摘要： 当大脑的“能量工厂”——线粒体——失效时，往往会导致神经退行性变，见于帕金森病和阿尔茨海默病等疾病。一项突破性研究终于破解了细胞如何摄取和利用“捐赠”线粒体的机制。
研究人员发现，间充质基质细胞（MSCs）会通过多种细胞途径主动“吞噬”分离出的功能性线粒体。一旦进入细胞内，这些移植的“能量工厂”并不会闲置，而是立即提升细胞的能量产生、加速修复并抵抗氧化应激。
这一发现为称为“线粒体疗法”的新领域提供了科学基础，该疗法可能彻底改变我们从中风到衰老等疾病的治疗方式。
关键事实
- “移植”突破： 功能性线粒体可以从健康细胞中分离出来，并成功输送到受损细胞，以恢复能量水平（ATP产生）。
- 主动摄取： 细胞并非被动吸收线粒体，而是利用多种“内吞”途径（网格蛋白、小窝蛋白和肌动蛋白依赖机制）主动将它们带入细胞内。
- 即时益处： 一旦内化，新的线粒体会增加细胞增殖，增强抗氧化能力，并提升最大呼吸能力。
- 非基因疗法： 与基因疗法不同，线粒体移植不会改变细胞的DNA。它只是为细胞“补充能量”，对于心脏病发作或中风等急性损伤，是一种更安全、更快速的选项。
- 神经保护潜力： 研究人员特别指出，该疗法可能成为帕金森病和阿尔茨海默病的游戏规则改变者，因为线粒体衰竭是这些疾病中细胞死亡的主要驱动因素。
来源： 东京理科大学
线粒体，也称为细胞的能量工厂，对于细胞的生存、修复和适应至关重要。它们不仅产生细胞生命过程中所需的大部分能量，还调节细胞死亡、钙平衡和应激反应。
当线粒体失效（这是神经退行性疾病以及许多炎症和代谢紊乱的常见特征）时，细胞就会失去满足能量需求和维持内部稳定的能力。
为了解决这类问题，研究人员目前正在探索旨在直接恢复线粒体功能的疗法。
一种有前途的方法就是线粒体移植，这是一种新兴的治疗概念，即将功能性线粒体分离出来并输送到受损细胞中。
尽管近期动物和细胞研究引起了越来越多的兴趣和令人鼓舞的结果，但一个根本性问题阻碍了该领域的进展：科学家尚未完全了解移植的线粒体如何与受体细胞相互作用。
细胞是主动摄取这些细胞器，还是线粒体从细胞外部发挥作用？如果线粒体确实进入细胞，它们是如何穿过细胞膜的？进入后是否仍保持功能？
如果没有对这些问题的明确答案，就很难优化线粒体移植技术、评估其安全性和有效性，并最终在临床环境中使用它们。
在最近一项发表于2025年12月29日《科学报告》第15卷的研究中，由日本东京理科大学生命科学与药学系副教授Kosuke Kusamori领导的研究团队直接解决了这一知识空白。他们聚焦于间充质基质细胞（MSCs），这是一种在再生医学中广泛研究的细胞类型，具有重要的生物学特性和扩展的治疗应用性。
结合详细的生化测量与多种先进成像技术，该团队着手确定分离的线粒体是否以及如何被MSCs摄取，以及这些线粒体内化后是否保持生物活性。
这项工作的共同作者包括东京理科大学的博士生Mai Kanai女士、五年级学生Miyabi Goto女士、Shoko Itakura博士和Makiya Nishikawa博士。
研究人员首先使用一种旨在保持其结构完整性的方法从MSCs中分离出线粒体。他们确认分离的线粒体不含其他细胞成分的污染，并保留了产生三磷酸腺苷（ATP）的能力。当这些线粒体被提供给活细胞时，研究团队观察到了明显的益处。
处理过的细胞表现出增殖增加，并且能够更好地抵抗化学和氧化应激。耗氧量测量（评估线粒体呼吸的标准方法）显示，提供的线粒体增强了整体细胞能量代谢。
“线粒体处理以浓度依赖性方式提高了MSCs的呼吸速率、ATP产生速率和最大呼吸能力。这些发现表明，分离的线粒体不仅保留了其内在的生物能量活性，还对MSCs和肝细胞产生了增殖和细胞保护作用。”Kusamori博士评论道。
为了确定这些效应是否需要提供的线粒体实际进入细胞，研究团队随时间追踪了线粒体的摄取情况。利用荧光显微镜、共聚焦显微镜、流式细胞术和无标记活体成像，他们发现线粒体在数小时内逐渐被MSCs内化。电子显微镜提供了进一步确认，揭示了细胞内膜结合囊泡内包裹的线粒体样结构。
然后，通过选择性阻断不同的内吞途径，研究人员证明MSCs依赖多种内吞机制来内化线粒体，而非单一主导途径。
综上所述，这些发现阐明了驱动线粒体摄取的过程以及它如何对细胞产生益处。
“这项研究是一项重要成果，为基于线粒体移植的新疗法开发提供了科学基础。我们将为一种称为线粒体疗法的新医学领域铺平道路，该疗法直接补充细胞能量功能，并有助于实现更安全、更可持续的治疗。”Kusamori博士总结道。
这些发现支持基于线粒体的疗法，但在临床使用前还需要进一步研究。值得注意的是，了解线粒体如何进入细胞可能使研究人员能够提高摄取效率，并针对不同细胞类型定制递送策略。
与干细胞或基因疗法不同，线粒体移植不会改变遗传身份；它通过提供功能性细胞器来恢复生物能量学，为急性或局部线粒体功能障碍提供了一种快速选项。
线粒体移植疗法可能对由线粒体功能障碍驱动的疾病特别有价值，例如毒素诱导的肝损伤、由心脏病发作或中风引起的缺血再灌注相关疾病，以及帕金森病和阿尔茨海默病。
更广泛地说，它可能有益于缺血性组织损伤、神经退行性疾病以及线粒体活性受损的与年龄相关的疾病。
尽管在临床转化之前还存在许多挑战，包括确认长期安全性和有效性、控制不同组织中的线粒体摄取和分布、避免不必要的免疫反应，以及确保分离线粒体的纯度、一致性和功能完整性，但这项工作使我们离一个变革性的治疗平台更近了一步——该平台在下一代再生医学和抗衰老治疗中具有巨大潜力。
重要的是，线粒体移植仍处于临床前阶段，在人类临床试验开始之前，还需要在疾病模型中进行多年的进一步验证。
关键问题解答：
问：我们真的能像移植心脏或肾脏那样“移植”细胞的一部分吗？
答： 能！这是一个新兴领域，称为“线粒体疗法”。就像汽车换了新电池就能跑得更好一样，一个患有疾病的细胞可以通过注射健康的、功能性的线粒体来“启动”。这项研究证明，细胞实际上将这些能量工厂摄入体内，并立即开始使用它们。
问：为什么这比传统药物治疗脑部疾病更好？
答： 大多数药物治疗的是神经退行性变的症状。线粒体移植治疗的是病因——细胞能量的丧失。通过恢复能量供应，我们为神经元提供了自我修复和生存所需的能量，从而可能减缓帕金森病或阿尔茨海默病等疾病的进展。
问：线粒体移植安全吗？
答： 因为它使用天然存在的细胞器，并且不改变你的遗传密码（DNA），所以理论上比基因疗法安全得多。然而，它仍处于临床前阶段，科学家们正在努力确保这些“捐赠”的能量工厂不会引发免疫反应。
编辑备注：
- 本文由Neuroscience News编辑编辑。
- 已全面审阅期刊论文。
- 由我们工作人员添加了额外背景信息。
关于本神经病学研究新闻
作者： Yoshimasa Iwasaki
来源： 东京理科大学
联系人： Yoshimasa Iwasaki – 东京理科大学
图像： 图片来源为Neuroscience News
原始研究： 开放获取。
“Uptake mechanisms and functions of isolated mitochondria in mesenchymal stromal cells”作者：Mai Kanai, Miyabi Goto, Shoko Itakura, Makiya Nishikawa & Kosuke Kusamori. Scientific Reports
DOI: 10.1038/s41598-025-28494-5
摘要
间充质基质细胞中分离线粒体的摄取机制和功能
线粒体移植作为一种治疗策略具有很大潜力；然而，受体细胞如何与分离的线粒体相互作用并将其内化的机制仍不清楚。因此，在本研究中，我们从间充质基质细胞（MSCs）中分离出功能性线粒体，并表征了它们的生物学活性和物理化学性质。此外，我们还评估了分离线粒体对MSC功能的影响。用分离的线粒体处理促进了细胞增殖，提高了应激条件下的细胞活力，并增加了耗氧率，表明生物能量能力增强。通过荧光成像观察了MSCs对分离线粒体的摄取，并随时间进行了定量评估，显示在24小时内渐进式内化。为了研究线粒体摄取的机制，我们化学抑制了内吞作用，这揭示了内吞途径有助于分离线粒体的内化。这些发现表明，MSCs通过主动摄取机制掺入分离的线粒体，并且内化的线粒体保留了其功能活性。总的来说，我们的结果提供了MSCs中线粒体内化的关键证据，并为了解线粒体疗法在各种疾病中的潜在应用提供了见解。
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