研究團隊系統(tǒng)性分析了GTEx隊列中838名健康個體的47種組織的線粒體RNA，揭示人體組織中線粒體克隆嵌合的動態(tài)模式。突變隨衰老持續(xù)累積，經(jīng)細胞增殖與線粒體更新（如自噬/分裂）驅(qū)動形成跨組織異質(zhì)性克隆結(jié)構(gòu)。對5,376個變異位點完成克隆豐度的量化，發(fā)現(xiàn)生殖系變異雖跨組織共享但異質(zhì)性水平受隨機漂變影響顯著波動，而體細胞突變多呈組織局限性：體細胞突變多局限于單組織，少數(shù)早期發(fā)育起源的突變可跨組織共享。盡管晚發(fā)體細胞突變通常豐度較低，但部分可隨時間積累至高豐度（個體甲狀腺中chrM_3392_G_A錯義突變達近100%異質(zhì)性）。致病突變（如Leber遺傳性視神經(jīng)病變相關(guān)的chrM_11778_G_A）的組織特異性高，凸顯了克隆擴增的關(guān)鍵潛力及研究組織特異性克隆動態(tài)的重要性。

圖1 線粒體突變的動態(tài)變化

線粒體突變的累積速率在不同組織間差異顯著，形成了獨特的克隆動態(tài)。多數(shù)組織呈現(xiàn)體細胞突變的持續(xù)增加，其中肝臟的年均突變率最高(0.3個/年，圖2a,b)。此外，對47種組織的分析顯示，21種組織的突變數(shù)量與年齡呈顯著正相關(guān)（線性回歸β>0，P<0.001，圖2d），說明突變累積動態(tài)變化具有組織異質(zhì)性。

圖2?線粒體突變在身體不同部位的年齡依賴性累積

不同組織的克隆動態(tài)差異主要源于兩種突變機制：脫氨化復(fù)制錯誤和氧化損傷。然而，它們的貢獻度差異顯著，導(dǎo)致各組織形成獨特的衰老特征標(biāo)志。復(fù)制錯誤主導(dǎo)的衰老以脫氨化特征性的 C>T 轉(zhuǎn)換為主，是年齡相關(guān)線粒體突變累積與克隆擴增的主要驅(qū)動因素，這些突變隨年齡增長顯著增加。而復(fù)制錯誤也具有組織分化的特征，可劃分為2個類別：1、散發(fā)性突變，隨機分布于全基因組，在高細胞更新組織（如胃腸道）主導(dǎo)突變累積；2、熱點突變，集中于有絲分裂后組織（心臟/腦/肌肉），可用于定義此類組織的衰老特征。研究團隊鑒定出22個突變熱點，呈現(xiàn)出顯著的年齡累積效應(yīng)，可能是高能量代謝負擔(dān)與快速線粒體更新的累積效應(yīng)所致，同時疊加了線粒體DNA聚合酶γ在快速更新過程中因松弛復(fù)制導(dǎo)致的錯誤傾向。而松弛復(fù)制使單個線粒體DNA分子能夠獨立于細胞周期進行復(fù)制，因此這種機制在熱點突變的形成中尤為關(guān)鍵。鑒于此類累積預(yù)期會以確定性模式發(fā)生（與個體無關(guān)），研究團隊通過對8例人類睪丸組織樣本的線粒體基因組進行靶向深度測序（基于SURFSeq 5000測序平臺，平均覆蓋度>10,000×），進一步驗證了這些熱點位點的異質(zhì)性隨年齡增長而增加（圖3）。

圖3?基于靶向的線粒體基因組測序?qū)δ挲g相關(guān)突變熱點的驗證結(jié)果

線粒體突變累積具有“雙相”時鐘特性，即在不同組織/器官中計時模式不一。比如：在皮膚和消化道等組織中，需要不斷更新細胞，就加速積累廣譜且有害的線粒體突變，且細胞分裂驅(qū)動如C>T突變等脫氨基錯誤通過克隆擴增而形成“隨機突變擴散”，這些突變就可以作為上述組織或器官在衰老過程中發(fā)生功能障礙與腫瘤風(fēng)險的“計時器”；而在心臟、大腦等組織中，細胞不再分裂更新，突變主要集中在特定“熱點”區(qū)域，如線粒體更替在DNA聚合酶γ結(jié)合位點等區(qū)域形成“確定性損傷熱點”，突變密度與器官能量需求相關(guān)，是這些器官因長期負擔(dān)造成功能衰退的“磨損”記錄。