东京理科大学
线粒体，被称为细胞的“动力工厂”，对细胞的存活、修复和适应至关重要。它们不仅产生细胞生命活动中所需的大部分能量，还调节细胞死亡、钙平衡和应激反应。当线粒体功能失效（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，细胞就会丧失满足能量需求和维持内部稳定的能力。为了解决这些问题，研究人员目前正在探索旨在直接恢复线粒体功能的疗法。其中一种颇具前景的方法是线粒体移植，这是一个新兴的治疗概念，即将功能性的线粒体分离出来并递送至受损细胞。
尽管近期的动物和细胞研究结果令人振奋且日益增多，但一个根本性问题阻碍了这一领域的进展：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。细胞是主动吸收这些细胞器，还是线粒体在细胞外发挥其作用？如果线粒体确实进入细胞，它们通过何种机制穿过细胞膜，进入后是否仍保持功能？没有这些问题的明确答案，就难以优化线粒体移植技术、评估其安全性和有效性，并最终用于临床。
在2025年12月29日发表于《科学报告》第15卷的一项近期研究中，由日本东京理科大学（TUS）生命科学与药学系副教授草森康介领导的研究团队直接针对这一知识空白进行了研究。他们将重点放在间充质基质细胞上，这是一种在再生医学中被广泛研究的细胞，具有显著的生物学特性和广泛的应用潜力。通过结合详细的生化测量和多种先进成像技术，该团队旨在确定分离的线粒体是否以及如何被MSCs摄取，以及这些线粒体在进入后是否仍保持生物活性。这项工作的合著者包括四年级博士生金井舞女士、五年级学生后藤雅女士、板仓祥子博士和西川真木哉博士，均来自东京理科大学。
研究人员首先用保持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未受其他细胞成分污染，并保留了产生三磷酸腺苷的能力。当将这些线粒体供给活细胞时，团队观察到了明显的益处。处理后的细胞增殖能力增强，并能更好地抵抗化学和氧化应激。氧气消耗（评估线粒体呼吸的标准方法）的测量显示，供给的线粒体增强了整体细胞能量代谢。草森博士指出：“线粒体处理以浓度依赖的方式提高了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。”
为了确定这些效应是否需要供给的线粒体实际进入细胞，团队随时间追踪了线粒体的摄取情况。通过荧光显微镜、共聚焦显微镜、流式细胞术和无标记活体成像，他们显示线粒体在数小时内被MSCs逐渐内化。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。
综合这些发现，揭示了驱动线粒体摄取的过程以及它如何对细胞产生益处。草森博士总结道：“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。我们将为一种名为‘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，有助于实现更安全、更可持续的治疗。”
这些发现支持了基于线粒体的疗法，但在临床应用之前仍需进一步研究。值得注意的是，了解线粒体如何进入细胞可能使研究人员提高摄取效率，并为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，为急性或局部线粒体功能障碍提供了快速选择。
线粒体移植疗法对于由线粒体功能障碍引起的疾病尤其有价值，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年龄相关疾病。尽管在临床转化之前仍面临许多挑战，包括确认长期安全性和有效性、控制线粒体在不同组织中的摄取和分布、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变革性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前景。
重要的是，线粒体移植仍处于临床前阶段，在人体临床试验开始之前，还需要在疾病模型中进行多年的进一步验证。
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