未來醫學技術：線粒體治療學

作者：孫學軍

來源：科學網

如果汽車在路途發生電瓶電用光的情形，我們會打電話請求援助，或得到碰巧路過的仁慈車主的援手。腦缺血發生時，神經元會因為缺氧缺糖而失去細胞電池（線粒體）的功能，受損神經元也可以請求星形膠質細胞的幫助，讓這些非神經元細胞將它們的線粒體貢獻出來，幫助神經元度過難關。這就是剛剛發表在《自然》雜誌的一篇研究論文的核心發現。儘管這一發現仍然比較初步，但可能會引起腦缺血等腦損傷治療的新思路。

以色列拉賓神經生物學研究所神經生物學家魯文·斯坦因說：「這是一個非常有趣和重要的研究，描述了一種星形膠質細胞保護神經元的新機制。」

線粒體能產生細胞能量分子ATP，維持細胞的各種功能。為了維持大腦神經衝動傳遞需要的能量，神經元一般都擁有大量的線粒體。線粒體本身也會發生衰老和損傷，受損傷或衰老線粒體被細胞清除，線粒體通過分裂複製維持足夠數量的線粒體，因此神經元線粒體不斷發生更新。流行觀點認為，線粒體起源於一種原始微生物，是被其他細胞捕獲吞噬與宿主細胞形成的共生關係。如果線粒體受損或線粒體功能不足以維持細胞的需要，有可能會導致細胞死亡。

2014年，科學家發表第一個證據表明，損傷線粒體能在大腦細胞之間跨細胞轉移，神經元內損傷的線粒體釋放後被星形膠質細胞攝取後被處理。麻省總醫院神經生物學家Eng Lo和Kazuhide Hayakawa等最新研究是證明，星形膠質細胞是否可以給受損神經元提供健康的線粒體。過去也有一些研究支持這一想法，例如2012年有研究發現骨髓幹細胞能給損傷後肺細胞提供健康線粒體。

為了證明這種思路，Lo和Hayakawa與北京首都醫科大學科學家聯合開展研究。Lo說，過去研究發現，星形膠質細胞能通過CD38酶激活接受來自損傷神經元的求救信號。CD38活性可在多種組織細胞損傷後被激活。星形膠質細胞也能製造這種蛋白酶。

Lo等採用基因工程技術讓小鼠產生更多CD38，然後體外培養這種動物大腦來源的星形膠質細胞，結果發現這種星形膠質細胞可以釋放更多正常線粒體。然後將這種含有豐富線粒體的培養基加入到損傷神經元的培養皿，結果發現在24小時內，受損傷神經元能攝取這些線粒體。與沒有接受線粒體的神經元相比，攝取線粒體的神經元能生長出新的突起，生存時間延長，細胞內ATP水平增加。這說明線粒體能被受損神經元攝取，並能發揮保護神經元的作用。

然後課題組證明這種現象在動物腦內也會發生。直接給腦缺血動物腦內注射來自星形膠質細胞的線粒體，24小時後處死動物取出大腦進行形態學分析，結果發現缺血腦區神經元不僅能吞噬線粒體，而且促進細胞存活的標誌分子更多。

最後課題組證明CD38在線粒體轉移中的必要性。給動物注射小RNA干擾CD38基因表達。接受這種處理的動物腦缺血後神經元內來自膠質細胞的線粒體數量更少，神經行為學結果與形態學符合，也表現更差。（這個結果似乎有一些邏輯問題，前面的研究是說明CD38是膠質細胞釋放線粒體的必要分子，這個研究是說明CD38是神經元攝取線粒體的重要基礎，這兩個並不是一個過程。前面體外神經元攝取線粒體實驗也需要對這個過程進行驗證。而且一般來說，線粒體釋放和攝取不應該用同樣一個分子來介導）。

伯明翰大學微生物學家Frances Lund認為，考慮到CD38分子在多種系統如免疫系統中的重要性，根據這一研究開展相關藥物研究理由仍然不充分。例如目前仍然不知道CD38是不是決定線粒體跨細胞轉移的唯一決定因素。不過匹茲堡大學神經生物學家陳俊認為，這一發現可能會延伸出新的線粒體功能障礙疾病的治療方法。例如帕金森病是一種神經退行性疾病，是中腦黑質產生多巴胺的神經細胞大規模死亡，這些細胞死亡與線粒體功能障礙密切相關。未來臨床醫生可以給患者提供線粒體治療。

更大膽的設想是，科學家掌握了線粒體治療的基本方法，或許能進行線粒體病的治療。白色脂肪細胞和褐色脂肪細胞的最關鍵區別就是線粒體數量，那麼用線粒體治療肥胖或許是比較理想的手段。在生物進化中，線粒體形成是決定多細胞生物進化的關鍵步驟。今天我們再次向線粒體求助，解決人類健康問題。可能有一些學者開始如何培養和製備線粒體。將來臨床上會出現一種新的治療方法，線粒體治療學。

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