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线粒体
（mitochondria）是细胞的发电厂，其能将食物中的养分分解成更小的化学物质，就像在发电厂燃烧煤炭并产生二氧化碳的过程中，能量被释放并储存在其他化合物中一样，其中最主要的是一种叫作
ATP
的化合物，它就像燃煤电厂发的电一样。ATP是一种通用能量货币，就像美元一样，细胞在需要能量时就会使用它。以此类比的话，线粒体就像银行，用各种流入的货币兑换每个细胞需要的“美元”，但这也是有代价的，有点像银行收取兑换费。
为了形象阐释ATP的重要性以及线粒体产生ATP的作用，我们从氰化物的毒性问题入手。一小勺氰化钾几小时内就会置人于死地，其中氰化物的作用就是阻断ATP的形成。没有ATP，生命将无法延续，因为几乎人体中的每一个化学反应都要用到ATP。
如果还需要一个例子来理解ATP的重要性，那可以看看它在人体内巨大的使用量。在任何一瞬间，人体内所有细胞中共有大约1 g这类物质，但因为它不断地被消耗然后再生（大多数由线粒体完成），一天中总消耗的ATP将超过45.36 kg（100磅）。
线粒体利用吸入的氧气来施放生物体的能量“魔法”。不可避免地，其中一些氧会被转化为有害的形式，即自由基或 活性氧类 （reactive oxygen species， ROS ）。ROS可以通过一种叫作“氧化”的过程破坏包括DNA在内的细胞组件。接下来的表述有点复杂，别被绕晕咯。ROS还能导致免疫系统产生另一种类型的破坏性物质，即所谓的炎性化合物，后面还会提到这种物质。
ROS就像“化身博士”
一样，其黑暗面会破坏细胞的DNA、脂质和蛋白质，但其也有有益的一面。ROS作为信号，能告诉细胞的其他部分在线粒体中发生了什么。不要低估了线粒体的重要性，每个细胞都有数千个线粒体，特别是像肌肉细胞和肝细胞这样需要大量能量的细胞。它们占据了这些细胞体积的20%，也就是身体重量的10%，这相当令人震惊。意料之中的是，我们的细胞也相应地建立了一套安全系统来告知它们ROS的水平。这有点像在你家外面安装了一个运动检测器，当有人或物体在外面移动时，它会通知你。所以，我们并不想完全消除线粒体中产生的ROS。
随着年龄的增长，人体内的线粒体会不断地通过分裂（以及其他一些奇特的行为）进行复制，进而导致突变累积并使其DNA逐渐被破坏。是的你没看错，线粒体确实有部分自己专属的DNA，尽管其中的大部分基因在很久以前（进化过程中）就已迁移到细胞的总染色体上了。线粒体基因组并不大（只有13个编码蛋白质的基因），但如果其遭到破坏，线粒体的功能也会受到影响。事实上，线粒体受损是 细胞衰老 （senescent cell, SC）的普遍标志。
线粒体损伤的另一种类型是膜的氧化。线粒体有很多膜结构（图3.2）。而且由于它在能量处理中发挥的作用，其周围区域会耗掉大量的氧气，因此膜被氧化的概率很大。不同的物种有不同类型的线粒体膜，其中一些膜比其他的更容易被氧化。有趣的是，长寿的物种，如裸鼹鼠，其线粒体膜对这种类型的损伤更有抵抗力。 [7]
图3.2 线粒体结构。嵴是内膜的褶皱；内膜将内部基质与其余结构分开（图片 © iStock/Vitalii Dumma）
受损的线粒体会释放更多的ROS，从而导致更多与年龄相关的损伤。线粒体功能障碍会导致细胞功能障碍（老化），随后损伤还会扩散到周围组织。线粒体功能障碍见于许多年龄相关疾病，包括糖尿病、癌症和神经退行性疾病，如帕金森病。事实上，衰老过程中最典型的事件之一就是线粒体功能的逐渐衰退，这会影响整个细胞，进而影响整个人体的健康和良好状态。即使在健康的个体中，老旧的线粒体也已不能正常工作，它们从同样数量的食物中产生的能量减少。目前我们已逐渐了解受损的线粒体是如何引起这些问题的。 [8]
年轻健康的细胞拥有线粒体修复机制，而随着年龄的增长，其修复系统也在不断老化，而且也不再好用。而我们的细胞很聪明，线粒体还配备了一种自杀机制，当它们开始破坏环境时就会启动其自杀机制。当受损的线粒体变得“漏洞百出”，它们的膜碎片会进入细胞并触发自杀机制。然而讽刺的是，在衰老细胞中，这种自杀机制并不起作用，于是细胞损伤在恶性循环中不断积累。更糟的是，这些线粒体碎片还会引发炎症。
为了缓解不断增加的ROS引起的功能的螺旋式下滑，一个初步的方案是修改线粒体中的基因，以增加它们固有抗氧化剂的水平。目前已在小鼠体内进行了一项修改特定抗氧化剂基因的实验，其中最年长的小鼠反应最理想，比未接受处理的同胞寿命延长了20%左右。 [9] 这个策略有点像在心脏血管中植入一个支架（一种撑开血管的管状物），并向心脏的阻塞动脉中释放抗凝药物。也就是说，修复手段被用在了产生问题的源头。当然，改变DNA会产生比植入支架更持久的效果，因为支架会随着时间的推移而逐渐降解。
让人感到奇怪的是，线粒体活性的增加也有助于延长寿命。增加线粒体活性的干预措施包括一些药物，如二甲双胍（详见第十章），以及体育锻炼。不过，当你了解到，活跃的线粒体在产生潜在的破坏性ROS的同时，也会刺激自然存在的保护性化学物质——抗氧化剂的产生时，这道理也就说得过去了。联想一下压力同样在CR中有一定的有益作用。此时，ROS可以被视为细胞内的应激压力，也会引发代偿性生存机制。但是，就像胰岛素的分泌一样，过多的代偿也会导致其他问题，并加剧与年龄相关的损伤。
请记住，线粒体是会一直产生影响的必需细胞结构。在其功能随着年龄的增长而下降的过程中，与年龄相关的问题也会增加。一些研究人员正在研究对衰老线粒体进行增强的可能性，因为这似乎可以延长小鼠的寿命。