many diseases.

Key words：Mitochondrial dynamics；Mitochondrial quality control；Proteases；OPA1；Diseases

线粒体是细胞的主要供能细胞器，有“能量工厂”之称，同时还参与钙离子的调节、细胞增殖、细胞分化、细胞死亡等活动。因此，线粒体的质量调控非常重要。线粒体通过分裂、融合的动态平衡构成线粒体网络，即为线粒体动力学，线粒体动力学是线粒体质量调控的重要方式。本文就线粒体内的蛋白酶通过调节线粒体动力学来调节线粒体质量综述如下。

1 线粒体的超微结构及其功能

线粒体是普遍存在于真核生物中的细胞器，它由2层膜包裹，在光学显微镜下可以看到颗粒状或短线状，因此得名[1]。通常情况下，直径为0.3～1.0μm，长度为1.5～3.0μm。但是，其大小和形态具有组织特异性，也会随着细胞周期、细胞分化、细胞死亡等活动而呈现变化[2]。在细胞内，有数百至数千个线粒体，它们形成相互联系、高度动态的网络，该网络受到高度調控[3]。由于线粒体是细胞ATP的重要来源，被称为“能量工厂”[1]，同时也是还原力（NADH和NADPH）的主要来源[4]。

线粒体由内膜和外膜2层单位膜封闭包裹。外膜平展，起到与外界的屏障作用，但通透性高，主要参与膜磷脂合成、色氨酸降解、脂肪酸链延长等活动。内膜富含心磷脂，通透性差，这也是质子电化学梯度建立和ATP的合成所必需[5]。内膜向内折叠延伸，特化成嵴。ATP合酶附着在嵴上，嵴是氧化磷酸化的关键场所[6]。内外膜之间的空间为膜间隙，其宽度比较稳定，维持在6～8nm，并且受到精密的调控。内膜所封闭的空间被称为基质，基质中存在三羧酸循环、脂肪酸氧化、氨基酸降解等相关的酶，以及DNA、RNA、核糖体及转录、翻译所必需的重要分子[1]。大量的研究证实，线粒体除了为细胞提供能量，也是活性氧自由基ROS的主要来源，而ROS可以引起细胞损伤，引起程序性细胞死亡[7]。

线粒体对细胞的命运有着决定性的作用，它参与了细胞周期进程的调控、细胞分化、发育、免疫应答、脂类与钙离子稳态的调节、凋亡、自噬等活动[8]。线粒体的这些功能与其结构变化有很大的关系[9]，线粒体的结构异常会导致很多疾病，如心血管疾病、神经退行性疾病、代谢性疾病等[2]。