研究团队系统性分析了GTEx队列中838名健康个体的47种组织的线粒体RNA，揭示人体组织中线粒体克隆嵌合的动态模式。突变随衰老持续累积，经细胞增殖与线粒体更新（如自噬/分裂）驱动形成跨组织异质性克隆结构。对5,376个变异位点完成克隆丰度的量化，发现生殖系变异虽跨组织共享但异质性水平受随机漂变影响显著波动，而体细胞突变多呈组织局限性：体细胞突变多局限于单组织，少数早期发育起源的突变可跨组织共享。尽管晚发体细胞突变通常丰度较低，但部分可随时间积累至高丰度（个体甲状腺中chrM_3392_G_A错义突变达近100%异质性）。致病突变（如Leber遗传性视神经病变相关的chrM_11778_G_A）的组织特异性高，凸显了克隆扩增的关键潜力及研究组织特异性克隆动态的重要性。

图1 线粒体突变的动态变化

线粒体突变的累积速率在不同组织间差异显著，形成了独特的克隆动态。多数组织呈现体细胞突变的持续增加，其中肝脏的年均突变率最高(0.3个/年，图2a,b)。此外，对47种组织的分析显示，21种组织的突变数量与年龄呈显著正相关（线性回归β>0，P<0.001，图2d），说明突变累积动态变化具有组织异质性。

图2 线粒体突变在身体不同部位的年龄依赖性累积

不同组织的克隆动态差异主要源于两种突变机制：脱氨化复制错误和氧化损伤。然而，它们的贡献度差异显著，导致各组织形成独特的衰老特征标志。复制错误主导的衰老以脱氨化特征性的 C>T 转换为主，是年龄相关线粒体突变累积与克隆扩增的主要驱动因素，这些突变随年龄增长显著增加。而复制错误也具有组织分化的特征，可划分为2个类别：1、散发性突变，随机分布于全基因组，在高细胞更新组织（如胃肠道）主导突变累积；2、热点突变，集中于有丝分裂后组织（心脏/脑/肌肉），可用于定义此类组织的衰老特征。研究团队鉴定出22个突变热点，呈现出显著的年龄累积效应，可能是高能量代谢负担与快速线粒体更新的累积效应所致，同时叠加了线粒体DNA聚合酶γ在快速更新过程中因松弛复制导致的错误倾向。而松弛复制使单个线粒体DNA分子能够独立于细胞周期进行复制，因此这种机制在热点突变的形成中尤为关键。鉴于此类累积预期会以确定性模式发生（与个体无关），研究团队通过对8例人类睾丸组织样本的线粒体基因组进行靶向深度测序（基于SURFSeq 5000测序平台，平均覆盖度>10,000×），进一步验证了这些热点位点的异质性随年龄增长而增加（图3）。

图3 基于靶向的线粒体基因组测序对年龄相关突变热点的验证结果

线粒体突变累积具有“双相”时钟特性，即在不同组织/器官中计时模式不一。比如：在皮肤和消化道等组织中，需要不断更新细胞，就加速积累广谱且有害的线粒体突变，且细胞分裂驱动如C>T突变等脱氨基错误通过克隆扩增而形成“随机突变扩散”，这些突变就可以作为上述组织或器官在衰老过程中发生功能障碍与肿瘤风险的“计时器”；而在心脏、大脑等组织中，细胞不再分裂更新，突变主要集中在特定“热点”区域，如线粒体更替在DNA聚合酶γ结合位点等区域形成“确定性损伤热点”，突变密度与器官能量需求相关，是这些器官因长期负担造成功能衰退的“磨损”记录。