科学家利用线粒体移植技术复活衰竭细胞

我们的细胞在被称为线粒体的生物能量工厂中产生能量。这些能量制造者拥有自己的意识。它们利用一套独特的DNA运作，并且可以离开细胞。就像宇航员一样，它们经常乘坐脂肪泡逃离细胞，降落在其他细胞上，探索它们，有时还会与新家园中的原生线粒体融合。

这使得线粒体疾病难以治疗。目前能够到达线粒体并修复基因突变的基因编辑工具寥寥无几。即使没有基因突变，线粒体也会随着年龄增长而功能衰退，从而导致糖尿病、阿尔茨海默病、心力衰竭和其他多种疾病。

但一种实验性的解决方案正在获得认可。研究人员正在将健康的线粒体移植到细胞中——本质上是一种移植手术——以恢复能量产生并重启新陈代谢。

然而，目前仍存在一个重大障碍：如何将健康的线粒体输送到目标细胞是一项挑战。巴塞尔分子与临床眼科研究所的科学家们现已开发出一种系统，可以将捐赠的线粒体连接到目标细胞上。

科学家们研发了一种名为MitoCatch的技术，他们设计出匹配的蛋白质，并将它们连接到供体线粒体和受体细胞上。这些连接蛋白就像钩扣一样，将两个伙伴紧密地拉在一起。之后，通过一些至今仍不为人知的机制，新的线粒体搭乘脂肪泡进入细胞，并在细胞内释放能量，开始发挥作用。

在这项研究中，研究人员将线粒体输送到多种细胞类型，注射线粒体挽救了患有遗传性失明的小鼠脆弱的视网膜细胞。

“作为一种疗法，线粒体移植一直受到缺乏将健康线粒体直接靶向患病细胞的工具的阻碍，”华盛顿大学医学院的萨曼莎·克里萨和乔纳森·布雷斯托夫写道，他们并未参与这项研究。

MitoCatch克服了这一障碍。

驯化细菌

大约20亿年前，一个远古细胞吞食了一只细菌。但它并没有消化这只细菌，而是与它曾经的猎物结成了一个意想不到的联盟。细菌将氧气转化为能量供宿主使用，而宿主则为它提供了保护和营养。随着时间的推移，这只细菌放弃了独立生存的能力，最终成为了我们细胞的重要组成部分：线粒体。

与其他被称为细胞器的细胞结构不同，线粒体含有37个独特的基因，这些基因编码其能量产生机制的核心组成部分。线粒体的基因组结构精简，容错率极低，因此特别容易发生突变。此外，线粒体还被双层膜包裹，使得使用传统的生物技术工具难以对其进行操作。

但线粒体拥有一项超能力：它们可以离开宿主细胞。过去二十年的研究表明，许多细胞会将一些线粒体输出到细胞外空腔。这种做法可能是清除受损线粒体或将健康的线粒体输送给受损邻近细胞的一种方式，就像细胞间的“营养包”一样。

这一奇特现象催生了线粒体移植的想法。该疗法是将健康的线粒体注射到组织或血液中，以治疗受损细胞。早期结果令人鼓舞。移植可以延长患有线粒体缺陷小鼠的健康寿命，减轻中风或心脏病发作后的损伤，加速人体伤口愈合，并显示出对肥胖症的潜在益处。

由于几乎所有人体细胞都依赖线粒体提供能量，并且线粒体一旦受损就会停止运作，因此，移植手术有望为目前难以治疗的多种疾病带来新的疗法。前提是，健康的替代细胞能够顺利到达目的地。

Krysa 和 Brestoff 写道：“如何有效地将线粒体输送到正确的细胞类型一直是这种治疗策略的关键障碍。”

猫鼠游戏

MitoCatch 依赖于细胞间的“握手”机制。所有细胞表面都密布着蛋白质，有些是通用的，有些则是特定细胞类型所特有的。这些蛋白质与周围分子相互作用，驱动生物过程。例如，在感染过程中，抗体与细菌表面的蛋白质结合，从而触发免疫攻击。CAR-T 细胞疗法为 T 细胞配备蛋白质“结合物”，使其能够更好地识别和清除癌细胞、衰老细胞或自身免疫性疾病相关的细胞。在每种情况下，成功都取决于匹配的蛋白质对像钩扣一样紧密结合。

这套新系统基于相同的原理，并有三种设计。MitoCatch-M 帮助供体线粒体识别不同类型受体细胞特有的标记。MitoCatch-C 则反其道而行之，通过修饰受体细胞，使其更容易捕获线粒体。第三种版本则使用一种“双特异性”锚定物，可以同时抓住线粒体和靶细胞。一旦接近，线粒体就会被包裹在脂肪泡中，并漂移进入细胞。

然后，一阵短暂的恐惧袭来。

这些气泡大多被输送到细胞的废物处理细胞器，在那里它们携带的物质会被彻底破坏。线粒体必须在为时已晚之前逃离。

在培养的脑细胞、视网膜细胞、心肌细胞、皮肤细胞和免疫细胞中，这些经过改造的线粒体大多避免了死亡。它们是如何做到这一点的，目前尚无定论，研究团队正在努力探究。但可以肯定的是，一旦进入细胞，这些供体线粒体就会与细胞自身的线粒体网络融合。

Krysa 和 Brestoff 写道：“这表明 MitoCatch 可以大幅提高线粒体移植的疗效。”

当然，培养皿中的细胞与体内的细胞并不相同。在另一项实验中，研究团队将经过基因改造的线粒体注射到患有遗传性疾病的小鼠眼中。这种疾病中，单个线粒体基因缺陷会破坏视网膜细胞，导致小鼠逐渐丧失视力。

在10天的时间里，健康的线粒体重塑了受治疗细胞的新陈代谢，减少了损伤，并提高了细胞的存活率和对光的反应。这是否能转化为更好的视力还有待观察，但该疗法并未引发免疫反应，这是一个令人鼓舞的迹象，表明它可能很安全。需要明确的是，移植的线粒体并没有纠正潜在的基因突变。相反，它们提供了足够数量的功能正常的基因，使能量产生功能得以恢复。

Krysa 和 Brestoff 写道：“这证明了线粒体移植可以用来纠正线粒体基因组中编码的突变，这些突变会导致严重的视力丧失。”

MitoCatch技术尚未成熟，无法广泛应用。它需要大量的基因工程改造，这使得该系统难以转化为常规治疗手段。此外，移植的线粒体在新宿主体内能存活多久，以及是否具有持久疗效，目前也尚不清楚。

这些初步结果凸显了科学家们可以提升该疗法潜力的途径。随着研究的深入，我们或许能够找到治疗以往无法治愈的线粒体疾病的新方法。

科学家利用线粒体移植技术复活衰竭细胞，这篇文章最初发表于SingularityHub 网站。

原文： https://singularityhub.com/2026/04/21/scientists-revive-failing-cells-with-mitochondria-transplants/