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线粒体跨细胞转移可能是一种普遍现象 精选

已有 11224 次阅读 2015-1-16 10:37 |个人分类:自然科学|系统分类:科研笔记

生命刚刚开始出现时，地球上几乎没有氧气，也只有厌氧细胞，后来因为出现一种能进行光合作用的细胞，地球大气中氧气逐渐增加，氧气对厌氧细胞来说是一种致命毒素，这时候一种能专门对付这种毒素的生命线粒体成为优势生命形式，但是生命进化就是这样，这种线粒体自身也存在某些缺陷，并不能有效独立生存，它们有一些感染了其他细胞，使这些细胞获得了对付氧气的能力，幸运的是，线粒体还可以产生ATP给细胞提供能量，这简直就是双喜临门。确实这种感染了线粒体的细胞就是现在需氧生命的祖先。假如线粒体真是一种古老的细菌，需氧细胞感染了这种细菌是进化的关键环节，这里存在一个问题值得考虑，就是现在广泛存在与各种生命细胞中的线粒体，是否仍然保持着感染细胞的能力。或者说线粒体能不能跨细胞转移。这个问题最近有一些研究逐渐给出了肯定答案。

如一篇研究证明癌细胞经过线粒体移植后能提高对化学治疗的敏感性，很早就有德国学者提出肿瘤细胞主要依靠无氧酵解方式产生ATP，所以肿瘤组织呈现酸性的趋势，这就是所谓的Warburg效应，最近研究提示肿瘤细胞线粒体数量减少和功能下降可能是导致这种代谢特征的原因，那么给肿瘤细胞移植线粒体就成为纠正这种异常的手段了。这一研究证明这个思路是可以的，不过这是进行的细胞学研究，意外的是，过去虽然有学者研究过线粒体移植，但都是采用脂质包裹等途径，这一研究证明线粒体具有自动进入细胞内的能力。虽然研究没有确定这种现象的原因，但提出，从进化角度看，线粒体是一种古老的细菌，进入细胞似乎是先天的，那么产生这种现象也是必然。如果是这样的话，身体内如果发生细胞破坏，线粒体就有可能进入周围其他细胞内。

过去的研究是体外研究，最近新西兰马拉格汉研究中心的迈克贝里奇教授等在《细胞代谢》发表最新研究论文。发现在除去了线粒体DNA的乳腺癌和黑色素瘤小鼠模型中，肿瘤组织会从周围正常组织中获取替代DNA。在得到新的DNA后，癌细胞便会继续形成肿瘤块扩散到身体其他部位。这种细胞开始几周生长非常慢，但经过1个月后肿瘤生长突然加速，甚至会发生转移。而这些能快速生长的细胞竟然是从周围正常细胞中抢夺到线粒体，从而获得更有效的能量代谢能力，导致肿瘤恶性程度增加。虽然研究没有确定这种线粒体跨细胞转移的机制，但明确了这种现象。贝里奇教授说，线粒体基因在不同细胞之间的传递可能是一个普遍的生物现象。”他提出，在正常组织如大脑内，线粒体的跨细胞转移普遍存在。如果是这样的话，身体内线粒体的相互转移就是一种常态化现象，利用这个特点，可以治疗200多种线粒体异常相关的疾病，就是可以用正常的线粒体给患者静脉注射，以获得纠正异常线粒体的问题。

这种跨细胞转移的信号机制目前仍不清楚。可能的情况是细胞之间能形成一种微小的跨细胞通道，线粒体和其他细胞内容通过这种跨细胞通道扩散。如果是这样，其他细胞成分也会发生类似的转移现象。弄清楚这些过程就可以人为加快或抑制这些过程，达到操作线粒体跨细胞转移的目的。考虑到注射线粒体也能进入细胞内，这种通道也可能是非细胞之间的形式，就是一种细胞释放出线粒体，目标细胞获取线粒体。这种运输方式也有可能是细胞成分微颗粒的方式，这种微颗粒方式也是生物体普遍的现象，例如血小板、脂蛋白和微纳米细胞颗粒。

不过已经有一些研究，采用局部和血管内注射线粒体对心肌缺血和肝脏缺血再灌注损伤的研究，研究发现，局部注射或血管内注射线粒体都可以获得治疗效果，这些注射的线粒体也能进入损伤的组织细胞内。

Mitochondrial Genome Acquisition Restores Respiratory Function and Tumorigenic P.pdf

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https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25565207/

Abstract

We report that tumor cells without mitochondrial DNA (mtDNA) show delayed tumor growth, and that tumor formation is associated with acquisition of mtDNA from host cells. This leads to partial recovery of mitochondrial function in cells derived from primary tumors grown from cells without mtDNA and a shorter lag in tumor growth. Cell lines from circulating tumor cells showed further recovery of mitochondrial respiration and an intermediate lag to tumor growth, while cells from lung metastases exhibited full restoration of respiratory function and no lag in tumor growth. Stepwise assembly of mitochondrial respiratory (super)complexes was correlated with acquisition of respiratory function. Our findings indicate horizontal transfer of mtDNA from host cells in the tumor microenvironment to tumor cells with compromised respiratory function to re-establish respirationand tumor-initiating efficacy. These results suggest pathophysiological processes for overcoming mtDNA damage and support the notion of high plasticity of malignant cells.

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Comment in

• Essential role for oxidative phosphorylation in cancer progression.

  Maiuri MC, Kroemer G.Cell Metab. 2015 Jan 6;21(1):11-2. doi: 10.1016/j.cmet.2014.12.013.PMID: 25565201

• Metabolism: the mitochondria thief.

  Villanueva MT.Nat Rev Cancer. 2015 Feb;15(2):70. doi: 10.1038/nrc3901.PMID: 25614005 No abstract available.