线粒体，也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。它们不仅生成细胞生命活动所需的大部分能量，还调控细胞死亡、钙平衡以及对压力的反应。当线粒体功能失效时（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），细胞会失去满足能量需求和维持内部稳态的能力。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。一个有前景的方法是线粒体移植——一种新兴的治疗概念，将功能正常的线粒体分离出来，递送给受损的细胞。
尽管近年来的动物和细胞研究取得了令人鼓舞的结果并引发了越来越多的关注，但一个根本性问题阻碍了这一领域的进展：科学家们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发挥作用？如果线粒体确实进入了细胞，它们是通过什么机制穿过细胞膜的？进入后是否仍能保持功能？如果这些问题没有明确的答案，就很难优化线粒体移植技术、评估其安全性和有效性，并最终将其应用于临床。
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针对这一知识空白进行了探索。他们专注于间充质基质细胞（MSCs）——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更广阔的治疗应用前景。通过将详细的生化测量与多种先进的成像技术相结合，研究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。该研究的共同作者包括东京理科大学的博士四年级学生Mai Kanai、五年级学生Miyabi Goto、Shoko Itakura博士和Makiya Nishikawa博士。
研究人员首先采用旨在保持结构完整性的方法从MSCs中分离出线粒体。他们确认分离得到的线粒体未受其他细胞成分污染，并保留了生成三磷酸腺苷（ATP）的能力。当将这些线粒体提供给活细胞时，研究团队观察到了明显的益处。处理后的细胞增殖能力增强，并更能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。Kusamori博士评论说：“线粒体处理以浓度依赖性方式提高了MSCs的呼吸速率、ATP生成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要求提供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。利用荧光显微镜、共聚焦显微镜、流式细胞术和无标记活细胞成像，他们显示线粒体在数小时内逐渐被MSCs内化。电子显微镜进一步证实了这一点，揭示了细胞内部膜结合囊泡中包裹的线粒体样结构。随后，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，而不是单一的 dominant 途径。
综合来看，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。Kusamori博士总结道：“这项研究是一项重要成就，为基于线粒体移植的新疗法开发提供了科学基础。我们将为名为‘线粒体疗法’的新医学领域铺平道路，该领域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。”
这些发现支持了基于线粒体的疗法，但在临床应用前仍需进一步研究。值得注意的是，理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一种快速选择。
线粒体移植疗法可能对由线粒体功能障碍驱动的疾病尤其有价值，例如毒素引起的肝损伤、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与年龄相关的线粒体活性受损的状况。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，在开始人体临床试验之前，还需要在疾病模型中进行多年的进一步验证。
参考
DOI: 10.1038/s41598-025-28494-5
关于东京理科大学
东京理科大学（TUS）是一所知名且备受尊敬的大学，是日本最大的以科学为特色的私立研究型大学，在东京市中心及其郊区以及北海道拥有四个校区。该大学成立于1881年，通过向研究人员、技术人员和教育工作者灌输对科学的热爱，不断为日本的科学发展做出贡献。
以“创造科学和技术，促进自然、人与社会的和谐发展”为使命，TUS开展了从基础科学到应用科学的广泛研究。TUS采用多学科研究方法，并在当今一些最重要的领域进行了深入研究。TUS是一个英才教育机构，认可并培养最优秀的科学人才。它是日本唯一一所培养出诺贝尔奖得主的私立大学，也是亚洲唯一一所培养出自然科学领域诺贝尔奖得主的私立大学。
关于东京理科大学副教授Kosuke Kusamori
Kosuke Kusamori博士于2013年获得京都大学药学博士学位。他于2017年加入东京理科大学，目前担任副教授。他的主要研究兴趣包括生物药剂学、生物医学与生物材料工程、细胞疗法和再生医学。他已发表了超过100篇经同行评审的研究论文。Kusamori博士隶属于多个学术团体，包括药学科学与技术学会和日本再生医学会。
资助信息
本研究得到了日本学术振兴会（JSPS）的科学研究资助（B类；资助编号：23H03749和23K28437）和挑战性研究（探索性；资助编号：23K18595）、佳能基金会、领先先驱科学基金会以及大东京创新生态系统（GTIE）的支持，GTIE由文部科学省（MEXT）和日本科学技术振兴机构（JST）资助。
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