线粒体似乎控制着一个细胞基本上所有基因的表达

首先需要明确的是，这个说法并不是指线粒体像一个独裁者一样，直接命令细胞核里的基因是开是关。绝大多数基因（人体约2万个基因）都位于细胞核内的DNA上，它们的转录、剪接、翻译等过程主要由细胞核内的复杂分子机器和调控网络完成。所以，线粒体不可能直接控制所有核基因的表达。

这个说法更准确的理解是：线粒体通过各种信号通路，对细胞核内基因的表达产生广泛而深远的调控和影响。线粒体就像细胞的“能量感应器”、“代谢中心”和“压力监测站”，它不断地将自身的代谢状态、能量水平和应激状态信息传递给细胞核，从而影响细胞核如何表达基因来适应当前的环境和需求。这种从线粒体向细胞核的信号传递，在科学上称为线粒体逆行信号 (Mitochondrial Retrograde Signaling)。

为什么线粒体能做到这一点？原因在于线粒体在细胞生命活动中的核心地位：

能量中心： 线粒体通过氧化磷酸化产生细胞所需的大部分ATP。基因的表达（转录、翻译）是一个耗能巨大的过程。细胞的整体能量水平直接影响基因表达的效率和规模。当能量不足时，细胞核会调整基因表达模式，例如减少合成代谢相关基因的表达。线粒体作为能量的主要生产者，其功能状态直接决定了细胞的能量供应。
代谢枢纽： 线粒体是许多关键代谢通路（如三羧酸循环、脂肪酸氧化、部分氨基酸代谢、血红素合成、尿素循环等）的核心场所。这些代谢过程产生或消耗各种代谢物（如乙酰CoA、NAD+/NADH、琥珀酸、α-酮戊二酸等）。这些代谢物本身就可以作为信号分子或辅因子，直接或间接影响核内基因的表达，特别是通过表观遗传学修饰（如组蛋白乙酰化、DNA甲基化）来调控基因的可及性。例如：
- 乙酰CoA是组蛋白乙酰化的底物，影响染色质结构。
- NAD+是Sirtuins（一类组蛋白脱乙酰化酶，与衰老和代谢相关）的辅因子。
- 琥珀酸和延胡索酸是某些组蛋白去甲基化酶和DNA去甲基化酶（如TET酶）的抑制剂，影响表观遗传状态。
活性氧（ROS）生成： 线粒体在正常代谢过程中会产生一定量的ROS。虽然过高的ROS有害，但在适度水平下，ROS可以作为重要的信号分子，激活细胞内的信号通路（如MAPK、NF-κB、Nrf2等），这些通路进而调控大量与应激反应、抗氧化、炎症、细胞增殖和分化相关的核基因表达。
钙离子稳态： 线粒体参与细胞内钙离子的缓冲。细胞质和细胞核内的钙离子浓度变化是重要的信号，可以激活或抑制钙离子敏感的转录因子（如NFAT、CREB），从而影响相关基因的表达。线粒体对钙离子的摄取和释放能力会影响这些信号。
应激响应： 当线粒体功能障碍、受到损伤或面临应激（如缺氧、营养不良、氧化应激）时，会触发一系列细胞应激响应，其中一个重要的就是整合应激反应 (Integrated Stress Response, ISR)。ISR通过磷酸化eIF2α，抑制整体蛋白质合成，但同时选择性地翻译某些转录因子（如ATF4、ATF5），这些转录因子进入细胞核后，会激活大量与线粒体稳态、氧化应激、氨基酸代谢、自噬等相关的基因表达，试图帮助细胞适应或修复损伤。这是线粒体逆行信号的一个经典例子。
线粒体编码的信号分子： 线粒体自身的DNA (mtDNA) 编码少数几个蛋白质，也可能编码一些小的肽段（称为线粒体因子或 Mitokines，如Humanin, MOTS-c）。这些小肽段有的可以在细胞内游走，甚至进入细胞核，直接或间接影响核基因的表达，参与调控代谢、应激和衰老过程。mtDNA本身及其转录产物（如mtRNA）如果释放到细胞质中，也可以被细胞识别为危险信号，激活免疫通路（如cGAS-STING通路），诱导炎症相关基因的表达。
细胞凋亡调控： 线粒体是细胞凋亡通路的关键执行者和调控者。细胞凋亡的启动涉及一系列基因表达的变化，而线粒体在外膜通透性、细胞色素c释放等方面扮演核心角色，其状态直接影响凋亡相关基因的表达调控。

总结来说：

“线粒体似乎控制着一个细胞基本上所有基因的表达”这个说法，并非指线粒体拥有中央指挥权，而是强调：

线粒体作为细胞的能量、代谢和应激状态的感应器，其功能和状态信息通过多种信号通路（代谢物、ROS、钙离子、特定肽段、应激反应等）持续不断地传递给细胞核。
细胞核根据接收到的线粒体信号，调整其基因表达模式，以维持细胞的稳态、适应环境变化、应对压力或执行特定功能。
这种线粒体对核基因表达的调控是广泛而深远的，因为它影响着细胞的能量利用、物质代谢、应激响应、细胞生长、分化甚至死亡等几乎所有基本过程，而这些过程都依赖于大量核基因的协同表达。

所以，与其说是“控制”，不如说是“关键的调节者”或“重要的信号输入来源”。线粒体和细胞核之间存在一个复杂的、双向的对话和协作关系（既有线粒体向核的逆行信号，也有核向线粒体的顺行信号，核编码的蛋白质是线粒体功能绝大部分所必需的），共同维持细胞的生命活动。当线粒体功能出现障碍时，这种信号传递会异常，从而导致广泛的基因表达紊乱，与衰老、代谢性疾病、神经退行性疾病和癌症等多种疾病的发生发展密切相关。