有害性线粒体异质性变异体等位基因频率的纵向变化揭示衰老相关选择压力

本研究通过两个前瞻性队列（MESA和RS，合计n=1404）的纵向分析，发现有害线粒体DNA（mtDNA）异质性（heteroplasmy）随年龄增长呈现等位基因频率（VAF）显著增加，且VAF上升与全因死亡率风险相关。研究挑战了mtDNA突变仅由遗传漂变驱动的传统观点，提出细胞水平正选择（positive selection）可能促进有害突变积累，为衰老和癌症机制提供新见解。

　　

线粒体作为细胞的能量工厂，其独特的环状DNA（mtDNA）因缺乏组蛋白保护且复制修复机制不完善，突变率比核DNA高2-20倍。随着衰老，体细胞mtDNA突变积累导致异质性（heteroplasmy，同一细胞中突变型与野生型mtDNA共存），传统理论认为这种变异由随机遗传漂变（genetic drift）驱动。然而，英国生物银行20万人的横断面研究曾发现mtDNA异质性与死亡率相关，暗示可能存在未知的选择机制。这一矛盾促使约翰霍普金斯大学等机构的研究团队开展首项大规模纵向研究，成果发表于《iScience》。

研究团队整合美国多民族动脉粥样硬化研究（MESA，n=1031）和荷兰鹿特丹研究（RS，n=373）队列，通过Twist panel靶向测序和全基因组测序（WGS）分析血液样本mtDNA异质性动态变化（平均间隔8.6年）。采用MitoHPC流程检测变异，建立改良线粒体局部约束评分（mMLC）量化突变有害性，并通过Cox模型评估死亡率风险。

RESULTS
异质性流行率与动态特征
基线时32.1%（MESA）和34.6%（RS）个体携带≥5%VAF的异质性，随访期分别增至34.7%和38.1%。VAF在两次检测间高度相关（r²>0.79），但整体呈现显著右偏分布（p<0.003），75%新检出变异实际为原低于检测阈值的低频突变扩增所致。

选择压力驱动有害突变扩增
相比同义突变/D环区，错义突变（missense）和RNA基因（tRNA/rRNA）变异在两组队列均显示更高VAF年化变化率（deltaVAF）（meta-p<0.001）。mMLC评分每增加0.1单位，deltaVAF上升0.079-0.104（meta-p<5.9×10^-8），提示预测有害性越强的突变扩增越快。排除克隆造血（CHIP）和嵌合染色体异常（mCA）个体后效应增强，排除了核基因组突变混杂。

deltaVAF与死亡率关联
选择deltaVAF最大的变异分析发现，每0.1单位deltaVAF增加对应死亡率风险升高43%（HR=1.43，95%CI 1.15-1.77）。调整异质性负荷评分（mMSS）后风险仅轻度衰减，表明deltaVAF具有独立预后价值。

讨论与意义
该研究首次通过纵向数据证实：1）有害mtDNA突变并非随机积累，其加速扩增符合细胞水平正选择模式，可能与突变型mtDNA在特定微环境下的适应性优势有关；2）这种"自私"扩增虽利于突变细胞存活，却升高个体死亡风险，揭示了衰老中细胞与机体利益的冲突。技术层面，改良mMLC评分整合了人群频率数据，有效区分功能变异；临床层面，deltaVAF可作为新型生物标志物，为早筛高危个体提供依据。研究局限性包括仅检测血液样本、随访时间点较少等，未来需在多组织队列中验证。

这项研究革新了对mtDNA突变积累机制的认知，为开发靶向干预策略（如选择性清除有害异质性克隆）奠定理论基础，对理解衰老、癌症和神经退行性疾病的共性机制具有深远意义。