国自然热点-“线粒体转移”研究思路和方法干货总结，还不赶快收藏！

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（来源：小张聊科研）

线粒体转移（Mitochondria transfer），这一细胞间能量和信息传递的新兴机制，正在为生物医学研究带来革命性的视角。深入研究线粒体转移不仅能提升课题设计的创新性，更能在基金申请中脱颖而出。本期就围绕线粒体转移进行科普总结。

一、什么是线粒体转移？

图1 线粒体转移的方式（PMID: 37938702）

线粒体转移指的是线粒体在不同细胞之间的转移过程。线粒体转移的方式如下：

Ø纳米管转移：

隧道纳米管（TNTs）是由细胞膜延伸形成的细长结构，通过纳米管，线粒体可以在细胞之间直接传递（注：纳米管不仅仅传递线粒体，还可以传递其他细胞器和信号分子）。

Ø外泌体介导的转移：

细胞可以通过释放外泌体，将线粒体或其成分包裹在内，进而被其他细胞摄取，常见于干细胞和肿瘤细胞。

Ø细胞接触:

通过直接的细胞-细胞接触，即连接蛋白，线粒体可以从一个细胞转移到另一个细胞。

Ø细胞融合：

在某些情况下，两个细胞可以发生融合，导致线粒体在融合细胞之间共享。

二、如何研究线粒体转移？

1. 检测细胞间的线粒体转移

Ø使用表达线粒体标记物的转基因小鼠（mito::mKate2）作为供体———目前仅限于追踪单向转移线粒体至肿瘤细胞

利用转基因小鼠模型（mito::mKate2），该小鼠的线粒体被标记为mKate2荧光蛋白。将这些小鼠的组织中植入肿瘤细胞，以观察宿主细胞的线粒体是否被肿瘤细胞吸收。通过共聚焦显微镜观察肿瘤切片，确认肿瘤细胞内是否出现了mKate2阳性的线粒体信号，从而判断线粒体转移的发生。

Ø荧光标记与共培养

使用不同颜色的荧光染料或荧光蛋白（如GFP、RFP）分别标记供体细胞和受体细胞的线粒体。将标记后的供体细胞和受体细胞共同培养。通过荧光显微镜、流式细胞术、共聚焦显微镜等方法进行检测，确认受体细胞内是否出现了供体细胞特有的荧光信号。

Ø单细胞测序结合MERCI分析——目前仅限于追踪T细胞与肿瘤细胞之间的线粒体转移

获取共培养的癌细胞和T细胞的转录组数据后应用MERCI算法识别线粒体突变（mtSNVs）并估计癌细胞中外源线粒体的相对丰度。通过比较突变频率，确定T细胞特有的突变，将细胞分类为潜在的线粒体供体和受体。并通过计算DNA和RNA排名分数，预测线粒体的受体细胞和供体细胞。

2.干预A细胞中的线粒体转移至B细胞

Ø将带有荧光标记的线粒体从A细胞中分离，并以不同剂量加入至B细胞培养液中，比较处理前后B细胞的差异（PMID: 38320981）；

Ø通过化学诱导A细胞的线粒体耗竭（如罗丹明6G），将处理过的细胞A与细胞B共培养，比较处理前后B细胞的差异（PMID: 23373995.）。

三、如何开展线粒体转移相关的研究？

1.确认研究细胞可发生线粒体转移

Ø文献综述：系统性检索和分析相关文献，确认研究细胞中存在线粒体转移现象。总结已有研究中观察到的线粒体转移特征、条件和潜在生物学意义。

2.明确A细胞向B细胞转移线粒体并改变其功能

Ø功能性实验：设计共培养实验，验证A细胞是否能够将线粒体转移至B细胞。通过荧光显微镜和流式细胞术，追踪线粒体的转移路径和效率。

Ø表型差异：评估线粒体转移对B细胞表型的影响，包括细胞增殖、凋亡、迁移等。使用MTT法、流式细胞术、免疫荧光等技术，定量分析B细胞的表型变化。

3.探究线粒体转移的具体方式

Ø转移机制研究：探索线粒体在细胞间的转移方式，包括细胞融合、外泌体介导和直接细胞接触等。利用超高分辨显微镜，观察线粒体在细胞间的传递过程。

4.解析线粒体转移的上下游分子机制

Ø上游信号通路：研究调控线粒体转移的上游信号通路，如细胞应激反应、炎症信号和细胞间通讯等。利用qPCR和Western Blot等技术，分析相关信号分子的表达变化。

Ø下游效应分析：对线粒体转移过程进行干预，观察其对细胞功能和命运的影响。结合转录组学和蛋白质组学，全面解析线粒体转移对细胞内信号网络的调控作用。

四、研究线粒体转移，有哪些可参考范文和基金案例？

1.范文案例：

在大子刊、领域顶刊和主刊的相关研究中，我们分享这两方向的案例：“研究线粒体转移在疾病某个病理过程中的作用和机制；”“研究药物通过线粒体转移改善疾病的作用机理；”

研究线粒体转移在疾病某个病理过程中的作用和机制:

案例1：

Transfer of inflammatory mitochondria via extracellular vesicles from M1 macrophages induces ferroptosis of pancreatic beta cells in acute pancreatitis. J Extracell Vesicles. 2024Feb;13(2):e12410.

本文讨论了M1巨噬细胞通过细胞外囊泡转移炎症线粒体诱导急性胰腺炎中胰岛β细胞铁死亡的机制，研究发现，M1巨噬细胞通过细胞外囊泡将炎症线粒体转移到胰岛β细胞中，这些炎症线粒体通过激活STING通路引发β细胞脂质过氧化和铁死亡，从而导致胰岛β细胞的功能失调。

案例2：

GAP43-dependent mitochondria transfer from astrocytes enhances glioblastoma tumorigenicity. Nat Cancer. 2023 May;4(5):648-664. doi: 10.1038/s43018-023-00556-5. Epub 2023 May 11.

本文讨论了GAP43依赖的星形胶质细胞线粒体转移在胶质母细胞瘤中的作用和机制，研究发现，星形胶质细胞通过GAP43介导的细胞连接将线粒体转移到胶质母细胞瘤细胞中，显著增强了肿瘤细胞的线粒体呼吸和ATP生产，促进了细胞周期的G2/M阶段进程和肿瘤细胞的自我更新。

研究药物通过线粒体转移改善疾病的作用机理:

案例：

Iron oxide nanoparticles augment the intercellular mitochondrial transfer-mediated therapy. Sci Adv. 2021 Oct;7(40):eabj0534.

本文讨论了铁氧化物纳米颗粒（IONPs）在肺纤维化治疗中的作用和机制。研究发现，铁氧化物纳米颗粒通过增强含有Cx43的连接通道的形成，选择性地将间质干细胞（hMSCs）的线粒体转移至病变的肺泡上皮细胞，恢复线粒体的生物能量，减少肺部纤维化，从而改善肺纤维化的症状。

2.基金案例

案例1：巨噬细胞线粒体转移通过乳酸/KEAP1/NRF2通路调控骨髓间充质干细胞分化在骨质疏松症中的作用机制研究

案例2：基于“外泌体-线粒体转移”介导的神经元-星形胶质细胞间信息传递探讨熟地黄干预ADHD的效应机制

案例3：靶向Wnt/Ca²+参与隧道纳米管介导细胞间线粒体转移研究VD海马神经元保护机制及滋肾活血方的干预作用

案例4：SIRT3硫巯基化修饰调控衰老BMSCs线粒体转移在改善骨质疏松中的机制研究

案例5：隧道纳米管介导线粒体转移调控成牙本质细胞炎性损伤修复的分子机制

案例6：磁驱动工程化间充质干细胞介导的线粒体转移靶向治疗糖尿病血管损伤机制研究

附录. 与线粒体转移相关的病理过程

图4 细胞间线粒体转移对生理与病理过程的影响（PMID: 37938702）

线粒体转移作为一个新兴的研究领域，越来越多的证据表明，线粒体转移是一把“双刃剑”，与多种生理和病理过程密切相关，涵盖了从神经保护到肿瘤进展的广泛领域。如：

a.神经系统：在中枢神经系统中，星形胶质细胞作为一种重要的神经胶质细胞，能够将线粒体传递给缺血性中风损伤后的神经元，从而支持神经元的存活；在周围神经系统中，巨噬细胞则将线粒体传递给背根神经节中的神经元，有效限制炎症性疼痛信号的传递。

b.肿瘤免疫：癌细胞能够从免疫细胞（如T细胞和巨噬细胞）中获取线粒体，这一方面损害了抗肿瘤免疫，另一方面则支持了癌细胞自身的代谢需求，并进一步驱动其增殖。

c.线粒体质量控制：脂肪细胞和心肌细胞能够将受损的线粒体转移至巨噬细胞，通过这种方式清除受损线粒体，维持自身线粒体质量。

d.组织修复与再生：在皮肤损伤中，活化的血小板除了参与血管封闭外，还能够将其线粒体递送至间充质干细胞（MSC），促进血管生成和伤口愈合；同时，血小板也将线粒体递送至中性粒细胞，增强其抗菌防御能力。

e.造血功能：线粒体转移能够增强造血干细胞（HSC）的植入能力，并有助于启动造血过程。

f.免疫调节：间充质干细胞能够将线粒体转移至T细胞，促进调节性T细胞的分化，并抑制促炎细胞因子的产生，最终限制关节炎引起的关节损伤。

g.代谢稳态：在白色脂肪组织中，脂肪细胞与巨噬细胞之间存在着线粒体转移，这一过程对维持组织稳态至关重要。然而，肥胖症会破坏这种平衡，导致脂肪细胞线粒体被转移至血液，并最终到达心脏，引发游离线粒体介导的抗氧化反应，保护心脏免受缺血再灌注损伤。

h.骨骼发育：成骨细胞将线粒体转移至其祖细胞，增强成骨细胞分化，促进骨形成。此外，骨细胞之间也通过树突网络进行线粒体转移，以支持其代谢需求和骨矿物质稳态。