线粒体是细胞ATP产生，三羧酸循环，脂类、铁硫簇、血红素合成的主要场所，同时也是细胞内ROS的主要来源。线粒体功能与细胞的生存与代谢密切相关，线粒体参与了自噬，凋亡，细胞分裂，信号传递等几乎所有的生化过程。线粒体功能的紊乱可以导致许多疾病的发生，如费氏共济失调、阿尔茨海默症、帕金森病、糖尿病、Leber视神经病等。线粒体作为ROS的主要来源，也被认为与衰老的发生有关。衰老的自由基假说认为自由基可以对细胞内大分子如蛋白质、脂类、DNA造成损伤，引起细胞功能紊乱，最终导致衰老。清除自由基的超氧化物歧化酶的发现说明细胞有专门应对ROS的机制，是这一假说的重要证据。不过，这一假说目前还是存在争议。　　本研究采用线虫为模型，发现PQ对线虫的ROS影响是复杂的。只给予30分钟的短暂刺激，线虫的ROS确实是增加的，这与文献报道“PQ可以诱导产生ROS”的结论是一致的。但是，从卵开始孵化就生活在PQ环境中的线虫，无论是活体染色还是裂解后测定，或者提取线粒体后测定，ROS及超氧离子相对未经PQ处理组都是降低的。通过阳性对照的实验，即紫外照射及热激后测定线虫ROS及超氧离子发现是上升的，证明了我们测定方法的可靠性。我推测在慢性PQ处理下，一些保护性的机制会激活，从而有助线虫适应不利的环境，增加对氧化应激的抵抗力，进而引起ROS及超氧离子的降低。通过测定发现慢性PQ处理下sod-3， gst-4，hsp-6等清除自由基或者维持细胞蛋白稳态的基因的表达是上调的。PQ慢性处理过的线虫对高渗透压，高温，以及高强度氧化应激的抵抗力明显强于未经PQ处理过的线虫。进一步的研究发现sod-2， sod-3及daf-16与ROS的减少密切相关，当这些基因突变时，PQ慢性处理后ROS不仅不会降低而且相对未处理组还会升高。自由基衰老理论认为自由基对蛋白质，脂类，DNA等大分子的损伤作用导致了细胞功能紊乱与衰老的发生。然而，最近有一些文献报道适当浓度的PQ慢性处理可以延长线虫的寿命。本人也发现了类似现象，本研究采用了PQ浓度从低到高的七个处理，即0，0.03，0.05，0.1，0.2，0.3，0.5mM PQ处理组。发现在0.3mM PQ慢性处理下线虫的寿命是明显延长的，这与文献报道适当的百草枯处理可以延长寿命的结论也是一致的。然而，此前的报道笼统的把“寿命”延长混淆于线虫的“衰老”延缓。本人在研究中发现，0.3mM PQ虽然延长了寿命约两天，但是却使得从卵到生长停止的时间“膨胀”了四天。我们很难说从卵开始线虫就步入了“衰老”过程。如果从停止生长开始算衰老起点的话，0.3mM PQ反而是加速衰老的。如果把推迟发育这一因素考虑进去，0.1mM以上的PQ处理都是促进衰老的。0.03，0.05mM PQ由于浓度太低，没有对寿命造成明显的影响。本文进一步提供了其他证据证明PQ慢性处理可以促进衰老，即等线虫停止发育后再对其进行PQ处理，发现随着PQ浓度的增加寿命有越来越短的趋势。而且无论从卵还是从成虫开始对线虫进行PQ慢性处理都加速了衰老伴随的运动能力的下降。这些实验证实了PQ慢性处理加速了衰老。通过实验发现线粒体mtDNA拷贝数及ATP合成并未降低。因此， ROS的降低不是由于线粒体数量的减少及功能紊乱造成的，而是由于清除ROS能力的增强。PQ慢性处理后ROS虽然降低了，但是线虫却衰老的加快了。然而，线粒体呼吸链亚基编码基因nuo-6的RNA干扰也降低了ROS，但其寿命却是明显延长的，衰老也是延缓的，综合这两种情况提示ROS不能直接导致衰老的加快或延缓。PQ对于细胞或线虫来说是一种不利的外界因素，它可以导致线粒体功能紊乱及稳态的失衡。编码线粒体蛋白的基因突变对线虫是一种不利的内部因素，它也会影响线虫的正常代谢活动及破坏线粒体稳态。当这些编码线粒体的重要蛋白的基因突变或对其进行RNAi处理时，线虫体内会激活一系列的保护性机制，包括未折叠蛋白反应（即UPRmt），GCN-2介导的蛋白翻译途径，HIF-1介导的低氧应答机制等，这同PQ处理的情况类似，后者也激活UPRmt，GCN-2通路等。然而，基因突变或干扰造成的线粒体功能紊乱很多时候可以延长寿命，UPRmt，GCN-2，HIF-1等通路被认为与寿命延长有关。本研究发现这些保护性机制的激活只是一种对不利内部环境的反馈性的应答，增加了线虫对不良环境的适应能力，这些保护性的机制本身不是寿命延长的原因。如UPRmt的激活不能延长寿命，它的阻断对呼吸链亚基nuo-6， cco-1 RNAi介导的寿命延长没有影响。同样的，GCN-2及HIF-1的缺失也对寿命延长没有影响。UPRmt等保护性机制虽然在PQ慢性处理下都是激活的，但线虫却是加速衰老的，同样暗示了保护性机制不是导致寿命延长的原因。随着衰老，蛋白稳态破坏，错误折叠蛋白在细胞内沉积。UPRmt, GCN-2等通路的激活虽然可以提高对蛋白稳态的保护能力，但它们只是使生物体提高了适应不良环境的能力，却不能延缓衰老。