Nature重磅发现：癌细胞从神经元中“窃取”线粒体，以增强自身能量，促进癌症转移

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

神经系统在癌症生物学中发挥着关键作用，病理学研究已将肿瘤内神经密度与癌症转移联系起来。然而，癌症相关神经元的确切影响以及神经与癌症界面的信息交流通道，目前仍知之甚少。之前在啮齿类动物和人类中进行的癌症去神经支配模型研究已表明，癌症对神经存在很强的依赖性，但神经介导癌症侵袭性的潜在机制仍不清楚。

2025 年 6 月 25 日，南阿拉巴马大学和 德克萨斯大学健康科学中心的研究人员合作，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Nerve-to-cancer transfer of mitochondria during cancer metastasis 的研究论文。

该研究发现，癌细胞通过在癌细胞与神经元之间生长的超细管道，窃取神经元的线粒体，这些被窃取的线粒体增强了癌细胞转移过程中穿越血管时抵御压力的能力，从而帮助癌细胞的转移和扩散。

这项开创性研究揭示了癌症转移中的一种新的生物学信号轴——神经-癌细胞线粒体通道，为研究癌症进展提供了一个以细胞器为中心的视角，并为治疗创新提供了新的靶点，有望利用神经生理学来阻断癌症的代谢支持系统，从而开辟癌症治疗新前沿。

论文通讯作者Simon Grelet教授表示，转移是癌症致命的主要原因，而这项研究找到了癌症转移新的罪魁祸首，这也意味着我们有了一个阻止癌症转移的新靶点。

长期以来，科学家们都知道癌细胞会利用神经系统来促进其生长。为了更深入地了解这一过程，研究团队对患有侵袭性乳腺癌的小鼠进行了研究。他们给这些小鼠使用了一种能阻断神经功能的化学物质——肉毒杆菌神经毒素A（BoNT/A），结果发现，小鼠癌细胞的代谢活动下降，而神经-癌细胞共培养模型证实，神经元能够改善肿瘤的代谢能力，这些结果这证实了神经元会影响肿瘤代谢。

我们观察到神经元与癌细胞之间线粒体转移的普遍现象。为了追踪受体细胞的命运，我们开发了 MitoTRACER，这是一种能永久标记从供体细胞接收线粒体的癌细胞的遗传报告基因

研究团队进一步证实，神经元与癌细胞之间存在普遍的线粒体转移现象——癌细胞会伸出像吸管一样的超细管道，并通过这些管道“窃取”神经元的线粒体。进一步实验表明，拥有这些盗窃自神经元的线粒体的癌细胞会产生更多的能量。

癌细胞（红色，细胞核为蓝色）长出细管，从神经细胞（绿色）中“窃取”线粒体

为了追踪这些窃取了神经元线粒体的癌细胞的命运，研究团队开发了MitoTRACER，这是一种能永久标记从供体细胞中接受了线粒体的癌细胞的遗传报告基因。

为了进一步揭示这些“窃取”了神经元线粒体的癌细胞的转移能力如何，他们将这些癌细胞通过针管和注射器挤压，以模拟它们在血液中流动时所受到的冲击，还让另一些癌细胞接触过氧化氢（H2O2），以模拟它们在转移过程中可能遇到的具有潜在破坏性的化学环境。研究团队发现，在这两种情况下，这些“窃取”了神经元线粒体的癌细胞比那些没有额外线粒体的癌细胞存活的可能性大得多。

研究团队对乳腺癌小鼠模型的进一步研究发现，其原发性癌细胞中相对较少的比例“窃取“了神经元的线粒体，而其脑转移肿瘤中的癌细胞则高比例”窃取“了神经元的线粒体。研究团队还发现，人类转移性肿瘤中的线粒体数量也多于其原发性肿瘤。这些发现均表明，原发性肿瘤中的癌细胞窃取线粒体的行为有助于癌细胞发生转移。

总的来说，这些研究结果为观察到的癌细胞与神经之间的依赖关系提供了令人信服的代谢学解释，这可能适用于更广泛的情况。这些结果表明，有必要更深入地研究潜在机制以及开发靶向神经-癌细胞线粒体转移的治疗策略，以预防癌症转移。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09176-8