作为古代细菌的直系后代，线粒体一直有点异类。

现在一项研究表明，线粒体可能比我们想象的还要奇怪。

研究发现，我们脑细胞中的线粒体经常将它们的DNA抛入细胞核，在细胞核中，DNA与细胞的染色体结合在一起。这些插入可能会造成伤害:在这项研究的近1200名参与者中，脑细胞中线粒体DNA插入较多的人比插入较少的人更有可能早死。

“我们过去认为DNA从线粒体转移到人类基因组是一种罕见的现象，”哥伦比亚大学瓦格洛斯内外科医学院衰老中心的行为医学副教授Martin Picard说。Picard和密歇根大学的Ryan Mills领导了这项研究。

Martin Picard补充说:“令人震惊的是，这种情况在一个人的一生中似乎会发生好几次。”“我们在不同的大脑区域发现了很多这样的插入，但没有在血细胞中发现，这就解释了为什么几十个早期分析血液DNA的研究错过了这种现象。”

线粒体DNA就像病毒一样

线粒体存在于我们所有的细胞中，但与其他细胞器不同的是，线粒体有自己的DNA，这是一条含有大约36个基因的小环状链。线粒体DNA是细胞器祖先的遗留物:大约15亿年前定居在我们单细胞祖先体内的古老细菌。

在过去的几十年里，研究人员发现，线粒体DNA偶尔会“跳出”细胞器，进入人类染色体。

“线粒体DNA的行为类似于病毒，它利用基因组中的切割并将自己粘贴进去，或者像跳跃基因一样，被称为逆转录转座子，在人类基因组中移动。”

这些插入被称为核线粒体片段- numt(发音为new-mites) -已经在我们的染色体中积累了数百万年。

“因此，我们所有人都带着从祖先那里遗传来的染色体中数百个退化的、大多是良性的线粒体DNA片段四处走动。”

线粒体DNA插入在人脑中很常见

过去几年的研究表明，“NUMTogenesis”至今仍在发生。

皮卡德实验室的博士后Kalpita Karan说:“线粒体DNA的跳跃并不是在遥远的过去才发生的事情。”卡兰与米尔斯实验室的研究员周伟琛(Weichen Zhou)共同进行了这项研究。这种情况很罕见，但大约每4000个新生儿中就有一个新的NUMT被整合到人类基因组中。这是线粒体与核基因对话的许多方式之一，从酵母到人类都是如此。”

认识到新的遗传numt仍在产生，皮卡德和米尔斯想知道numt是否也会在我们的一生中出现在脑细胞中。

“遗传性numt大多是良性的，可能是因为它们在发育早期出现，有害的被清除了，”但如果一段线粒体DNA插入基因或调控区域，可能会对该人的健康或寿命产生重要影响。神经元可能特别容易受到numt造成的损伤，因为当神经元受损时，大脑通常不会产生新的脑细胞来代替它。

为了研究新的numt在大脑中的程度和影响，研究小组与哥伦比亚大学转化和计算神经免疫学中心的助理教授汉斯·克莱因合作，他可以获得ROSMAP衰老研究参与者的DNA序列(由拉什大学的大卫·贝内特领导)。研究人员使用来自1000多名老年人的组织样本在大脑的不同区域寻找numt。

他们的分析表明，核线粒体DNA的插入发生在人脑中——主要在前额叶皮层——并且在人的一生中可能会多次发生。

他们还发现，前额皮质numt较多的人比numt较少的人死得早。皮卡德说:“这首次表明，numt可能具有功能性后果，并可能影响寿命。”“NUMT积累可以被添加到可能导致衰老、功能衰退和寿命延长的基因组不稳定机制列表中。”

压力加速神经生成

是什么导致了大脑中的numt，为什么一些区域比其他区域积聚更多?

为了得到一些线索，研究人员观察了一群人类皮肤细胞，这些细胞可以在培养皿中培养和老化几个月，从而实现了特殊的纵向“寿命”研究。

这些培养的细胞每月逐渐积累几个numt，当细胞的线粒体因压力而功能失调时，细胞积累numt的速度要快4到5倍。

“这显示了一种新的方式，压力可以影响我们细胞的生物学，”Karan说。“压力使线粒体更有可能释放出DNA片段，这些片段随后会‘感染’核基因组，”这只是线粒体在产生能量之外影响我们健康的一种方式。

“线粒体是细胞处理器和强大的信号平台，我们知道它们可以控制哪些基因被打开或关闭。现在我们知道线粒体甚至可以改变核DNA序列本身。”