科学家观察到线粒体在细胞边缘移动

与我们的器官不同，线粒体等细胞器并非固定在某个位置，但细胞器何时、何地、如何以及为何移动仍不清楚。

　　

与人体器官不同，细胞器（例如线粒体）并非固定在某个位置，但细胞器何时、何地、如何以及为何移动仍不清楚。12月18日发表在Cell Press旗下期刊《生物 物理学杂志》（Biophysical Journal）上的一项研究 表明，当胰岛β细胞（产生胰岛素的细胞）暴露于高浓度葡萄糖时，其线粒体会向细胞边缘移动。这种线粒体迁移可能在调节胰岛素分泌中发挥作用，因为β细胞的线粒体负责感知葡萄糖水平。 

通讯作者、圣路易斯华盛顿大学生物物理学家 Shankar Mukherji说：“细胞器并非静止不动；它们始终处于运动状态，彼此之间相互交流。我们的研究结果强调了细胞的组织结构可能在细胞功能中发挥着重要作用，即使在一些你意想不到的情况下也是如此。 

线粒体通过分解葡萄糖产生ATP，为细胞活动提供能量。先前的研究表明，神经元会主动将线粒体定位在轴突和树突中，这些部位远离细胞中心，需要大量能量才能正常运作。但神经元在细胞形状和大小方面属于极端情况，而对大多数其他细胞类型的研究表明，线粒体的分布似乎是随机的。因此，研究人员惊讶地发现，在胰岛β细胞中，线粒体似乎会根据葡萄糖的供应情况向细胞边缘移动。 

Mukherji说：“胰岛β细胞相对简单紧凑，它们不像神经元那样形状奇特，所以当我们偶然发现这种模式时，我们感到有些惊讶。” 

研究人员用荧光染料标记实验室培养的胰腺细胞的线粒体，然后将细胞暴露于低浓度和高浓度葡萄糖（2.5 mM 和 25 mM；正常血糖水平在 3.9 至 5.6 mM 之间）中，并在显微镜下拍照。当他们统计细胞不同部位的线粒体数量时，发现暴露于高浓度葡萄糖的细胞边缘线粒体密度更高。 

为了探究这种模式背后的机制，研究人员使用化学物质干扰了不同的细胞功能。他们发现，抑制ATP的产生并不影响线粒体的分布，这表明线粒体的运动并不依赖于线粒体的功能。然而，当他们破坏细胞的微管（构成细胞骨架的蛋白质）时，即使在高葡萄糖条件下，向细胞边缘移动的线粒体数量也会减少。同样，抑制cAMP（一种促进线粒体沿微管运动的信号分子）也会导致位于细胞边缘的线粒体数量减少，即使葡萄糖浓度很高。 

通过将这些发现纳入计算模型，研究人员表明，线粒体通过与微管结合来响应葡萄糖而重新分布自身，从而使其能够比平时更快、更有目的地移动。 

“当线粒体与微管结合时，它们向边缘移动的速度会加快，我们认为边缘导向运输最终是由葡萄糖触发的，”Mukherji说。 

在β细胞中，线粒体也参与胰岛素的分泌。β细胞不断从血液中吸收葡萄糖并将其转化为ATP。当β细胞内的ATP水平达到一定阈值时，会触发钙离子流入细胞，进而启动胰岛素的分泌。 

研究人员目前正在测试葡萄糖诱导的线粒体运动变化是否与胰岛素分泌直接相关。他们还计划开发拍摄线粒体运动过程的方法。 

“线粒体位于连接葡萄糖和胰岛素分泌的枢纽位置，”穆克吉说。“证明胰岛素分泌本身取决于线粒体在细胞中的位置，对于理解这与β细胞的生理功能有何关联，以及了解疾病中哪些环节可能出现问题至关重要。” 

这项研究得到了美国国立卫生研究院的资助。