#719.线粒体:代谢不是一个人的事

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Podcast 跨国串门儿计划 2026-09-13 00:00
摘要

整体概括

本期对话围绕“代谢”和“线粒体”展开。Andrew Huberman 与 Jared Rutter 反复强调,代谢不能只理解为体重秤上的热量摄入与消耗,也不能只把线粒体当成简单的“能量工厂”。所谓一个人的代谢,是体内大量细胞各自进行的物质加工、能量分配、废物排出、修复和更新的总和。线粒体既为细胞提供能量,也参与决定细胞把资源用于即时工作、合成新物质、复制增殖还是维持和修复。年龄增长、营养过剩、氧气供应变化、疾病和癌变,都会改变这套资源分配系统。对话给出的核心视角是:理解健康和疾病,不能只看身体整体的表面指标,还要追问具体细胞获得了什么燃料、如何处理燃料,以及这些选择如何被调控。

主要内容

1. 从身体代谢回到细胞代谢

Rutter 将代谢描述为一个从入口到出口的过程:食物、饮水和呼吸带来的物质进入身体,被拆分成氨基酸、糖类等分子,再分配到不同细胞。每个细胞根据自己的功能选择吸收和加工这些分子,最终把它们转化为能量、结构材料或其他产物,并排出代谢副产物。因此,身体层面的代谢率只是许多细胞代谢活动叠加后的结果;不同细胞有不同的任务,也就有不同的代谢路线。

两位嘉宾随后把问题引向衰老。Rutter 认为,衰老很大程度上表现为细胞层面长期损伤的累积,线粒体随着年龄增长往往活力下降、效率降低,但造成这种变化的具体原因仍有不少未知。代谢本身是高强度、代价很高的协调过程,维持生命的同时也可能产生副作用;研究的前沿之一,就是弄清楚哪些损伤会累积、怎样减少损伤,以及能否修复已经发生的损伤。

2. 线粒体的内共生起源与细胞协作

对话介绍了线粒体来自内共生事件的观点:一个原本自由生活的细菌进入另一个细胞,双方结合后形成了新的协作关系。这个结合使两类细胞能够完成各自单独无法完成的事情,并成为复杂真核生命演化的重要基础。线粒体虽然已经成为细胞的一部分,却仍保留着“曾经是另一个生命体”的历史痕迹。

这种协作也解释了线粒体为什么不只是单纯的能量供应器。细胞必须在极短时间内完成蛋白质、细胞膜和脂质等物质的合成,同时维持自身结构和功能;不同细胞还要根据工作状态,在能量生产、物质合成、复制、更新和修复之间不断重新分配资源。肠道内壁等组织的快速更新,被用来说明细胞代谢对组织维护的重要性。

3. 葡萄糖、丙酮酸、氧气和乳酸

从葡萄糖进入细胞开始,分子会经历一系列化学反应,形成丙酮酸等中间产物。丙酮酸可以沿不同路径继续处理,具体走哪条路取决于细胞类型、当时的功能需求和氧气条件。氧气不足时,细胞会采用不同的处理方式;乳酸也不只是需要被清除的废物,而可以成为某些细胞,尤其是心脏,能够有效利用的燃料。

嘉宾用心脏和神经元的差异说明,人体不存在一条对所有细胞都适用的“最佳代谢路线”。心脏能够使用脂肪、葡萄糖、乳酸、酮体和氨基酸等多种来源,只要能支持 ATP 生成;神经元利用脂肪酸的能力则相对有限。代谢研究因而必须把细胞的功能、燃料来源、氧气供应和细胞间物质交换放在一起考察,而不能把某一种燃料简单地定义为好或坏。

4. 糖尿病、代谢灵活性与资源分配

对话将糖尿病解释为身体不能充分限制血液循环中的葡萄糖,这种失控会对组织造成破坏。相关讨论并没有把问题简化为“吃糖”或“少吃糖”,而是强调细胞如何接收、加工和利用燃料,以及不同组织之间的协调。心脏能在多种燃料之间切换,被用来展示代谢灵活性;细胞是否能在环境改变时切换路线,是理解健康状态的重要线索。

细胞还必须在“生成能量”和“制造更多物质”之间做选择。生长、复制和修复需要大量物质合成,单纯追求即时能量并不总是最优;反过来,如果资源持续过剩,细胞也会面临处理和储存压力。对话将这些选择视为贯穿正常生理、衰老和疾病的共同机制。

5. 癌症中的代谢重编程

癌细胞的问题不仅是出现了某个突变,也包括它们如何利用周围资源完成自我复制。嘉宾讨论了癌细胞对葡萄糖、丙酮酸和其他代谢物的重新安排,以及氧气、乳酸和线粒体功能在其中扮演的角色。癌细胞需要同时满足能量需求和生物质合成需求,因此不能只用“它们燃烧更多糖”来概括。

这也影响癌症治疗的思路。对话提出,治疗的关键可能不在于粗略地阻断某一条普遍存在的代谢通路,而在于识别特定癌细胞的代谢弱点:它依赖哪种燃料、在哪个环节出现脆弱性、怎样利用其资源分配与正常细胞的差异。相关讨论同时提醒,代谢干预的效果取决于癌症类型、细胞状态和治疗环境,不能把一个概念直接推成适用于所有癌症的方案。

6. 能量过剩、线粒体压力与疾病

节目后段集中讨论能量过剩带来的压力。线粒体积聚过多能量时,可能出现能量毒性;代谢过程中产生的活性氧(ROS)等反应性分子,在一定范围内参与细胞信号,但过量会增加损伤风险。营养供给、能量生成、抗氧化能力、细胞修复和清除受损成分之间,需要保持动态平衡。

两位嘉宾把这一视角延伸到衰老、神经退行性疾病和癌症等问题:疾病可能表现为不同器官的症状,但根源之一可能是细胞在燃料处理、能量分配和损伤控制上的失衡。节目并没有给出单一的万能解释,而是主张用具体细胞、具体代谢物和具体功能去拆解问题,再寻找能够改变因果链条的干预点。

7. 研究方法:从“细胞是什么”追问“细胞在做什么”

对话还讨论了如何判断一个细胞的状态。细胞并不是静止不变的物体,而是在遗传信息、累积突变、蛋白质组成、燃料供应和外部环境共同作用下不断变化的系统。随着年龄增长,同一个人的细胞也可能形成带有不同历史和不同功能状态的“拼贴”。因此,研究不能只依靠一个平均值或一个标签,而要观察细胞实际完成了什么工作、使用了什么资源,以及它是否还能在需要时改变路线。

Rutter 反复把“能量”和“物质”放在一起谈:一部分资源用于生成 ATP,另一部分资源用于制造蛋白质、膜和其他生物质;细胞还要为修复、复制和清除损伤留下空间。线粒体和代谢通路的意义,正是在这些选择之间建立联系。即使知道某个细胞含有哪些蛋白质,也仍然需要理解这些蛋白质在什么条件下被使用、如何被调节,以及它们如何与其他细胞协同。

8. 本期对健康和疾病理解方式的启示

这场访谈没有把线粒体包装成一个可以单独解释一切的“神奇开关”,而是提供了一种分析框架:先区分不同细胞,再确认细胞当前的功能和燃料环境,接着追踪葡萄糖、脂肪酸、乳酸等分子经过哪些路径,最后判断能量生产、物质合成和损伤控制是否失衡。这个框架既适用于理解正常细胞为什么能协作,也适用于思考衰老、糖尿病、癌症和神经系统疾病为何会出现不同表现。

从这个角度看,代谢并不是一个只要提高或降低就能解决的问题。细胞需要在不同时间做出不同选择:运动、成长、修复、维持和应对压力时,资源需求并不相同;心脏和神经元的燃料偏好也不相同。真正重要的是能否保持与功能相匹配的灵活性,以及在能量过剩或损伤累积时,能否重新建立平衡。

关键 takeaway

  • 身体代谢是数十万亿个细胞各自代谢活动的总和,不是一个脱离细胞的单一指标。
  • 线粒体不仅负责生成能量,还参与细胞的物质合成、更新、修复和资源分配。
  • 丙酮酸、乳酸等中间产物和燃料并非固定的“废物”或“好东西”,作用取决于细胞和环境。
  • 心脏、神经元等不同细胞使用燃料的能力不同,代谢研究必须尊重细胞差异。
  • 糖尿病和其他代谢疾病需要从细胞如何接收、处理和限制燃料的角度理解。
  • 癌症的代谢特征与其复制、合成生物质和利用资源的能力密切相关,治疗应寻找具体脆弱点。
  • 能量过剩可能造成线粒体压力和能量毒性;代谢平衡同样包括损伤控制和修复。
  • 理解健康与疾病的关键,是把能量、物质、氧气、细胞功能和时间尺度放进同一套框架。

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线粒体与细胞代谢

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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我是Andrew Huberman斯坦福医学院的

Andrew Huberman:我是Andrew Huberman斯坦福医学院的神经生物学和眼科学教授。我今天的嘉宾是Jared Rutter博士。Jared Rutter博士是犹他大学的生物化学教授,也是霍华德休斯医学研究所的研究员。他是世界上在受线粒体生物学和代谢领域顶尖的专家之一,线粒体被称为细胞的能量工厂。但正如大家今天会了解到的,它们的作用远不止给细胞功能这么简单, 它们还决定了有多少能量用于生成新细胞,确保细胞保持健康以及抵御疾病,今天的对话将解释线粒体是如何做到这一点的,并讲清楚你的代谢到底是什么,通过这些内容,你会了解到你身上并没有单一的代谢,所谓的代谢实际上是你体内所有细胞,各自代谢交织汇聚的体现,今天的对话将向大家讲授,线粒体真正的生物学机制 并为你为了自身健康,做出更好的决策,提供一套认知框架,接下来就是关于,线粒体和代谢的对话,来自该领域全球顶尖专家的分享,与你以往听过的完全不同,在开始之前,我想强调一下,这个播客独立于我在斯坦福的,教学和研究工作,不过这也是我向公众免费传播,科学及相关工具的,心愿与努力的一部分,为了支持这一点,今天的这期节目,确实包含赞助商内容,现在就进入,我与Jared Rutter博士的对话 Jared Rutter博士,欢迎,谢谢你,感谢你邀请我来,关于代谢和线粒体,我有很多疑问,我知道很多人也是如此,大多数人听到代谢这个词,想到的都是热量摄入和热量消耗,他们听到线粒体这个词,大概会想到细胞的能量工厂,这都很棒,大家对细胞 它们的各个组成部分,以及它们的作用了解的越来越多了,你的视角非常不同,而且我认为让大家理解这一点非常重要,也许我们可以先聊聊,我们体内任何一个单独细胞的代谢,与我们所谓的自身代谢,也就是所有这些细胞的集体代谢之间,究竟是什么关系,在聊的过程中,你可以尽情发挥,告诉我们大家对所谓的细胞的能量工厂,可能环不了解的事情 [00:01:47]

Jared Rutter:好的,正如你所说,当我们想到代谢时,我觉得所有人想到的,都是我们身体层面的代谢,我们的代谢率,也就是你说的热量摄入,热量消耗,这究竟是什么呢,我们身体的代谢,基本上就是我们所摄入,吃下喝下,以及呼吸的东西的总和,它们进入我们的身体,并被加工处理,处理的结果是,单个分子,氨基酸,糖类等等,然后分布到全身,进入各个单独的细胞,并进入,我们称之为代谢,或者说细胞代谢的过程,我觉得把细胞代谢想象成,几乎像一张地图是很合理的,有一个入口,一个葡萄糖分子,也就是一种糖,进入细胞,这种糖可以通过各种方式,进行化学修饰 以满足该细胞的需求,然后那个细胞用吸收进来的分子,去做任何它需要做的事,以履行其特定的功能,随后这会导致肺物的释放,我们将其排出体外,这在某种程度上就是机体代谢,也就是我们身体的代谢,正如你提到的,我认为很多人可能不太理解的,就是细胞层面的那一部分,我们身体的代谢,实际上是我们大约30万亿个细胞中,每一个细胞代谢的总和,这其实正是我的热情所在,就是那些单独的细胞,以及它们如何选择摄取某些营养素,如何选择加工它们,将其转化为其他物质,如何利用它们来履行自己的特定功能 以及这一切是如何被调控的,每个细胞精妙的协同工作,让我们能够坐在这里彼此交谈,或者出去跑步,做任何我们想做的事,这是一场美妙的协调配合,但它发生在单个细胞的层面,我觉得这是最迷人的一点,可能也稍微不太为人所知 [00:04:00]

Andrew Huberman:如果我们暂时只从单个细胞的视角来看,而且我知道,衰老并不是你特别关注的研究方向,但有一件事一直让我很感兴趣,因为我的博后导师曾经走过走廊过来说,为什么我的精力比以前少那么多,而他当时精力充沛的不得了,所以我当时就想,他以前到底是什么样,不过这是个非常棒的问题,他过去时不时就会这样,提一些非常基础的问题,但在我们斯坦福的走廊上,谁都答不上来,为什么小孩子精力那么旺盛,而我们上了年纪就没有了,大家会说人们活动变少了,组织也磨损了,但在能量生成的层面上,作为生物学家,我们目前是否清楚,为什么年轻的细胞,不管是肌肉细胞,神经元还是什么,对比上了年纪的同类细胞,为什么它产生的能量会变少,我不知道它是不是真变少了 我猜可能吧,但为什么整个身体看起来,就是没那么有干劲了,我们对此有答案吗,我觉得我们有部分的答案 [00:05:17]

Jared Rutter:我认为这确实是科学的一个前沿,也就是去弄清楚衰老过程中,到底出了什么问题,它包含很多方面,正如你提到的,我的研究热情之一也是线粒体,而且我觉得几乎普遍存在的情况是,随着我们变老,线粒体变得没那么有活力,或者说效率变低了,其中的原因在某种程度上算清楚,但我认为大部分还不清楚,但这确实是衰老过程的一个特征,这里面有损伤累积的层面,生活在我们生活的这个世界里,就像我刚才提到的,整个身体里都在进行的这种代谢协调配合,是很吃力的,代价很高,这个代价不仅在于我们需要吃什么来给它功能 还在于它带来的副作用可能会造成损伤,而随着时间推移累积的那些损伤,肯定与衰老有强烈的相关性,我认为在我们可以做遗传学研究的模型中,在动物模型中有非常好的证据表明,损伤的累积是衰老过程的重要组成部分,而且这是该领域非常受关注的方向,就是试图弄清楚,怎样才能减少损伤的发生,怎样才能逆转已经造成的损伤,你提问的角度,我很喜欢的一点是,把这个问题放在细胞的语境下去思考,同样过去我们往往不觉得衰老,是一种细胞层面的现象,但我认为从根本上说,它几乎必然是,我们是由细胞构成的 而导致衰老的过程,正是发生在单个细胞层面的,那些过程的累积,我认为从某种角度来说,我们正处在弄清很多,这方面问题的边缘,因为我们开始掌握一些工具,它们会帮助我们更好的理解,因果关系 [00:07:09]

Andrew Huberman:以及衰老过程具体的分子特征,我们来聊聊线粒体吧,可能让人意外的是,我打算问你为什么研究它们,前提是它们确实极其迷人,它们参与能量生成和代谢,但比起你可以研究的所有其他细胞部分,身体部位或者器官,究竟是什么特别吸引了你去研究线粒体,为什么是线粒体,把它们作为一个研究方向,到底有什么这么吸引人,我是说你投入了相当大的,一部分人生在它们上面,对,这是细胞生物学的一个领域

Jared Rutter:关乎生命如何运作的细节,在我看来,它就是一个绝妙的例证,展现了如何把极其复杂的化学过程吸收进来,并在活细胞内部让它们高效运转,线粒体被认为是一次内共生事件的产物,一个细菌,一个自由生活的细菌,被另一个细胞吞噬,并在某种程度上被驯化了 [00:08:04]

Andrew Huberman:想想都觉得太不可思议了,确实太不可思议了,我相信大家都跟得上,但万一有人没跟上,杰尔说的其实是,我们的细胞基本上是被一个细菌入侵了,然后那个细菌在此后,变成了我们稳定基因组的一部分,它进入了我们所说的生殖系,因此得以从父母代代相传给子女,所以现在线粒体生活在我们体内,但他们一开始并不是在我们体内生活的,没错,我们听说肠道微生物群也是这样,比如我们体内生活着数以万亿计的细菌,他们在此定制,我们也可以重新定制,吃了抗生素,你就需要补充吃酸奶等等,但线粒体竟然稳定的进入了我们的基因组,并且代代相传,我们把它们视为我们自己的一部分,但你的意思是,有确凿的证据表明,它们来自人体之外

Jared Rutter:我认为作为科学家,这是唯一一个,我们大家有充分理由相信的模型,那试断迷人的历史,对吧,一个细菌和另一个细胞走到了一起,结合在一起后,它们做成的事情是它们各自单独都做不到的,而且它们以某种方式协同工作,促成了复杂生命的演化,也就是真核生物,这就是我们刚才聊到的那种,结合状态所产生的细胞类型,这就是我们身边看到的所有生物 [00:09:19]

内共生:线粒体的起源与传承

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这就是我们身边看到的所有生物

Jared Rutter:这就是我们身边看到的所有生物,植物,动物,甚至真菌,全都是这两个细胞走到一起,可以说达成了和解

Andrew Huberman:并且携手组成这种,协同细胞的结果,这算是协同吗,不好意思打断一下,不过每当我想起病毒,我觉得病毒有他们自己的一种智慧,他们劫持细胞的基因组,要么杀死那些细胞,要么如果他们很聪明,就会让那些细胞活着,利用他们继续生存,然后通过动物的行为来传播,比如狂犬病毒,就像是在说,让这只动物变得暴躁,这样它就会咬人,然后我是说,病毒虽然不会思考,但它们有一种智慧,我们能确定是线粒体让细胞受益,细胞也让线粒体受益吗,还是说这本来可能是,线粒体的一场夺权 [00:10:08]

Jared Rutter:这多少有点像个哲学问题了,当然我们没有实时的记录,来证明当时究竟发生了什么,谁受益了,但有一件事我们确实知道,所有复杂生命都起源于,经历过一次或多次那场事件的细胞,所有复杂生命都是从那里演化来的,我认为这告诉我们,复杂生命很可能无法单纯,由一个细菌,或者由成为那个细菌宿主的古菌,单独演化而来,所以我认为,你可以给出一个很有说服力的论据,证明这确实是有益的,它有益的一个原因,是它开启了一种,以前不可能存在的代谢形式,让如今更复杂的细胞,能够在代谢上做更多事情,在代谢上更高效 更多样化,从而再次让复杂生命的演化成为可能,这是段极其迷人的历史,但我觉得正如你所提到的,它对今天的生命,也有着非常有趣的启示,我们能不能稍微探讨一下,线粒体进入这些细胞后 [00:11:43]

Andrew Huberman:是如何能够稳定的进入他们的基因组,并繁衍下去的,这倒不一定是一场关于遗传学本身的对话,但也许作为给听众交代的两点背景,比如如果我们的任何细胞里被塞进了某个东西,假设是个物理实体,比如一根小刺,极小的一节刺留在了细胞里,然后你跟别人繁育后代,你不会指望那个孩子身上也会有,一小节次,在他们的细胞里,但如果生殖系,对吧,也就是卵子或精子里面,融入了某种东西,那么它就有可能遗传繁衍下去,这就是为什么,他们称之为生殖系,区别于体细胞,我想大多数人并没有意识到这一点,一旦听说了,就会觉得完全顺理成章,但你说的是很多很多年以前,一个细胞让这种细菌进入了体内,然后它不知怎么就能够,在基因组里稳定的体现出来,从而代代繁衍,而且最终它必须进入,当时存在的原始之人的生殖系 否则你的孩子,你我体内就不会有线粒体了,我们觉得这可能是怎么发生的,细胞的主基因组,也就是细胞基因组 [00:12:57]

Jared Rutter:DNA通常包含在细胞核中,线粒体存在于细胞核外的细胞质机制中,线粒体有趣的地方之一,我觉得极其迷人,在疾病方面有非常有趣的启示,很值得聊聊的,我们可能会也可能不会再回过头来聊它,那就是线粒体有它们自己独立的基因组,这算是一种细菌遗迹,而线粒体正是那些细菌的后代,它是环状的,就像细菌基因组一样,而真核细胞的核基因组,则是线状染色体,那个基因组行使着非常关键的功能,编码着极其重要的蛋白质,让我们的线粒体,能够发挥细胞的能量工厂的作用,正如我们所熟知的那样,让我们能够从摄入的食物中,提取可用能量 正如你提到的,那些细胞质里的线粒体,不知怎么就一代一代传了下去,它们位于细胞质里的,一个很有意思的特征,是它们完全遗传自母亲,来自卵子,因为你知道,当精子进入卵子时,精子的基因组进入卵子,完成受精,但精子的细胞质并没有进入,所以你的线粒体基因组完全来自于你的母亲,我的完全来自于我的母亲,这同样对源自线粒体的疾病遗传有着有趣的启示,但这大概就是我们认为它的运作方式,它基本上在受精时从卵子开始繁衍,然后分配到所有细胞中,包括受精胚胎将拥有的生殖系 [00:14:01]

Andrew Huberman:然后以同样的方式传递给下一代,逐步转向线粒体的实际功能,也许你刚才勾勒了一幅很美好的画面,线粒体不在细胞核里,而是在细胞质中,也就是依然在细胞内部,而且大多数人可能还记得高中生物里的内容,细胞的图解看起来总是圆的,我猜你接下来会告诉我们,线粒体可以分布在一个细胞的很多地方,因为很多细胞并不是圆的,很多细胞看起来毛茸茸的,或者有很长的凸起,比如神经元,这么说妥当吗,在细胞里的任何地方都能找到线粒体,所以不管细胞是什么形状,里面到处都有线粒体,如果是这样,线粒体在细胞内呈空间分布,重要性体现在哪,那我们不妨先理一下,好让大家知道,接下来要聊什么,我们会先聊空间分布,因为事实证明这非常重要 我们会聊功能,然后我想聊聊时间这个因素,大家可能会觉得这有点抽象,所以我们待会再谈,对,从空间分布上说,我的科学家同行 [00:15:41]

Jared Rutter:可能会挑我的次,但我能想到的细胞区域里,还真找不出哪是没有线粒体的,而且就像你刚才提到的,当着一位神经科学家的面,聊神经元,对我来说确实有点搬门弄斧,我不是神经科学家,不过关于线粒体,最精彩的一批研究成果,正是在神经元里做出来的,非常奇妙,这些神经元的突起足足有一米长,线粒体就从包体一路移动到那些突起的末端,而且据我们所知,这些线粒体在突起末端发挥着至关重要的作用,通常就是为了能够再次产生可用的能量,它们从我们吃的食物中提取能量,为神经传递,为那些神经末梢的功能,我觉得我们体内的几乎每一个细胞都是这样 提取能量并把它转化成可用的形式,通常就是ATP 也就是三磷酸线杆的形式,显然那是我们体内几乎所有细胞,都在使用的能量货币,而这也是线粒体的一项关键功能,我们后面可能还会聊到,线粒体除了提取能量之外的其他功能,但功能本身就是线粒体的一项关键功能,而且每个细胞的几乎每个部位都需要ATP 通过就地生产,效率就会更高,所以我认为空间分布是其中非常关键的一环,这很有意思,有非常出色的研究表明,当细胞爬行移动时,细胞有时确实会爬行,比如免疫细胞发现了正在追逐的目标 线粒体就会向细胞的前沿聚集,而爬行对细胞来说,在能量消耗上是非常昂贵的,也就是说需要大量ATP 线粒体就会聚集在消耗ATP的前沿,就地制造ATP供其使用 [00:17:36]

Andrew Huberman:我觉得这是能量就地需求的一个绝佳例子,我知道自己问的是一些偏宏观的问题,但我们有理由认为某一个线粒体,知道自己属于哪个细胞吗,比如他们之间有区别吗,一种细胞类型里的线粒体,跟另一种细胞类型里的线粒体,差别真的有那么大吗,比如眼睛里的神经元,既然你说不想专门聊神经元,那我们换个例子,比如是不是,聊神经元也行,比如两个相邻的皮肤细胞,它们都是皮肤细胞,里面都有线粒体,但它们知道自己属于哪个细胞吗,而且你的线粒体,我猜因为来自你母亲的基因组,它们知道自己跟我的线粒体不一样

Jared Rutter:但它们到底有多强的身份认同呢,对,我觉得这是一个处于我们认知最前沿的话题,你问的这些问题正好处在我们现有知识的边界上,对,线粒体确实不一样,大致上可以这么说,我们体内几乎每一种细胞的线粒体都略有不同,专门契合那种细胞的具体需求,比如心肌细胞,那种细胞差不多就只有一项工作,那就是在我们一生的每一天,每一小时,每一分钟,每一秒里不断收缩,当它与心脏里的其他细胞协调收缩时 [00:18:31]

Andrew Huberman:我们的心脏就能跳动了,这就是它的工作,那些细胞会有更新换代吗,我们知道神经元往往是不怎么更新的,极少极少,那就让人放心了 [00:19:08]

Jared Rutter:非常非常少,听你这么说我很高兴,你可以想象,要实时把它们替换掉是有多难,对吧,我是个冰球球迷,这简直就是比赛不暂停,直接换人的场面 H 明白,难度,大到,惊人,所以那些心肌细胞,它们的线粒体,天生就是为了把手头,能拿到的一切原料,都消耗掉,来制造ATP 因为那些ATP 对支撑细胞的收缩,和心脏的跳动至关重要,而其他细胞里的线粒体,比如排列在肠道内壁的干细胞,它们能让我们的肠道内壁每5到7天就彻底更新一次

线粒体如何支持细胞更新

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它们能让我们的肠道内壁每5到7天就彻底更新一次

Jared Rutter:它们能让我们的肠道内壁每5到7天就彻底更新一次,顺便说一句,这非常惊人,整条肠道,你的整条肠道每5到7天都在更新换代,真不可思议,就是你肠道的内壁,那确实不可思议,确实很惊人,对于那些干细胞来说 ATP并不是它们的主要需求,它们需要不断地完整自我复制,每一天甚至不到一天就要复制一次,所以它们的代谢机制和心肌细胞大不相同,粗略来看,心肌细胞只需要制造ATP 而它们需要造出一个全新的细胞,刚才我们聊了整个生物体的代谢,那些细胞自身的代谢非常复杂,因为它需要复制全部的DNA 复刻一份放到心细胞里,还要复制所有的蛋白质,所有的细胞膜,脂质,而且这个过程必须快速进行,所以那种代谢通路的构建是截然不同的,而且再说一遍,线粒体在其中起着根本性的作用,那些线粒体的构建方式,让它们能够产生制造新细胞所需的生物量,这和新基细胞的线粒体大相径庭,这种差异在我们体内的几乎所有细胞里都在上演,对吧,我们的每一个细胞都有某种特定的目的,为身体承担着某种特定的功能,因此线粒体对那个细胞的需求,也会根据该细胞特有的功能和需求而有所不同,所以这是一个极其引人入胜的话题,也就是线粒体的多样化 我觉得这也是我们正在不断深入了解的领域,过去几年里真正出现的一大进展,也是一个非常前沿的领域,你可以设想一个有着复杂需求的细胞,其实有证据表明,其中最引人瞩目的成果是,斯隆·凯特林的Craig Thompson最近发表的,该研究显示,在同一个细胞里,可以有两种具有不同功能的不同线粒体,而且它们在单个细胞内是彼此分离的,它们各自都在做什么呢?有的线粒体往往更偏向生物合成,可能负责产生生物量,而有的线粒体往往更偏向提取能量,并制造ATP 这种理解方式虽然过于简化,但大体上是准确的,这非常直观的体现了线粒体的这一独特功能 也就是它可以再次根据细胞的需求做出适应,比如我吃了一些食物,食物被吸收了 [00:22:37]

Andrew Huberman:我的血液里开始循环葡萄糖,我体内还有一些以糖原等形式储存的能量,我很好奇不同的线粒体到底有多贪婪,这里的规则是每个细胞都试图获取尽可能多的能量,来制造尽可能多的ATP 还是说他们之间会有沟通,能量是以某种更坚固各方的方式来分配的,对,这是第一个问题,在这个框架下,我能想到两种情景,一种并不是非此即彼的,比如脉管系统把葡萄糖非常好的分配到所有地方,所以每个细胞都能分到一些葡萄糖,然后都在贪婪的尽可能多制造ATP 整个系统运转的非常顺畅,我也能想到另一种情况,那就是会优先输送给,像大脑这样维持生命运转的重要结构,比如呼吸,心脏,器官之间存在优先级排序,我说的是在非压力状态下 对,所以能量到底是怎么分配给细胞的,细胞之间又是怎么瓜分这些资源的,好,这个问题提的太棒了 [00:23:40]

Jared Rutter:这也是生理学里一个非常迷人的领域,正如你提到的,当我们吃东西时,消化系统开始从食物中提取出各种成分,也就是糖类、氨基酸、脂肪,这随后会触发不同类型的信号 GLP-1算是一种,胰岛素是另一种,那些信号就是激素,它们被分泌出来并流向全身的很多细胞,告诉每一个细胞,我们刚吃过饭,这层含义对每个细胞来说都是不一样的,有些细胞根本不在乎,有些细胞完全不理会这个,继续做它们原本在做的事,有些细胞则非常在乎,比如脂肪细胞,也就是构成我们脂肪组织的那些细胞,它们对这个极为看重,一旦觉察到胰岛素,它们就会激活一种蛋白质,开始制造一种促使葡萄糖 被摄入到那个脂肪细胞里的蛋白质,接着那些葡萄糖会通过一系列化学反应,转化成脂肪分子,随后那个脂肪分子会被非常安全地储存起来,并且有可能储存很长一段时间,这又是生物体进行自我协调的一种精妙方式,我刚吃完饭,作为一个生物体,一个整体,我们当下的能量状态非常棒,状态非常好,所以把其中一部分能量,以脂肪的形式存起来,同样非常安全地,储存在我们的脂肪细胞里,等遇到长时间进食的时候,再拿出来用,这种进食对我们现在来说,没那么频繁,但对我们的祖先来说,可能经常发生,而进食后那些装满脂肪的脂肪细胞,很可能在祖先经历长期断食时,保住了他们的命 胰岛素对肌肉和全身其他细胞,也有别的影响,不过这种协调的精妙之处,恰恰就在这里,不同细胞对进食状态的反应并不一样,取决于那个细胞自身的需求和功能,还是那句话,有些细胞根本不在乎,它们该干嘛就干嘛,而有些细胞则会根据机体的代谢状态,也就是进食还是进食的状态,彻底调整自己的功能,照你刚才描述的画面,我得出的结论是 [00:25:37]

Andrew Huberman:基本上每个细胞显然都很清楚,自己的职责,不是在贪婪索取,而是在尽职尽责的,扮演那个角色,对,而且整个过程,不知怎么就被统筹起来,让我们整个人,能正常运转,我知道有些人,可能会觉得,这不废话吗,但你仔细想想看,确实不可思议,肝脏细胞,并没有直接,跟脑细胞通气,说自己能拿到,多少葡萄糖,你的描述,让我第一次,真正理解了,有胰岛素,这种激素信号,是多么精妙,它可不仅仅是个百度车,因为我觉得大多数人,包括听这个播客的大多数听众,或者生活在当下的普通人,都会觉得,只要有胰岛素敏感性就行,只要细胞能识别这个信号就好,但我们在这档播客里,其实从没探讨过这个信号,到底是什么,我们总觉得胰岛素就是个百度工具,但这个信号的强弱,是在传达周围可能有什么,而且我意识到,它有各种很棒的延伸意义 能让细胞做好准备,比如心想,我现在要卖力干活了,当好我这个负责囤积的小脂肪细胞,能存多少存多少,或者像脑细胞那样,心想开工了,有需要的话,随时准备发放动作电位,而有些细胞,比如眼睛里的感光细胞,就只管做那一件事,闭上眼,他们在发放冲动,睁开眼,情况有点复杂,但他们或多或少也在发放冲动,显然没必要展开讲这个,但在所有这些细胞里,线粒体基本上都是推动ATP这一套的核心,对吧,而且基本上只用一种主要的细胞能量来源,看起来效率也特别高,所以能不能请你给我们讲讲葡萄糖进入细胞后会发生什么,还有我们在本节目里从没讲过,我感觉在其他任何播客里也没听过的,也许有但我没听过 就是怎么从ATP真正过渡到让细胞能够执行它的职能,我知道这里面有大量的生物化学内容,但你研究过那条通路里一些起关键作用的分子,它们各司其职,所以也许我们可以好好聊聊,基本上是怎么从ATP走到丙酮酸的,这可能会把一些人劝退,但你会给大家科普,告诉我们这其实一点也不可怕,它其实特别酷,而且为什么拥有这些,不仅仅是化学物质,而是真正具有特定含义的信号,会如此重要,对细胞而言,因为在我看来,原谅我这里稍微多说两句,说完我就闭嘴,我觉得如果大家能真正领会这个概念,就是激素水平会上升,激素水平会下降,皮质醇遇到压力会升高,之后会降下来,你醒来时皮质醇升高,困倦时退黑素升高,重要的不仅在于它存在 而且信号的强弱所表达的内容,远不止让你犯困这么简单,它在传达曾经发生过的事,和当下正在发生的事是不一样的,它在为接下来要发生的事铺路,这其实才是生物学里,真正承载动态过程的部分,就算用视频也很难表达清楚,所以请带我们看看,从葡萄糖到ATP 再从ATP到我们所谓的能量,到底是怎么一回事,好的,这里面显然有很多内容可以展开 [00:28:46]

Jared Rutter:可以说葡萄糖是最主要的碳水化合物,也就是我们大多数细胞,都在消耗的最主要的糖类,当葡萄糖被运进细胞后,同样会经历一系列,我们称之为糖教解的化学反应,我会讲的简化一些,因为显然还有很多细节,这就像一张纽约地铁线路图,里面四通八达,有很多分支路线 [00:29:19]

Andrew Huberman:我们现在先不去管它们,我们只需要一路往北,或者往南,往北和往南,这也是在细胞里,差不多唯一能走的方向,我说的不是纽约,开个玩笑

Jared Rutter:我知道其实也能横穿曼哈顿岛,对,可别得罪纽约人

葡萄糖、丙酮酸与代谢通路

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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可别得罪纽约人

Jared Rutter:可别得罪纽约人 Andrew 葡萄糖,进入细胞,经历一系列化学反应,就像你提到的,会变成丙酮酸,那就是糖教解的终点,也就是这一连串化学反应的终点,到了丙酮酸这一步,细胞就得做一个决定了,它可以把丙酮酸运进线粒体里烧掉,本质上就是氧化,也就是跟氧结合来燃烧,这是一种非常高效的方式,能通过丙酮酸把葡萄糖里所有能榨出的能量都榨取出来

Andrew Huberman:跟我们多讲讲丙酮酸吧,对我这样的人来说怎么理解丙酮酸最合适,它是一个中间产物,可以说是从葡萄糖出发的终点站 [00:30:36]

Jared Rutter:葡萄糖是一个六碳分子一种复杂的化学物质,经过一系列化学修饰一步步变成丙酮酸,正如我刚才提到的,它在某种程度上算是一个枢纽节点,在这段葡萄糖代谢的过程中,我们之所以对丙酮酸特别着迷,就是因为在这里发生的分流,丙酮酸既可以被运进线粒体烧掉,这在生成ATP 榨取所有能榨取的能量上非常高效,比如心肌细胞就特别喜欢这么干,从循环系统里把能拿的都拿来烧掉,制造ATP 让我们的心脏一直跳动,但另一方面,别的细胞就不这么做,它们不需要那么多ATP 比如我之前提过的肠道干细胞,它们算是一个工厂,负责让我们肠道内壁,每周都能重新长出一批细胞,它们对丙酮酸的处理就完全不同 它们不去烧掉它,而是把丙酮酸和糖,酵解过程中的,其他中间分子变成生物量,也就是,能让这一个细胞完成,自我复制的原料,我完全被这种分流迷住了,食物要么被转化成能量,要么被转化成生物量,我觉得这么说可能有点过于简化,但要理解我们从吃进去的食物里得到了什么,这是一个很好的基本视角,能量或者用来造新细胞,修复受损细胞的原料,比如制造抗体的免疫细胞B细胞,活化的B细胞需要制造大量抗体,那可是相当多的东西,这就要求B细胞拥有大量能转变成蛋白质的氨基酸,因为抗体本身就是蛋白质,而这又是我们免疫系统中非常关键的一部分 保护我们免受那些可能会要命的外来入侵者伤害,落在丙酮酸这一步上的分流,我认为是代谢中极其迷人的一个关键节点,我们很多人都非常想搞清楚,细胞到底是如何组织自身,从而做出正确的资源分配决定的,我们的每一个细胞,在一天的每一秒都在做资源分配的决定,它该怎么利用手头的这些东西 [00:32:35]

Andrew Huberman:我觉得这确实非常吸引人,所以我们现在可能,我这么说可能得罪细胞生物学家,但距离那块三明治大概隔了七步,三明治吃进嘴里进入肠道,被吸收,对吧,我们得到了葡萄糖,葡萄糖进入细胞,在这个产生ATP的通路里,发生了一些重要的生物化学反应,然后我们来到了你所说的,丙酮酸这个关键节点,丙酮酸接下来要么说,我们来造更多,你管它叫生物量,也就是构成细胞的原料,有点像木材运到了,这或许是个挺贴切的比喻,没错,没错,你要么用它盖更多的房子,要么把它烧了取暖功能,比喻的太好了,对,再加上一个条件,你需要烧掉一部分木材,来提供热能,才能让施工继续进行,没错,好,现在我们来到了这个关键的分流点 这个岔路口,对于一个细胞来说,用丙酮酸维持自身运转,比如心肌细胞,和用它来制造生物量相比,在代谢上的负担是一样重吗,还是哪一个消耗更大,我之所以这么想,还是回到你开头讲的特别好的那一点,把我们整个人体的代谢,看作所有这些事情的总和,相对来说,有多少三明治是用来维持运转,有多少是用来重建我们,这两者消耗是对等的吗,也就是你说的生物量,或者我说的盖房子,也就是把木材分配给房子本身,对比拿去烧火功能,对,这笔账很难算 [00:34:00]

Jared Rutter:里面有很多细微差别,大概的比例就行,我不跟你较真,可以这么想,我们很多人可能不幸了解过PET成像,对吧,这是一种常用来诊断癌症的手段,正电子发射断层成像,对正电子发射断层成像,而FDG-PAT是最常见的一种PAT 基本上就是给细胞注入一种葡萄糖,然后通过很多人都知道的这种PAT扫描,把它显像出来,之所以这么做,是因为肿瘤会摄入大量葡萄糖,而FDG就是福袋脱氧葡萄糖,这是一种代标记的葡萄糖,所以我们做FDG-PT的目的,就是看身体里哪些细胞,哪些部位在大量摄入葡萄糖 而肿瘤会摄入大量葡萄糖,所以FDG-PET经常被用来诊断癌症,而且非常有效,这是一个衡量指标,癌细胞也一直在做资源分配的决定,但对它来说,一旦转变成癌细胞,那种资源分配就几乎全变成了,制造更多细胞,肿瘤之所以成为肿瘤,就是因为最初带头变坏的那个细胞,没有去做它本该做的事,而是决定复制自己,再复制自己,形成一团细胞醋 [00:35:30]

Andrew Huberman:最终变成了肿瘤,好,我有一个看似偏哲学,但实际上关于肿瘤的科学医学问题,细菌有机会劫持细胞的基因组,病毒当然也可以,大家最容易理解的例子,大概就是泡诊病毒,比如HSV之类的,它寄生在神经元上,却不杀死神经元,这对病毒来说很方便,对吧,因为要是杀死了神经元,它自己也得死,因为是神经元在表达那种病毒,它劫持了基因组,所以我之前才说,病毒有他们自己所谓的智慧,对,比如让自己活下去,但同时也让宿主活着,并且完成传播,狂犬病毒的例子最容易理解,比如去影响大脑里触发攻击性的区域,进而触发攻击行为,咬人行为,有人就琢磨过,病毒知道自己在这么做吗,对,大概率不知道,对吧 他们又不是大脑,但这种所谓的适应性行为和智慧,确实相当惊人,我觉得癌症彻头彻尾就是一件坏事,对吧,那些细胞很贪婪,掠夺葡萄糖疯狂增值,细胞更新彻底失控,肿瘤越长越大,开始侵占其他组织,发生转移,轰的一下,把宿主弄死了,这并不是什么好策略,从肿瘤的角度来看,所以他显然没有去考虑自己的长远打算,以任何适应性的结果,结局,但有没有人像我们看待病毒那样,去看待过肿瘤呢,比如背后的逻辑是一样的,只不过他们的目标,似乎就是要杀死有机体,我不是想把细胞和细胞机制拟人化,但我觉得,关于如何应对肿瘤和思考癌症,有没有可能从这些例子里 [00:37:01]

Jared Rutter:借用一套现成的答案,还是说我走偏了,这个问题挺有意思,病毒和细菌,跟你刚才描述病毒的方式差不多,某些相同的原理,也适用于细菌,也就是寄生性细菌,正如你提到的病毒的目标,如果你真想把它们拟人化的话,它们的目标就是繁衍,对吧,它们承受着进化压力,那种病毒生存下来的方式,就是自我复制,再去感染另一个生物体,让那个生物体制造出一大堆新的病毒,接着再去感染别的生物体,对吧,这就是进化的游戏规则,病毒干的就是这个,而且他们非常擅长,你刚才还描述了一些,非常有趣的生物学现象,病毒其实会影响宿主的行为,让自己更容易进入

Andrew Huberman:下一个宿主体内,对吧,太神奇了,真希望我们能有个更好的词,来形容这东西,因为说智慧其实不太对,这又不是大脑产生的,但它就是这种适应性逻辑,对这个说法很好 [00:38:45]

Jared Rutter:适应性逻辑,它让那种病毒得以生存和繁衍,当然进化就是这么运作的,要是那种病毒出现了一种突变,让它能更好的做到这一点,那它就能更高效的感染,它能更容易进入宿主体内,更容易繁衍,最后就会占据那种病毒的整个种群,这就是进化的过程,我觉得这也完全符合,直觉,你刚才问到了癌症,癌症在一个关键方面,显然有着本质的不同,要是我得了病毒,来到这儿,我们隔着桌子坐着,我不停地咳嗽什么的,对着桌子另边的你喷飞沫,你可能就会感染病毒,生病体内,制造出一大堆新病毒,然后你又传染给同事 这就是病毒的传播,很不幸,我们大家对此都太熟悉了,几乎没有证据表明,癌症是会传染的 [00:39:52]

代谢资源与癌症传播

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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癌症是会传染的

Jared Rutter:癌症是会传染的

Andrew Huberman:那带欢呢,你知道这个吧,不知道,我没听说过,好吧,我不知道这个说法,现在还站不站得住脚,但有段时间,一直有这种观点,评论区肯定会有人告诉我们,在网上做播客,有意思的地方就在这,说是带欢打架,然后伤口会引发癌症的传播,看着非常让人不安,作为一个喜欢动物的人,看到这些长着小牙齿的,可爱小动物的照片,非常让人难受,他们身上有股胸很近,伤口处会长出这种,类似肿瘤的东西,结果发现那些就是癌症,所以他们不知道怎么搞的,打架留下伤口,这可能是病毒引起的,也可能是细菌引起的,我不知道,这超出了我的专业范围,但当时有这么一种观点,认为他们可以通过打架,互相传染癌症,有意思,我觉得这挺让人难过的,但不管怎么说,确实很不可思议 澳大利亚也是个稀奇古怪的地方,你懂的,什么事都有可能发生,我挺喜欢那边的,这并没有,我是说毕竟那地方整个世界都是倒过来的,没有 [00:40:54]

Jared Rutter:不过你说的对,大体上,对,我们通常不认为人与人之间会传染癌症,所以当你去思考癌症的进化时,那种进化的范围是不一样的,对吧,我体内一个细胞发生这种进化的范围,仅限于我自身,癌细胞经历进化的方式,完全是一模一样的,要是我体内的某个细胞开始增值,它获得了一个突变,让它能够分裂,而且分裂的更快,也许它还能摆脱免疫系统,以及体内其他控制细胞增值的系统,对它施加的限制,然后它就能一次又一次的分裂,这基本上就是癌症发展的持续过程,也就是不断获得突变,让那个细胞能更好的逃避免疫系统,进行自我复制,避开伴随DNA损伤而来的那些问题,很多癌症都有这种损伤 并且持续制造出能够存活的细胞,从某种角度来说,这就是在单个细胞层面上演的进化过程,但它与宿主的相互作用显然是不同的,因为还是那句话,病毒有这种进化的驱动力,要从一个生物体,跑到另一个生物体体内,来完成繁衍,癌症可以说并不是被同样的动机驱动的,因为据我们所知,从一个生物体跑到另一个生物体体内的现象极少发生,甚至可以说是几乎没有 [00:42:01]

Andrew Huberman:两者的动机是不同的,但背后的进化过程起作用的原理,在两者身上是相通的,我再带大家拐个小弯,然后我们真得回过头来聊线粒体和丙酮酸,聊聊你在这处关键节点上的贡献,也就是丙酮酸到底把精力投向哪里,是去构建更多细胞物质,还是去消耗能量,每当节目里来了一位硬核的细胞生物学家,这在播客里不算常有,或者遇到深入思考构成人体的那些要素的学者,我都会尽量问这个问题,我一直被以前听过的一件事困扰,就是大家很容易把进化理解成,好吧,我们都是在适应性的多生后代,照顾幼崽,向前繁衍,几乎每一种哺乳动物都是这么干的,听起来都讲得通,直到我从同事Justin Sonnenberg那里了解到,肠道微生物群,他说每次握手 就像我们今天其实就交换了微生物群,空气里皮肤上都在共享,你看我们刚才握手了,对于这一切,有一种非常纯粹的生物学视角模型,那就是我们不过是微生物群的运载工具,我们做的一切事情,造电动车,搞辩论,游行抗议,送孩子上学,我们以为这一切都是为了我们自己,但微生物群就好像劫持了这一过程,他们可不会坐在那想,那些人类觉得一切都是为了他们,而我们只是在努力扩散,确保自己延续下去,也许等到人类灭绝之后很久,我们还会一直延续下去,而我完全找不出这个理论的破绽,这个理论简直太完美了,我总盼着有人能告诉我,至少从纯生物学角度来看,这根本不是真的,但这事确实让我有点害怕,偶尔我就会琢磨,也许我本质上就是一堆微生物群 对你只是个载具,我们只是个运载工具,但我们长了个大脑,对他们来说这太方便了,对吧,是的,因为大脑会驱动,我想走出去做事,我会去想失败和成功,想怎么才能做得更好,在不同阶段想做什么,没准这全都是为了让他们,能尽可能扩散到更广更远的地方 [00:44:22]

Jared Rutter:这个嘛很不巧 Andrew,我恐怕拿不出确凿的证据来反驳你,这确实很迷人,而且让人有点毛骨悚然,对吧,对,非常瘆人,我们确实不喜欢把自己当成进化巅峰和万物终极目标之外的任何东西,但毫无疑问,正如你所说,微生物群就是生活在我们肠道里和皮肤上的细菌,驱动它们的进化压力和我们之前聊过的病毒,以及我们自身面临的完全一样,它们也在努力繁衍自己,去占据生存的生态位,填补宇宙中属于它们的那一小块天地,而且要比身边的竞争对手活得更好,要是能做到这一点,它们的基因组就会一代代传下去,一想到我们为它们扮演的角色,以及它们为我们扮演的角色 真的很有意思,这种现象大家早就知道了,但我认为微生物群的深层影响,其实是在最近十年左右,才真正开始受到严肃的实验研究,我觉得我们还在不断认识它的影响,但毫无疑问影响非常大,跟我们讲讲NPC1和NPC2吧 [00:45:39]

Andrew Huberman:我想问的是能量生成和分配,这一关键过程中的生化步骤,平时大家听到英文缩写,往往搞不懂,大家差不多会觉得,我的天这是在聊什么,但我认为让大家理解这一点非常重要,我们这种代谢这种拥有能量的状态,不管我们是年轻还是年老,精力充沛还是不足,身体健康还是在对抗癌症,这都是一个关键节点,我真正想知道的是,你们到底是怎么发现这种东西的,因为我觉得我们正好可以借此,讲清楚科学探索的过程,很多普通人其实并不了解,首先你得有细胞,你得能找到线粒体,你得能分清什么是ATP 什么是丙酮酸,然后你知道他们要走向两条不同的通路,因为别人这么说过,你也能在显微镜下观察到,但之后你是怎么找到这东西的,再跟我们说说它是做什么的,或者先跟我们讲讲它是做什么的,但我觉得让大家对这是怎么做出来的 有概念会非常有帮助,因为我们老听到这类东西,比如某种分子,大家就会问,有没有针对这个的多态,先等一下,我们来想想自己究竟是怎么弄明白 [00:46:53]

Jared Rutter:自身的这些核心机制的,我觉得这太有用了,谢谢你问起这个,这让我能稍微回忆一下当年发现它的过程,那是我科研生涯里一段很有趣的时光,全靠实验室里那些出色的成员做出来的 NPC这个缩写算是名副其实,它代表线粒体丙酮酸转运体,就算你不是科学家也能听懂,太好了谢谢 [00:47:04]

Andrew Huberman:这是你起的名字吗,不是我们起的名字,这个名字之前就有了,等我讲起这段故事时再跟你细说,那得感谢起名字的人,因为我很讨厌那种不说明问题的缩写

Jared Rutter:对MPC名副其实,就是让丙酮酸进入线粒体的转运体,线粒体丙酮酸转运体功能正如其名,它位于线粒体上,基本上就是在膜上提供一个非常特异的通道,让丙酮酸能够进去,好让线粒体接下来燃烧它,再次提取出所有能量来制造ATP 它的功能基本上就是这样,这背后的历史非常有趣,六七十年前,人们就知道,线粒体上一定有某种转运体,让丙酮酸进去,但一直没搞清楚,到底是什么蛋白质,具体是怎么工作的,时间快进到2008年或2009年左右,我们实验室当时,正好又重新对线粒体着了迷,要我说,促使我们下决心,开始做线粒体研究的动力 是我们意识到构成线粒体,执行线粒体各项功能的许多蛋白质,我们根本不知道它们具体有什么用,这就说明这个细胞器,也就是细胞的能量工厂,我们平时,至少我个人感觉,我们对线粒体做什么是很了解的,但里面其实还有很多,我们答不上来的谜团,于是我们就挑了一些 [00:48:36]

Andrew Huberman:明知在线粒体里,却不知道是干什么的蛋白质,试着弄清它们的功能,其中两个刚好就是NPC1和NPC2 很久以前我观察过也学过,我自己做的不算多,就是如果你想弄清楚细胞里有哪些蛋白质,你就去弄一大堆这种细胞,这并不难办,然后你差不多要把它们研磨碎,再让它们流经一堆层锡柱,真就是一根根试管,那些试管里有滤网,可以放形大,没那么大,小或者非常小的东西,也就是我们所说的分级分离,对吧,然后你再去测流出来的不同物质,看看它们有没有某种功能,在某种细胞的,就像你们到底是怎么找到MPCR的,是用类似这样的办法做的吗,某种硬核的,我们叫硬核生物化学纯化的办法,做出来的吗,那算是过去的老办法了,或者我想这么问,我们现在知道 某一个人类心肌细胞里,蛋白质的总数吗,我觉得我们知道,对 [00:49:54]

细胞蛋白质与燃料选择

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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对

Andrew Huberman:对,我知道,心肌细胞里的每一样东西,我觉得心肌细胞里的所有蛋白质我们都知道

Jared Rutter:当然在细胶的话会有一些稍微修饰过的版本,但我们是知道这些蛋白质的,因为它们都是由我们的基因组编码的,对吧,我们了解人类基因组 [00:50:07]

Andrew Huberman:那已经被测过序了,我们知道那是什么,但我们并不确定某个具体细胞里表达出来的每一样东西,没错,确实是这样,而且那里面有一些非常有趣的特征,我能,不好意思,我是故意打断你的 20年前,你能说出你刚才说的这番话吗,底气会比我现在小得多,你会说心肌细胞,但我们其实并不知道

Jared Rutter:里面所有的零碎构建,但现在我们知道了,现在我觉得我们基本上全知道了,同样这里面会有一些,我们还不知道的微妙细节,但我觉得我们几乎全都知道了,那就好,但这并不意味着我们知道这些东西都是干什么的,那也许就是下一代科学家要去摸索的生物化学前沿了,我们不知道它们全都是干什么的,但我们差不多知道它们都是些什么,知道它们是什么,却不知道它们是干什么的,这就促使我们去研究线粒体里的这两种蛋白质,我们可以提出一个非常强有力的假设,认为它们很重要,因为凡是有线粒体的细胞里都有它们,下至作为单细胞生物的酵母,再到植物和动物,凡是有线粒体的生物 都有MPC1和MPC2这两种蛋白质,要是把我们试图弄清MPC1和MPC2功能的整个过程,在这个播客里讲一遍,大概要花太长时间,但这是一次非常精彩的合作,我觉得也是我职业生涯的亮点之一,我实验室里的不同成员,和我同事Carl Thummel实验室的成员一起合作 Carl当时是一位果蝇遗传学家,或者说现在也是,他用上了他独特的技能和资源,而我们则是用酵母和人类细胞作为模型系统,通过把所有这些数据综合交叉比对,我们得出的数据表明,这两个刚好待在线粒体里的未知蛋白质,可能就是线粒体丙酮酸转运体,现在这一点已经得到了多次验证,他们确实就是负责 把丙酮酸转运进线粒体的蛋白质,作为一名科学家,亲眼见证这一切发生,对我来说是一段非常开心的时光,你刚才提问的时候,其实也提到了这一点,也许比我和Carl发现,线粒体丙酮酸转运体,更让人兴奋的是,我们当时发表了论文,而日内瓦 Gene Claude Martino的实验室,也同时发表了论文,得出了同样的发现,从那之后真正有意思的,是看到这背后的深远影响,并且重新开始去理解,这种蛋白质,在我们刚才讨论的,丙酮酸分配中,扮演了什么角色,因为现在MPC成了丙酮酸,去往某一个去向的第一步,可以算是把它拉进了纤粒体,一旦丙酮酸进入了线粒体 它就会在线粒体里被派上用场,而不是留在细胞制机制里用作别的用途,所以这成了我们后来做的大量工作,也就是这到底意味着什么,我觉得去探究这在不同细胞类型中代表着什么,是一件非常令人兴奋的事,就拿心肌细胞来说,同样这些细胞一心想要制造ATP 好让心肌细胞能够持续收缩,他们需要榨取每一分能榨取的能量,尽可能多的制造ATP [00:53:26]

Andrew Huberman:他们极度依赖这个MPC 那他们怎么确保心肌细胞制造的能量,刚好够维持自身运转,不至于光顾着烧光所有木料,最后落的一句天哪,房子都塌了,对他们是一直把90%的ATP投入能量消耗,而且就认准留10%吗,对,这些通路到底能量化到什么程度,因为你不能让墙塌了 [00:54:01]

Jared Rutter:那样产生再多能量也没用,这个问题问得太好了,它绝对不是预先编好程序的,不像有个带分流法的水龙头,规定90%走这边 10%走那边,没错,实际发生的情况是,而且不光心肌细胞这样,每一个细胞都这样,细胞基本上一直在衡量产出,这又是拟人化的说法了,我得承认有些科学家很讨厌我们把细胞拟人化,我都聊到肿瘤有智慧或者适应性逻辑了,所以没事,那我对细胞这么说算是由你帮我打掩护了,掩护管够,没错,细胞基本上随时都在衡量自己的资源,我觉得完全可以说得通的是,每个细胞或者说几乎所有细胞,随时都知道自己拥有多少可用能量 也就是ATP 当能量变低时,他们会启动一系列应对反应,把它重新拉上来,他们会关掉消耗ATP的过程,他们会开始从血液循环里拉取葡萄糖,来制造更多ATP 面对ATP耗节会有这种非常深刻的反应,而且我觉得代谢图谱上的很多中产物,也都是这样,同样这些代谢图谱的产物,包括制造蛋白质的氨基酸 [00:55:22]

Andrew Huberman:以及制造DNA和RNA 也就是我们基因组所必须的核肝酸,所有这些细胞都有一种贪婪的本性,如果脂肪细胞很贪婪,你就能看出问题来了,比如当我们摄入的葡萄糖不够的时候,我们先撇开生酮和替代代谢通路不谈,我们待会会聊到,但如果脂肪细胞也非常自私,那么在某个时刻,他们是被迫释放这些东西吗,但脂肪细胞终归只想越来越大,而但如果这个心肌细胞,没有足够的葡萄糖,它到头来可能会关停各种机能,就像你可以把房子改造的,只剩下只剩个壁炉和周围一点点结构,但你终归需要资源,那接下来会发生什么,脂肪细胞释放能量,然后细胞大家各分到一点,你就这么撑着,所以属于饥荒状态

Jared Rutter:一类的情况,对没错,我是说正如胰岛素告诉身体,我刚吃过饭,我们挺好的,把那些以葡萄糖形式存在的,可用能量攒起来,用起来,也有一些激素起反作用,胰高血糖素,就是其中之一,而且胰高血糖素,最近又稍微热门了一些,因为现在有些GLPE 把它结合进去了,更新的一些GLPE药物,把它结合进去了,胰高血糖素被称为进食激素,所以胰高血糖素在很多方面起的作用,和胰岛素正好相反,它会跑到脂肪细胞那里,和脂肪细胞结合,告诉脂肪细胞把攒下的脂肪拿出来释放掉,现在这些脂肪就能运到身体里的其他细胞,比如心脏 [00:56:44]

Andrew Huberman:心脏非常擅长消耗来自脂肪组织的脂肪酸,那就好 AT 听到这个我其实松了口气,对吧,因为万一缺粮的时间足够长,那肯定是这样 [00:57:32]

Jared Rutter:我最不希望停摆的器官,没错,而且我们大多数人脂肪细胞里都有脂肪,你完全可以说,那些脂肪最关键的去处就是心脏,为了让心脏活下去,在正常人体内,据估计心肌细胞,也就是心脏肌肉细胞提取的能量里,有70%到80%都是来自脂肪,你刚才说是进食状态下,那是,尤其是在进食状态下,但即便在进食状态下,脂肪也随时能供心脏使用,而且,是饮食摄入的脂肪,还是来自脂肪细胞的脂肪,两者都是,两者都是,只要循环系统里有脂肪,心肌细胞就很擅长摄取并燃烧它,从中制造ATP

Andrew Huberman:对大脑偏爱葡萄糖,但它也能利用,我对生酮通路其实没那么精通,但我知道我们的大脑靠酮体也能运转的很好,所以碳水化合物并不是所谓的必需品,搞生酮的人都特别喜欢这么说,根本没有必需碳水化合物这回事,但这改变不了一个事实,那就是首选燃料来源,对几乎所有细胞来说都是葡萄糖,不过话说回来,那是另一码事,你同样不希望大脑停摆,对,那如果能量的形式变了,一旦进入线粒体,丙酮酸 MPC 以及下游,它还是完全一样的吗,到那个阶段,基本上算是能量 [00:58:38]

Jared Rutter:就是能量还是说,根据燃料来源的不同,会有多条通路,对,神经元消耗脂肪酸的能力,很有限,我觉得传统观点,一直认为它非常接近于零,我觉得现在这一点,受到了质疑,但确实很有限,正如你提到的,神经元格外喜欢消耗葡萄糖,并用这些葡萄糖,来制造它们的ATP 这显然给身体带来了一个,非常严苛的要求,必须始终有葡萄糖,葡萄糖很神奇的一点是,我们体内有一套,维持葡萄糖水平的系统,糖尿病被定义为高血糖,这就是糖尿病的定义 [00:59:18]

糖尿病与心脏的代谢弹性

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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这就是糖尿病的定义

Jared Rutter:这就是糖尿病的定义,临床定义,也就是基本上我们的身体,无法充分限制,血液循环中的葡萄糖,这是具有破坏性,有害的,但这种损伤是以年为周期的,对吧,一个人患糖尿病可以生活很多年,最后才被他打垮,如果血糖太低,人几分钟内就会死,甚至用不上几秒钟,我觉得这有几个不同的原因,但可能最重要的一点是,大脑需要一定量的葡萄糖来维持运转,我前面也提到过,这些单个细胞上演着非常复杂的配合,从血液循环中摄取不同的营养物质,用作它们自己独特的用途,神经元又非常擅长摄取葡萄糖,燃烧它并从中制造ATP 我觉得心脏真的很有意思,因为它什么都吃,它是个杂食动物,脂肪葡萄糖乳酸酮体氨基酸,凡是能造出ATP的东西,它几乎都能拿来造出ATP 这对我们很重要,不管我们是刚吃饱还是没吃,它都能让我们活下去,心脏在这方面非常擅长,所以我认为我们体内不同细胞之间,时刻都在上演这种精妙的协作,各种细胞各司其职,摄入不同的燃料,用来满足各自独特的用途 [01:00:51]

Andrew Huberman:那如果拿掉MPC转运途径,会有什么后果,比如拿一只小鼠来说,你人在犹他大学,这里咱们顺便向Mario Capacci致敬一下,他的人生经历非常传奇,他拿诺贝尔奖主要是因为开发了,所谓的基因敲除小鼠,当然还有其他成果,你可以敲除某些基因,来检验该基因下游某种特定蛋白的功能,如果培育出一只缺失这些蛋白的小鼠,生下来会是一只死鼠吗 AT 那么,它们活不到出生,对,你能得到精子卵子,然后不知怎么的,它会,它能发育成一只小鼠,对,它会开始发育,然后我记得没错的话 [01:01:26]

Jared Rutter:大概发育到12天或13天,也就是从小鼠受精到出生,走完三分之二的时候,它就会死掉,你得不到活的小鼠,但现在的做法,显然你可能也想到了,正是依托Mario开发的技术,以及后人的跟进,我们现在可以培育出,只在肝脏,或只在心脏,或只在肌肉,或只在脑部缺失NPC的小鼠 [01:02:15]

Andrew Huberman:其中很多实验都已经做过了,抱歉,我本该说清楚功劳归属的,它开发的技术,能实现针对特定器官,和细胞类型的基因敲除或添加,见谅是你刚才提醒了我,算是向他致敬吧,所以,对几十年来很多人,都在为这项技术天砖加瓦,开发不同的用法,你可以想象

Jared Rutter:鉴于不同细胞的独特需求,产生的影响也是不一样的,心脏的目的性再次体现的非常明确,它的代谢机制完全聚焦于生成ATP 那如果我们拿掉心脏里的NPC会怎样,这样一来用葡萄糖生成ATP的效率就变低了,我们相当于切断了利用线粒体的能力,至少按传统方式是行不通了,其实我觉得那项实验的结果非常有意思,好几个不同的实验室都做过这项工作,阿麦克林顿率先开展了这项工作,他当时是博士后,现在在罗格斯大学带自己的实验室,其他人也参与了进来,那颗心脏基本上的结局是,它能存活,动物在那之后能活上几周,但最终动物还是会死,看看它们的死因,心脏变得非常大 它们死于心力衰竭,随着我们对这颗心脏,以及死因做更深入的分析,事情变得很清楚,很显然,它们并不是因为无法生成ATP而死,因为它们可以燃烧别的东西,来生成ATP 我们之前聊过这个,他们可以燃烧脂肪,他们燃烧脂肪完全没问题,从表面上看他们的死因,这里我得说多少带点推测,并不是所有问题我们都有答案,是他们做出了一个资源分配的决定,结果对他们自身来说成了病态的,他们摄入葡萄糖后,不是拿来燃烧生成ATP 而是开始合成生物量,这又是我们刚才聊过的那个分岔点,我们剥夺了它们用它生成ATP的能力,至少效率没那么高了,结果它们转去合成生物量 细胞变大了,心肌细胞一旦变大,就会给心脏带来结构性问题,几乎每个死于心力衰竭的人,最终都会有一颗巨大且扩张的心脏,蹦雪效率变差,我们在小鼠身上看到的也是这样,真的吗,这或许像我们揭示了,这种资源分配决定,到底有多么根本的重要性,这显然只是在心肌细胞的语境下,但话说回来,这种资源分配,决定在我们体内的每一个细胞里,时时刻刻都在发生,这也是为什么我对这个领域如此着迷,我们才刚开始了解,这些资源分配决定是如何做出的,做对和做错分别意味着什么,更令人兴奋的是,当心肌细胞或者更恰当的说 当一颗心脏做出了病态的资源分配决定时,我们能不能去纠正它,我们能不能找到一种疗法去纠正它,用恰当且健康的方式给它重新布线,进而恢复心脏的正常功能,我觉得我们现在依然处于这个领域的前沿,但我们领域当下的状态真的让人兴奋,我们开始理解这些问题了,而且我觉得在开发能够调控这张代谢图谱 [01:05:48]

Andrew Huberman:并有望解决问题的合适药物方面,我们才刚起步,那能不能这么说,这种能量分配,无论是在这种突变小鼠身上变成病态,还是在那些患有这些心脏病,且死于心脏病发作的人身上,本质上简直就像是细胞的身份出了差错,他们依然是心肌细胞,对,但他们把太多能量投入到复制自身上,而在做自己本职工作上的投入却不够,我有两个类比想抛出来,可能有点牵强,但我很喜欢狗,我现在养了一只中型犬,我以前养过一只大型犬,体型较大的犬种寿命要比小型犬短得多,我们其实知道这是因为IGF-1的剂量,这和生长通路有关,所以有这么一种说法,在同一个物种内部体型较大的动物,往往比同物种体型较小的品种寿命短得多 虽然有一些例外,但在某些物种内部,似乎确实存在这么一条规律,你要么体型大寿命短,要么体型小寿命更长,而且还有关于心跳的那个说法,对吧,比如那种认为人一辈子心跳次数是有限的理论,我之所以喜欢这些更高维度的,或许恰当的比较,尽管这里面有很多保留前提,是因为归根结底,当我思考生命演化物种繁衍,以及健康与病态时,核心全都在于能量,对吧,就像是你究竟把能量投入到了哪里,这可能会扯到某种神秘学,或精神层面的东西,那不是我们的目的,或者说不是我现在提这个的目的,但看起来在细胞层面和亚细胞层面,也就是你所描述的层面,在这种情况下的能量分配,就是生与死的区别,但这道选择题,你并不是在告诉我们说,我跟其他人发现的这些通路 其实有50种不同的分支选项,你是在说,要么合成更多生物量,壮大自身,要么利用能量去维持自身的功能,这其中似乎存在着一种关键的平衡,我还可以说另一个情况,如果你去看不同运动员的寿命数据,比如体操运动员和短跑运动员,平均似乎比其他人多活三到六年,而耐力跑运动员则介于中间,再看看那些体型非常庞大的运动员,比如力量局,运动员抛开运动中,用药这类所有因素不谈,只看那种体量要大得多的运动项目,那对长寿没好处,真的没好处,所以体型大小之间,似乎确实存在着这种平衡,是用燃料来壮大自身,还是用燃料来单纯维持自身,而这个自身可以是一个细胞,这个自身可以是一个器官,这个自身也可以是整个生物体 我觉得这并不是巧合 [01:09:03]

Jared Rutter:不过也许我在这里发挥的有点太宽了,这个类比挺复杂的,但我觉得你所讲的内容里有一点非常明确,那就是细胞的这种身份认同感,我是说这本来就是一个极其重要的现象,我们早就知道了,而且在某些细胞类型中,我们已经在某种程度上理解了这种身份是如何建立和维持的,不过我觉得你这个问题提的非常有意思,疾病在多大程度上,与那种细胞身份的丧失有关,而细胞身份,算是一个有点模糊的参数

Andrew Huberman:你怎么去衡量一个细胞,自认为是什么呢,你根本没法去问,对,你知道我是在讲功能,对吧,所以之前Max Cromwell 上我们播客的时候就说过,到了我们这个年纪,大概30多岁,开玩笑了,到了50多岁 50岁出头的时候

细胞衰老与能量分配

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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50岁出头的时候

Andrew Huberman:50岁出头的时候,我们体内的每一个细胞,其实都是原本的遗传构成,加上所有累积的突变拼贴而成的嵌合体,没人喜欢听到这个事实,但确实是这样,我们就像是过去的自己和现在的自己,拼凑起来的产物,那是细胞身份的一种形式,我喜欢你这里的说法,你在讲的是在一个器官内部,一种细胞类型内部,你差不多有两种选择 AA壮大自身,或者B做好你自己,所以体型大小与功能使用之间的这种概念,对我来说挺耐人寻味的,是的,我觉得就像你说的

Jared Rutter:某种程度上,我们又回到了,资源分配的话题上,是分配给能量,还是分配去制造更多物质,这可能意味着,分裂出另一个细胞,或者长成一个更大的细胞,制造更多物质,而不是产生更多能量,导致病理改变的例子,比比皆是,我们讨论过癌症,讨论过心脏出现病理性肥大,免疫细胞过度活化,也会导致炎症性疾病,这方面的例子太多了,所以我觉得这一切,都是在单个细胞层面展开的,而你所讲的,显然是一个用来思考这个问题的,更宏大的概念框架,但我觉得这二者之间确实有联系,我也说不好,这有点偏离纯科学了,但我确实觉得,去理解我们祖先,看待世界的历史与哲学方式,是件很有意思的事 我们能在科学中找到那些遗存,对吧,能看到他们映照在如今的各项发现之中,我不想把话题扯离生物学 [01:11:29]

Andrew Huberman:但如果我们能沿着这个思路多聊一点,我有时会从人际交往的角度来思考能量,而且我觉得我们大多数人都能想到,善意与恶意能量交换的极端例子,比如假设某个人,比如钱只是一种工具,对吧,大家都说金钱就是能量,这话听起来很有网络味,但实际上他确实可以拿来换东西,对吧,这是我们共同认可的规则,要是有人偷了我们的钱,或者他们承诺了一件事,结果却多收了我们的钱之类的,我们在根本上是完全明白这笔账的,你说过是这个价,结果收了那么多,你说过会是这个样,结果我拿到的却是那样,这不是我花钱要买的东西,对吧,但如果你去看人际交往和人类行为,我们认为具有恶意的事,通常发生在有人觉得,自己被偷走了能量的时候,往往表现为时间,但也经常表现为体力,因为时间就是物理上的能量 对吧,对,而善意的行为,通常属于那种持平的,或者算是有竞争向回报的能量交换,人际交往很大程度上,就是由这类东西构成的,我不想扯得太远,这不是一档心理学播客,但我一直在琢磨这件事,我之所以喜欢拉近镜头,去看细胞层面,是因为我们能发现,虽然细胞与宏观上的人际交往,不会有完全对应的关系,但没有任何一个细胞,如果他想为自己好,进而为他所在的器官好,再进而为整个生物体好,能承担得起自欺欺人的代价,没错,落回到单个细胞层面,也是这样,你不能细胞承受不起,欺骗自己的后果,如果有太多细胞这么做,最终就会得到一颗,大而无用,无法蹦雪的心脏,那他就是坑了自己,对我来说这么想非常管用 我不知道对别人是不是也管用,所以每当我思考至关重要的生物学问题,面对所有这些蛋白质,你会去研究哪一些,我现在就完全想通了,为什么这一组蛋白质非常重要,极其重要,我之前没弄明白的是,你们到底是怎么发现它的,是因为你们知道那里有一个基因编码了,这个特定大小的东西,于是你们就开始做重组蛋白,把它加到细胞上,看会发生什么吗,大概是经历了这样的步骤吗,我们知道那个蛋白质存在,我们不知道的是它是干什么的,我想说这方面的关键发现来自遗传学 [01:13:27]

Jared Rutter:基本上Carl的实验室培育出了缺失NPC的果蝇,果蝇死了吗,然后我们就能,他们其实活着,这里面有个挺有意思的故事,不过可能讲的太细了,但他们活下来了,但他们表现出了一些特定的表征,我们可以用化学方法去分析,稍后我跟你讲讲分析的结果,我们当时也在其他细胞类型里研究,在酵母细胞和人类细胞里,去观察缺失这些基因的后果,这同样是做遗传学带来的能力 Marie Capesci和她的同事们,弄明白了怎么在小鼠身上做这件事,让我们有了做基因敲除小鼠的能力,其他人把这种方法,推广到了其他物种上,通过这么做并研究结果,我们就能推断出来 在这些酵母细胞,果蝇以及培养米里的人类细胞中,发生的事情是,它们无法把丙酮酸运进线粒体,通过用精密的化学工具分析它们,我们能看到,它们从葡萄糖到丙酮酸,再到线粒体中的丙酮酸,再到ATP的代谢途径被阻断了,而且恰恰就是在丙酮酸这个环节被阻断的,这就给了我们最初的假说,也许这些蛋白质干的就是这事,接着我们就可以通过多项实验,去验证那个假说,而且正如我说的,在接下来的十来年里,它也被很多其他人验证过了,就是那些实验让我们把这件事弄明白了,能做成这件事 [01:14:57]

Andrew Huberman:真的全靠遗传学,当一向发现在酵母果蝇,以及包括人类细胞在内的哺乳动物细胞里都成立时,那种感觉非常令人满足,所有这些大概发生在哪几年 [01:15:46]

Jared Rutter:如果要具体缩短到,我们在2012年发表了论文,大概是从2008或2009年一直进行到2012年,差不多这样

Andrew Huberman:我觉得这其实是个很重要的节点,让大家明白,很多人听到酵母或果蝇,大概会想,我们干嘛要搞这些东西,我在这里不是要替联邦科研经费打广告,我觉得做这个播客,自然而然就会带来这种效果,至少我希望如此,但我读研时的导师跟我说过,酵母的代谢更新非常快,所以用它们很合适,他还说他爱喝葡萄酒,他说酵母比我们聪明的多,因为他们自己知道怎么酿酒,现在我们知道生物学家为什么用酵母了,果蝇的话是因为世代时间短,你可以做很多实验,对,而且它们有很多和人类相同的结构,当然不是完全一样 [01:16:10]

Jared Rutter:但它们确实有很多人类拥有的结构,而且在某些方面它们格外好使,你可以把整个生物放在显微镜下观察,看到不同的细胞和不同的特征,我想说这同样不是为了吹嘘我们自己的实验,而是如果只靠某一种生物,我们是不可能做出那个发现的,如果我们只有酵母的数据,我们弄不明白,如果我们只有果蝇的数据,我们也弄不明白,人类细胞的数据也是一样,但把所有这些整合在一起,我们就能把在这个模型里看到的,和在那个模型里看到的,相互印证事情就变得很明显了,这就是我们应该追下去的假说,我觉得这显然是科学家们,长期以来使用的一种,行之有效的策略

Andrew Huberman:就是用多种不同的途径,多种不同的模型系统,去解答一个复杂的问题,我们来聊聊乳酸吧,以前每次在这个播客上,聊到乳酸,都是在运动生理学的语境下,我们请过很厉害的Andy Galpin 我猜你可能没听过他的名字,但他确实是非常优秀的科普者,他是生理学和运动生理学教授,他跟我们以及全世界的人都说过,大家都在谈乳酸酸中毒里的乳酸,但我们身体里,其实并不产生乳酸这种酸,我们产生的是一种叫做乳酸的东西,但在细胞内部,乳酸在这个代谢通路里,起着非常关键的作用,我知道你花了不少时间研究乳酸,那么当你想到乳酸时,你会想到什么,我们前面详细聊过丙酮酸,粗略来看,实际情况当然要更复杂一些 [01:17:41]

Jared Rutter:但我认为这是一个很好的思考角度,丙酮酸生成之后,简单来说,它有两种命运,它可以进入线粒体,这个我们聊过了,我们没聊到的是,另一个主要命运,就是转化成乳酸,并被运输出去,而这个决定,是烧掉它,还是生成乳酸,我觉得完全可以说,是细胞一直在做的 [01:18:33]

Andrew Huberman:最重要的代谢决定之一,它为什么不把它烧掉,或者生成更多自己,是因为单纯过剩了吗,对,产生乳酸的过程,似乎能在某种程度上

Jared Rutter:支持生物质的持续合成,这同样要比字面上更复杂一点,如果你把丙酮酸烧掉,它就会变成二氧化碳,被我们呼出去,那些物质就没了,我们把它呼出去了,物质没有了,只剩下能量,如果不烧掉它,那些物质就不会作为二氧化碳被排掉,它可以变成蛋白质,可以用来合成蛋白质,或碳水化合物,或者变成脂肪酸,用来生成新的细胞,所以这确实就是我们聊过很多次的资源分配决定,是构建还是燃烧,而乳酸在某种意义上就是促成构建决定的中介之一,从历史上看乳酸一直被当作废物,是细胞烧不掉东西时产生的,通常是因为缺氧 [01:19:11]

氧气、乳酸与细胞燃烧

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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通常是因为缺氧

Jared Rutter:通常是因为缺氧,我们还没怎么聊过氧气在这一切当中的作用,我说燃烧的时候实际意思是把丙酮酸,脂肪酸或者其他东西拿来,利用氧气进行氧化,借此提取能量,进行线粒体所完成的,极其精妙的化学反应,基本上就是非常高效的,捕获所有能量,并将其转化为可用的ATP形式,没有氧气的时候,丙酮酸就烧不了,然后基本上就只能转化成乳酸,所以运动的时候,肌肉缺氧或者氧气不足,我们就会产生乳酸,而正是乳酸导致了我们感受到的灼烧感,传统上我们一直把它当成一种废物,过去五到十年里做出了非常精彩的实验,我的朋友普林斯顿大学教授Joshua Benowitz 做过其中一些实验 证明了乳酸本身就是一种非常重要的燃料,比如心脏就非常擅长消耗乳酸并把它烧掉,心脏可以 [01:20:51]

Andrew Huberman:它看起来有点像在消耗一锅大杂烩般的燃料,它喜欢芝芝,也能用葡萄糖,它也喜欢乳酸,这对我们是好事,因为无论代谢状态如何,只要我们还活着 [01:21:02]

Jared Rutter:就能让心脏一直跳动,我们总有东西能让它烧,而乳酸恰恰是运送这些能量的重要载体,它既能当燃料

Andrew Huberman:也能充当穿梭转运载体,在运动和大脑的语境下,我知道我们这里不谈具体实操,但我以前在播客里提过,如果我们做剧烈运动,通常是有氧运动,产生了足够的乳酸,这似乎会成为给大脑的一种信号,去促成脑原性神经一样因子,放在这个语境下就讲得通了,因为BDNF的全部目的,就是构建更多东西,通常是建立更多连接,而不是破坏连接,所以挺不可思议的,我们以前把这类东西当成废物,就像以前聊垃圾DNA一样,现在没人这么说了,对,我意识到在生物学里,用词必须非常谨慎,是啊,没错,一旦在概念上,给某个东西贴了标签,你就相当于封死了一个领域,关掉了一条往往到头来,极其重要的探索途径,没错,在线粒体领域,我们经常开一个玩笑

Jared Rutter:说它是细胞的能量工厂,对吧,对,它确实也是,线粒体确实非常擅长,扮演能量工厂,和制造ATP 但他们做的远不止这些,这再次说明了一个道理,一旦我们把某个东西归类为单一功能,断定它就是做这个的,我们几乎总是会被证明是错的,事实往往要更复杂一些 [01:22:21]

Andrew Huberman:有件事我一直想不通,如果我体内能量过剩,从而开始产生乳酸,那我接下来会优先消耗乳酸吗,在能量优先级的排位上,它现在会排在最前面

Jared Rutter:被消耗掉吗,一一问得好,我觉得我们还没有确切的答案,但能量消耗,确实存在优先级,最优先要消耗的物质之一,就是脂肪酸,原因是脂肪酸一旦过量,就会产生毒性,而且能在短时间内,迅速造成急性毒性,葡萄糖也是过量了会有毒性,但属于慢性损害,如果我们的血糖高一阵子,危险可能相对小一点,但游离脂肪酸高,当下就是危险的,而且不仅是因为它会堵塞动脉,那当然也是一方面,对没错是的,具体机制我们可能不用细聊,但它会破坏细胞结构等等,所以大多数细胞一有脂肪酸,就会先消耗它,这大概是细胞在应对这种危险 想着这东西可能会要我们的命,咱们得先把这事解决了,我们吃进去的脂肪酸也是这样,我们摄入的脂肪酸也是这样,当然前提是它们进入了细胞,你可以想象一下,实际情况比这要复杂一点,但我们摄入的脂肪酸,和我们自身合成的脂肪酸,最终走的都是同一套通路,对吧,它们都会进入全身的其他细胞,一旦进去了就得妥善处理,乳酸可能更偏向这种性质,它对细胞的化学环境,有一些重要影响,必须认真对待,所以乳酸在体内,如果堆积的过高,就会产生毒性,也就是乳酸酸中毒,实质上就是我们的循环系统里,有了太多的乳酸,那很糟糕,甚至是会致命的,所以把那些乳酸处理掉,非常重要 所以我觉得这里确实存在,某种优先级,很可能是在进化压力下形成的,我们的某些祖先,可能没法很好的处理脂肪酸,就没能存活下来,但某一个个体摸索出了,更有效处理它们的方法,那个个体存活的更好 [01:24:46]

Andrew Huberman:这个性状就被筛选了下来,现在我们就相当擅长这件事了,我们之前请过你的一位同事上播客,他是研究缺氧和脾脏功能的,当时我们聊到,大家一听到突变这个词,就觉得突变总归是有害的,但其实有些突变能让人活得更久,本质上是适应性的,这个道理大家怎么听都不为过,突变恰恰是我们能站在这里的原因,没错,所以X战警说的其实很对,对,确实,内部系列确实值得看,硬币的另一面就是适应不良的情况,你能给我们讲讲瓦伯格效应吗,可以,以及它在癌症中的作用,我确实想先界定一下语境,因为现在围绕癌症这个话题,我们处在一个挺古怪的时期,网上有那么一些角落,竟然不相信癌症的存在,也不相信病原体学说 他们就是不相信,而且这种论调甚至有点传开了,我相信癌症是存在的,也相信癌症可以通过各种各样的机制诱发,所以只有当你也认同这一点,认同它可以由多种机制诱发时,我才想问你,你认同吗,你要是不同意就尽管反驳,但通往癌症的路径确实有很多种,对吧,对 [01:25:58]

Jared Rutter:毫无疑问,癌症有一些根本特征,据我所知,所有癌症的基因组都存在突变,这些突变很多,但往往会共同促成细胞分裂,让它更快地自我复制,并逃避巡逻排查,清除异常细胞的免疫系统,癌细胞不知怎么就能避开这一切,这极其关键,过去10到15年间,癌症治疗领域,最令人振奋的进展之一,就是这些免疫检查点抑制剂 PD-1 PD-L1 抑制剂,它们基本上扭转了这种局面,癌细胞很擅长给自己在免疫系统面前打掩护,可以说是隐身了,而这些疗法消除了这种伪装,让免疫系统能够发现并清除它们,患者对这些新疗法的反应可以说是惊人的 当然它们对各种癌症的疗效各不相同,但已经有了不少极为成功的案例,所以没错,癌症可以通过许多不同的途径诱发,它们都与基因突变有关,癌症的共同特征之一是代谢改变,当你谈到瓦伯格效应时,核心说的其实就是这个,瓦伯格效应是以20世纪20年代的,一位德国科学家 Auto Warburg命名的现象,他观察到癌细胞消耗的氧气,比周围的正常细胞要少,这种现象就被命名为,瓦伯格效应,阿德沃伯当时认为,这是因为线粒体坏了,进而得出结论,损坏的线粒体,很可能就是癌症的起因,从20世纪20年代,阿德沃伯提出开始,这种观点流行了很多年 [01:27:15]

Andrew Huberman:坏了是指他们不产生ATP了,还是在做什么别的,古怪的名堂,对,他们不消耗氧气了,当时观察到的就是这样,耗氧量很低,而线粒体作为细胞的能量工厂 [01:28:03]

Jared Rutter:案例是要消耗氧气的,他们就是通过耗氧,来履行能量工厂的功能,制造ATP的,所以观察到的现象,确实是这样,但当时对这种现象的解读,是线粒体大概坏掉了,我们现在知道之前也聊过,线粒体可不只是制造ATP 事实证明,癌细胞里的线粒体并没有坏,实际上他们非常厉害,倒不一定擅长造ATP 但在制造物质方面极具优势,这些物质对癌细胞来说太关键了,因为它们需要分裂,它需要不断自我复制,最终形成肿瘤,所以简单来说,瓦伯格效应这种现象,确实是客观存在的,许多癌细胞,大多数肿瘤消耗的氧气,确实比预想的要少,因为它们不是在燃烧燃料,我们之前聊过这种代谢分流 癌细胞往往不去燃烧,所谓的燃烧就是消耗氧气,而是把资源分配去造东西,去合成一个新的细胞,我觉得这跟我们之前聊的正好吻合,耗氧量也就是瓦伯格效应,本质上只是资源分配问题的一个替代指标 [01:29:12]

Andrew Huberman:癌细胞非常擅长利用资源来完成自我复制,在放疗化疗免疫治疗等现代癌症疗法中,还有现在的最新进展,之前有嘉宾跟我聊过 CAR-T细胞之类的技术,但你觉得未来五年,十年或者两年后,有没有什么方向,是我们只要把它攻克,就能治疗并治愈更多癌症的,这里面最关键的枢纽是什么,是重新调配丙酮酸的利用途径吗

代谢重编程与癌症治疗

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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是重新调配丙酮酸的利用途径吗

Andrew Huberman:是重新调配丙酮酸的利用途径吗,比如如果我们能做到这一点,如果这能成药,或者可以通过基因疗法来实现,又或者借助超声波光疗,这类非侵入性手段,但归根结底这些都只是外力,对吧,对,化学力量或者鸡,如果可能的话,我想尽量把事情给大家讲的简单点,改变身体内部状态,无论是健康还是不健康,其实就两种途径,你有机械手段和化学手段可以选择,对,对吧,你可以通过肠道撑大来感到更饱,也可以因为下丘脑发挥作用来感到更饱,发出吃饱了的信号来感到饱腹,里面虽然还牵涉很多别的东西,但我们能用的就只有这些,就是机械力量和化学力量,所以假设你已经有了,衬手的工具,有没有哪个地方让你觉得 只要我们能拧动那颗螺栓 AT 我们就能在治疗,甚至治愈很多癌症上,处于更有利的局面 [01:30:51]

Jared Rutter:我们不妨先退一步,过会儿再来回答这个问题,先聊聊癌症到底是什么,以及它为什么这么棘手,如果细菌入侵人体,免疫系统很容易识别出,这不是我们自己的东西,直接上去把它灭了就行,但癌细胞开始过度增殖时,它其实是我们自己身上的细胞,对吧,那是我们自己的细胞,它没有外来抗原,也就是免疫系统用来识别的那些特征分子,它身上不一定有能被识别为,非自身外来物的抗原,所以这就是癌症的一大挑战,我们面临的挑战是,怎么想办法杀死这些细胞,再说一遍,它们是我们自身的细胞,它们就是我们,怎么既杀死它们,又不杀死我们其余的细胞 因为要是把其余细胞也杀了,我们自己也就没命了,对吧,在我看来,这就是癌症疗法面临的挑战,我这话说的有点过于简化了,但这确实是一个巨大的挑战,而且癌细胞的很多特征,并不是什么癌症凭空发明出来的全新东西,它用的就是我们正常细胞本就具备的功能,比如癌细胞身上很常见的一个特点,不是全部如此,但确实很常见,就是变得更像干细胞,它具备很多干细胞的特征,那好,我们可以找到一种方法,针对某条特定的干细胞通路,把所有具备这一特征的细胞全杀死,可这样一来,我们也把自己的很多干细胞给杀了,我们刚才聊过,肠道内膜就没法再生了,那也是靠干细胞驱动的,头发也会掉,没错 显然这也是化疗会有很多副作用的原因之一,因为化疗针对的就是这类增殖旺盛的细胞,而它们和癌细胞有很多共同特征,所以这就是癌症疗法面临的问题,还有第二个问题,也很值得聊一聊,我们今天聊了很多进化,我觉得进化是思考生物学的一个极好的框架,癌细胞肿瘤是承受着进化压力的,对吧,打个比方,假设体内有个肿瘤,我们用了一种药,一种能杀死肿瘤里99.9%细胞的好药,但还有0.1%的细胞,不管是通过突变还是某种适应机制,并没有被它杀死,但这0.1%的细胞,现在就能重新繁衍,长出一个新的肿瘤,而这正是癌症治疗中经常发生的事 我们都听说过这种令人痛心的例子,身边的人得了肿瘤,接受了治疗,病情进入了缓解期,肿瘤可能缩小了,消失了,甚至在我们用来检测癌症的影像设备下,都看不到了,但接着它又复发了,这就是因为这些细胞承受着进化压力,理论上哪怕只有一个细胞获得了某种突变,对那种药产生了耐药性,没有被药杀死,那这一个细胞就能重新繁衍,长出一个新的肿瘤,带来同样的破坏,而且他现在对那种药已经耐药了,那种药就不再管用了,这是癌症疗法面临的第二个大问题,这不是我的专业领域,但我觉得面对这种情况,它和病毒的遭遇其实差不多 HIV现在可以通过三连疗法来控制 而且经常就是这么控制的,原因就在于你一次用三种药,去杀死那种病毒,或者阻止它繁殖,病毒现在就很难,同时对这三种药都产生耐药性,我觉得这个类比同样适用于癌症,按我的理解,未来的癌症疗法应该是这样的,我们手头有很多安全有效的药物,分别打击癌细胞生物化学特性的不同方面,只要了解我身上这个肿瘤的具体特征,敏锐的肿瘤科医生就能说,针对这个肿瘤独特的生物化学特性,这三种药联合起来能把它杀死,而这个肿瘤极难同时对这三种药都产生耐药性,这样一来就可能带来接近治愈的效果,我觉得这就是我们努力要达到的方向 现在已经出现了一些很惊人的疗法,最近最让人兴奋的方向之一,就是针对特定致癌突变,也就是引起癌症的特定突变的药物 CRAS突变,就是非常让人兴奋的一个,这类药物能以完全特异的方式,精准打击导致癌症的特定蛋白,对体内其他正常细胞,完全不产生影响,只打击那些致癌突变,但回过头来,时间一长,肿瘤还是可能对它产生耐药性,所以如果我们能多做出几种,这样具有特异性又安全的药物 [01:35:27]

Andrew Huberman:并把它们联合起来使用,我们治疗癌症的能力,就会得到极大的提升,这非常鼓舞人心,我们播客之前请过一位嘉宾,叫David Fackenbaum 他是一位医学博士,你了解他的研究吗,他在宾夕法尼亚大学,他曾患有卡斯特曼病,而且治好了自己的卡斯特曼病,因为当时他基本上已经快不行了,抱着放手一搏救自己命的心态,他开始尝试不同以货批药物的组合,结果真找到了能延长生命的办法,现在已经多活了11年,他现在还带一个实验室,用我们的话说是一位正经科学家,同时他还创办了一个叫 Everycure的非盈利组织,他们一直成功的利用AI和细胞分析等手段,对肿瘤活检样本进行测试,试着去想办法,比如面对一个快要被某种癌症,夺去生命的孩子,这种悲剧发生时 把一堆并不是随机挑选,而是已经获批的药物,直接用到培养民里的,肿瘤样本上试试看,要是其中某些药管用,比如家长同意,而且又没有别的希望,那就用上,在一些病例里,他们确实治好了,在很多病例里也延长了生命,这和你刚才讲的非常契合,这需要借助AI来进行迭代筛选,因为有庞大的药物目录,甚至连肿瘤科医生都未必全知道,他这项研究里有一个特别突出的亮点,就是我们现在知道,在乳腺癌手术中,如果使用了利多卡因,复发率会明显低很多,事实证明,利多卡因对局部危环境,确实有某种影响,我不是搞这个的,这不是我的专业领域,但David聊过这个,这类事情,以及你刚才讲的都让我很受鼓舞,就是我们未必非得有一款,所谓的特效神药 而是针对那个具体的人,那场具体的癌症,配出专属的神奇鸡尾酒疗法,对,关键就在于 David的情况,对David来说非常特异 [01:37:53]

Jared Rutter:而且每个肿瘤都稍微有些不一样,我觉得历史上,我们谈论肿瘤的方式,带来了一个不太好的后果,就是我们总说乳腺癌,肝癌或者结肠癌,有些乳腺癌,跟某些肝癌的相似度,反而比跟其他乳腺癌的相似度,还要高,对吧,我们历史上对癌症的分类,仅仅是按它长在哪里来分的,是由负责切除它的外科医生来定义的,但导致那种癌症,并且让那种癌症持续逃避免疫系统,增值躲避细胞死亡等等的具体突变,对那种癌症来说是独一无二的,所以如果我们弄清楚那种癌症独特的突变图景,就能让我们有能力去判断,虽说这不是今天的现实,但希望距离现在不会太远 [01:38:04]

Andrew Huberman:到那时我们就有能力,断定这组药物组合,能有效杀死那个肿瘤里的细胞,你指出了一个非常重要的点,这既关乎医学的社会学,也关乎科学的社会学,这倒不是在贬低它,只是历史原因导致它就是这个样子,医学和科学领域的很多现状,都可以用一句,人人都该讨厌的话来解释,那就是,好吧,我们向来都是这么干的,除非效果好的出奇,否则这是做任何事情最糟糕的理由,对吧,但如果说有些肝癌虽然叫肝癌,但由于比如MPCE发生改变的方式,它们在细胞表形上,其实更接近心肌细胞的癌症,这种说法算不算夸大,换句话说,我们是不是应该把癌症分类为,比如这种癌症属于细胞在过度自我复制,对,而不是按它们过度消耗能量来分,或者丙酮酸过多来分 我这是随口瞎编的,对,对吧,显然这不是我的领域,对,但与其只考虑它所在的具体位置 [01:39:52]

癌症特征与细胞位置

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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但与其只考虑它所在的具体位置

Andrew Huberman:但与其只考虑它所在的具体位置,位置,对,毫无疑问

Jared Rutter:我们应该去关注癌症的具体特征,我刚才一直在从突变的角度来聊,定义某种癌症的具体突变,我觉得这么去切入是挺管用的,因为那些突变在某种程度上,就是制造一个新细胞的指令,对吧,细胞的基因组,就是制造一个新细胞的指令,包括那些构成一个新细胞的成分,但我认为你触及到的一个非常重要的特征,我也很感谢你提出来,就是在这之上叠加在上面的,是构成那个细胞的独特代谢,对吧,它能让那些指令得以执行,一个细胞可以拥有制造新细胞的全部正确指令 但如果没有原料,没有用来造新细胞的木材,砖块和沙浆,它就造不出新细胞,所以我认为这是我们需要探讨的一个非常重要的特征,在过去10到15年间,甚至可能是过去10年或更短的时间里,这个领域投入了大量精力,试图特异性的阻断癌细胞,用来制造新细胞的资源分配,这里的难点又在于,它相当容易产生耐药性,癌细胞只要发生一个突变,重塑自身的代谢网络,就能换一种方式制造出同样的东西,但那同样是癌症的一个非常重要的特征,除了单纯的突变之外,正是那些代谢过程,让那些突变最终能够体现为发展成肿瘤的形式 [01:40:58]

Andrew Huberman:我们距离这样的世界还有多远,我喝下一杯液体,而且是安全的液体,因为我们在做其他类型的成像时也会这么做,然后我走进一个检查舱,比如我五岁的时候做一次,然后五十岁的时候又做一次,接着我能拿到一张每个细胞里红色和绿色的分布图,对吧,所以我能拿到一张类似不同器官里代谢比例的图像,而且你能一直放大到单个细胞,这并不算那种做不出来的科幻,你能指着说,好这是一个健康的心肌细胞,它把65%的能量都用来维持泵血,然后它流出一小部分,确保能合成更多的自身成分,来维持存活,还有一小部分去了另一条通路,这就是一个健康的心肌细胞,我们通过人群的,同年龄对照数据知道这一点,然后等我到了40岁50岁,你说感觉你的心脏看起来 绿的有点比红的多,或者诸如此类的情况,我们就能把那个旋钮往回拧一点,比如我们在细胞内部有成药靶点,我们就可以微调能量分配,我说的这些有那么离谱吗,因为我能想象,关于这个的小鼠实验或者论文,下周可能就会出来,要是现在还没发的话,对这其实就是大家想要的东西,你想要亚细胞级的分辨率,因为我觉得我们经历过那个阶段,最初的雌共振像功能性雌共振成像技术,刚出来时,基本上就是,这是一个正在看香蕉的人,这是一个在听笑话的人,而现在你能看到动态变化,能看到轴突通路,但要是细化到细胞层面,挺酷的,全是一大片噪点,再深入到细胞的内部运作,你不可能什么都看清,如果什么都看,看起来就会是一片混乱,对没错,今天早上有人在X上 发了一个细胞一小块区域内,所有蛋白质的AI渲染图,看的人简直喘不过气来,你就会觉得,天哪,这里面的东西太多了,但如果你只是说,我们只看这个关键节点的代谢,而且我们知道健康的状态,应该是什么样,这是你目前的水平,你只是想把那个天平往回拨一拨,我是说,这在我看来像是一个,这是能做到的,我们有聪明人在做这个,我们需要更多的资金,让科学家把这些东西研究明白,明白,让更多的科学家去做这项工作,但我觉得这是行得通的,从概念上讲 [01:43:35]

Jared Rutter:其中的一部分确实行得通,我认为当你谈到,我们基本上能否在细胞分辨率下,对代谢进行成像,我必须说清楚,这是一个非常棘手的问题,空间分辨率,也就是看清足够精细的细节,以分辨出单个细胞,甚至比那更小的能力,那是一个挑战,在人体内部这绝对是一个挑战,而且要找到一个,我们能真正看得到的代谢替代标志物,也是个难题,我们的新陈代谢,当然没有任何能用肉眼看到的可视表征,对吧,细胞的代谢里,没有什么是我能直接看见的,那我们能造出什么东西来,让我们把它可视化呢,目前正在研发许多种,非常令人兴奋的工具,用于对细胞代谢的各种特征进行成像,在神经科学里,我是说 [01:44:12]

Andrew Huberman:我又很幸运的赶上了这波技术浪潮,虽然没有参与研发,但当时的问题就像是,你怎么知道哪些大脑区域是活跃的,你可以插电极进去,或者你可以切除一小块,然后说他还在的时候,大概就是干这个的,因为你失去了那项功能,但很大程度上他看的只是血流,就比如含氧血和脱氧血,反射光线的方式不一样,你会得到这些非常漂亮的图,但你其实只是在看血流,后来有了二脱氧葡萄糖,你可以看葡萄糖摄取,但它在空间分辨率上非常粗糙,或者是时间分辨率不太好,我觉得我们算是取得了一些进展,你能看电压也能看钙离子,我觉得化学家,生物工程师,物理学家,以及计算机进入生物学的那一刻起,情况就改善了很多,对,我是说有些人觉得情况变得糟多了,对,但他们现在都退休了 情况确实改善了很多,因为你终于能看清到底在发生什么,也许是我太乐观了,对,不,我觉得我们需要搞清楚,该测什么,我是说 [01:46:00]

Jared Rutter:这显然是个关键问题,哪个代谢指标才对,如果要评估这个细胞,到底健不健康,你最想测的那一个代谢指标,会是什么,很难确切知道,那一个指标到底是什么,或者那一组指标是什么,然后再去想办法,以无创的方式来测,要测这个的话,难道我还得把胳膊砍下来,切成薄片再去测吗,没人想要这样,那我怎样才能在测量的时候,不对自己造成损伤,这些都是难题,但就像你说的,各个维度的技术都在不断进步,实验工具,也就是我们用在小鼠,或培养细胞里的工具,确实越来越好,这也是研究代谢这个领域,非常令人兴奋的地方,我们现在能够测量,单个细胞中各个特定位点发生的事情,去观察这张代谢图里的 具体单个分子中间产物,产物和底物,我觉得这让我们学到了,很多关于单个细胞中代谢,是如何运作的知识 [01:47:07]

Andrew Huberman:当我们思考它在人体内,是如何运作时,这些知识就会很有启发,我对新闻里偶尔能看到的一件,很奇特的事,很感兴趣,我相信它是真的,但没人能解释清楚,那就是有些狗,偶尔还有些人,能以远超巧合的概率,闻出癌症的气味,没人真正了解这背后的依据,最近就有一个例子,据我所知是经过验证的,有位女士能把帕金森病,闻成一股发霉味,抱歉是麝香味,现在帕金森病患者的配偶,尤其是妻子们就会说,对我记得这个味道,当然这里面可能会衍生出,大量类似于安慰剂效应的关联,或者是事后拼凑的解释,但听你讲了这些,虽然你显然不会希望把它当作,唯一的一线检测系统,不过如果细胞代谢确实是,某些癌症或神经退行性,疾病的核心 那我们呼出来的气里能测到也说得通,那些妇产物也是说得通的,显然这些气味,只是相关性的,对吧,还有婴儿情绪的变化,父母在察觉不对劲这方面,厉害的出奇,因为他们还不会交流,还不能用语言跟我们交流,对吧,比如他们便便有些异常,或者脸色有些不对劲,虽然算不上严重,但父母会变得异常敏锐,能发现真正潜在的问题,对,那你觉得我们呼出的空气里,会不会包含有用的信息 AT 在系统层面,甚至可能在细胞层面,揭示出我们调节的有多好或多差,对能量的调节,对,我是说显然就像你刚才暗示的那样 [01:48:12]

Jared Rutter:这同样处于科学的前沿,我觉得我们对具体的细节还不太了解,但我觉得你可以想象,因为气味本质上就是化学物质,对吧,这些是从人身上散发出来的化合物,当一个人进行不同的代谢时,就会以不同的比例产生不同的化学物质,我觉得这些完全有可能通过特定方式被检测出来,这和我们目前在用的某些诊断手段其实差不多,我们实际测的就是血液化学指标,不同疾病患者与非患者之间的血液化学指标是不同的,呼出的气体显然在某种程度上,反映了人体内正在进行的化学反应,它显然和血液不一样,但这是个极其迷人的课题,随着我们搞清具体的化学物质,那里的机制以及背后的原因可能会变得更明朗

Andrew Huberman:为什么帕金森病会特别容易产生,这种能被气味检测到的化学变化,我们刚才聊到了,能量过剩带来的能量毒性 [01:49:49]

能量过剩与线粒体毒性

# #719.线粒体:代谢不是一个人的事

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能量过剩带来的能量毒性

Andrew Huberman:能量过剩带来的能量毒性,这也是Leonardin博士,在这个播客里提到过的,他是为正经的生物化学家,搞营养和运动科学的,也是个科普人,特别喜欢随机对照试验和会催分析,那就是他的风格,如果没有这些证据,他就提不起兴趣,或者说他完全乐意,把其余的一切都扔掉,这也算是他的标志性特点了,你知道这点应该会觉得,挺合拍的,不过他谈到了这种能量毒性,比如热量过剩会导致问题,不仅是因为体内多余脂肪的存在,还因为输入端能量过多,会在全身体内,引发下游的生化问题,这和我们刚才讨论的内容,有什么关联,有一个被广泛接受的假说

Jared Rutter:认为,线粒体积聚过多能量,会导致问题,很多听众大概都听说过,活性氧,也就是ROS 这是具有反应活性的氧形态,最终会失控,并破坏蛋白质和核酸,我觉得这也是被大家广泛接受的,虽然不是所有人,但被广泛接受,其中一个促成因素,就是线粒体拥有了过多的能量,基本上能量从我们吃的食物中提取出来,在转化成ATP之前所呈现的形式,就是在给线粒体供能,而当线粒体负荷过重时,就会进入一种,极易产生这些活性氧的状态,它们最终会损伤我们的基因组,产生突变并破坏蛋白质,从而引发我们看到的许多问题,而且我觉得已经有许多研究表明,它们可能会促成 包括衰老在内的各种病理改变,所以我觉得从生物体层面,一直到单个细胞层面,甚至这些细胞内部的线粒体 [01:51:34]

Andrew Huberman:认真考虑能量过剩这个概念,都是非常重要的,我再一次想到了这个概念,就像任何个体或群体,或者细胞或细胞群,都无法真正逃脱,怎么说来着,就是说你总得承担代价,比如细胞欺骗自己,真的会受到惩罚,通过摄入过多的能量,或者没有正确分配能量,我是真的觉得,你可以把这种从单细胞的分析,一路提升到社会层面,这太吸引人了,出于各种各样的原因,首先还是那句话,我们以前从来没有认真讨论过,线粒体除了制造,帮助制造能量之外,究竟还在做什么,所以首先非常感谢你告诉我们,他们究竟是如何把资源分配到,除了制造更多供自我构建的,能量之外的事情上的,也非常感谢你在疾病与健康的背景下,对它进行梳理,并且让我们看到 虽然我们目前可能处于这一步,但我也觉得我就直说了吧,也许是你想说,但为人太谦逊,而没说出口的话,我觉得只要我们看事情,还只是停留在,这是某个组织的癌症,而没有真正去问那里的细胞,究竟发生了什么可能,与其他部位癌症共通的变化,没有去改变我们的命名法,和分类边界,敞开思路,也没有真正把整个身体,看作是由这些微型工厂,构成的星座,也就是我们自己,我敢肯定,听了这期节目的人,再也不会把代谢,仅仅看作是他们自己这一个人的新陈代谢,而是会看作由各种代谢构成的星座,以及所有不同细胞的健康状况,不用说,对大众来说,能听到一位在这个特定领域及相关课题上,深耕了几十年的世界级生物学家讲解,确实是个非常难得的机会 对吧,而且你平时非常忙,所以我非常感谢你,感谢犹他大学允许并鼓励开展公众科普,也感谢霍华德修斯医学研究所,不他们可没让我说这些,但我认为大家真的需要明白,向这些人们学习是多么难得的机会,这个领域里还有其他人,你非常善于提及别人的贡献,你们都在努力攻克生物学中,这些对健康疾病,以及对攻克疾病至关重要的,极其棘手的问题,并在你称之为实验室的这个车间里,真正推动进展,是的,所以你其实没必要做这类科普,但我非常感激,我也代表许许多多非常感激你的人,向你表达感谢,信息有普通的信息,也有极为精彩的信息,所以非常感谢你,谢谢 Andrew今天聊得很开心,我们下次再聚,随时奉陪,干杯,谢谢你 感谢大家今天收听我和Jerry Rudder博士的讨论,想进一步了解他的工作,请查看节目介绍里的链接,如果你从本播客中学到了东西,或者喜欢这个播客,请订阅我们的YouTube频道,那是支持我们的一种,极好的零成本方式,此外也请在Spotify和Apple上,点击关注按钮来关注本播客,在Spotify和Apple上,你都可以给我们留下,最高五星的好评,而且现在在Spotify和Apple上,也都可以给我们留言了,也请关注一下今天节目开头,以及整期节目中提到的赞助商,那是支持本播客最好的方式,如果你对我有任何疑问,或者对播客有任何意见,或者希望我在 Huberman实验室播客中,考虑邀请某些嘉宾讨论某些话题,请在YouTube的评论区留言,所有的评论我都会看的,可能有些人还不知道,我有一本新书马上要出版了,这是我的第一本书,书名叫做 Protocols and Operating Manual for the Human Body 这本书我写了五年多,凝聚了三十多年的研究和经验,内容涵盖方方面面的方案,从睡眠,运动到压力控制,还有关于专注力与驱动力的方案,当然书里包含的每一个方案,我都给出了科学依据,这本书现在已经在 Protocols Booktown开启预售了,在上面你能找到,各个销售渠道的链接,你选自己最喜欢的那家就行,再提一下,书名叫做 Protocols An Operating Manual for the Human Body 如果你还没在社交媒体上关注我,我在所有社交平台上的账号,都是Huberman Lab 包括Instagram Xthreads Facebook 还有LinkedIn 在这些平台上,我会讨论科学,以及与科学相关的实用工具,其中有些和Huberman实验室播客的内容重叠,但大部分都是播客里没有的新内容,再说一遍 在所有社交平台搜Huberman Lab就能找到我,如果你还没订阅我们的Neural Network通讯,这是一份完全免费的阅读通讯,里面包含播客内容总结,还有我们整理成一到三页PDF的实用方案,涵盖从如何优化睡眠,如何优化多巴胺,到刻意冷暴露的方方面面,我们有一份基础健身方案,里面涵盖了心肺训练,和阻力训练,所有这些都是完全免费领取的,你只要访问hubermanlab.com 点击右上角的菜单标签,往下翻到通讯选项,输入你的邮箱即可,而且我要强调一下,我们绝不会把你的邮箱,分享给任何人,再次感谢大家,今天收听我与Jarrett Rutter博士的,这期对谈,最后但同样非常重要的,感谢你对科学的关注与热爱 [01:56:13]

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