Cell Stem Cell：形状变化的线粒体在干细胞功能中的重要作用

Study reveals starring role for shape-shifting mitochondria in stem cell function — **图片:Mireille Khacho博士，生物化学、微生物学和免疫学学系助理教授，加拿大线粒体动力学和再生医学研究主席**
图片来源:渥太华大学

线粒体是一种可以改变形状的细胞器，长期以来被认为是我们细胞内的动力源。但相对而言，人们对这些微小的能量发生器的持续裂变和融合如何影响干细胞功能和组织再生知之甚少。

现在，渥太华大学医学院Mireille Khacho博士实验室的一项引人注目的新研究揭示了成人肌肉干细胞中线粒体动力学的重要作用——这些独特而原始的细胞是身体肌肉更新和修复的原材料。

发表在同行评议期刊《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)印刷版上的这项研究发现，线粒体在拉长和分裂时的形状转变，实际上是在调节成年肌肉干细胞的休眠状态。

这项新发现可能是一个重要的发现，因为成年肌肉干细胞——通常以休眠状态存在，被称为“休眠”——对组织稳定至关重要。休眠对这些细胞的寿命至关重要，它们需要一种微妙的平衡。当它们被激活更新和修复受伤或被疾病腐蚀的组织时，它们会从保护状态中醒来。

本质上，她的实验室提出了一个广泛的线粒体系统。它们不仅充当内部传感器和通讯器，而且它们的分裂在整个干细胞的维护和功能中起着重要作用。通过对一种独特的小鼠模型的一系列操作，研究人员表明，关键的线粒体塑造蛋白OPA1调节成年肌肉干细胞的休眠状态。这种蛋白质的慢性丧失和持续的碎片化会导致严重的肌肉干细胞缺陷。

哈乔博士的团队表示，研究结果首次表明，蛋白质opa1——线粒体融合的主要调节因子之一——对肌肉干细胞的维持和功能至关重要。他们拼凑出了干细胞枯竭与线粒体失衡和功能失调之间的联系。

“这篇论文结合了揭示生理机制，然后用它来解释疾病和衰老过程中可能出现的问题，”渥太华大学生物化学、微生物学和免疫学助理教授、加拿大线粒体动力学和再生医学研究主席哈乔博士说。

这个微小结构的作用有点违反直觉。哈乔博士解释说，一般来说，线粒体碎片对组织中的细胞是一种破坏性现象。但在他们对成年肌肉干细胞的实验中，她的团队发现，它们的分裂也作为一种激活向细胞核发出信号的生理机制。它通过增加一种叫做谷胱甘肽的抗氧化肽的水平来做到这一点。更有趣的是，他们发现了这种肽的新功能:它作为一种信号分子，介导线粒体和细胞核之间的对话。

“线粒体的破坏可能是我们在疾病和衰老中失去干细胞的原因，”哈乔博士说。“如果出现线粒体动力学失衡的情况，这可能发生在疾病和衰老过程中，最终会发生的是，你的干细胞将失去它们的保护性休眠，它们会随着时间的推移而耗尽。”

对于研究一系列与肌肉相关的退行性疾病，以及在衰老过程中肌肉无力和萎缩的科学家来说，该团队的见解肯定会引起他们的极大兴趣。此外，它最终可能有助于为修改干细胞线粒体动力学和功能的治疗策略铺平道路，以恢复组织的再生潜力。

这很重要，因为肌肉退行性变是全球残疾的主要原因。这项发现揭示了线粒体中断对成人干细胞功能障碍的贡献，这可能是恢复退行性疾病和衰老中肌肉再生潜能的努力的一步。