健康的线粒体，这些微小的细胞结构常被高中生物老师誉为“细胞的动力源”，是人体产生能量的必需品——但新的研究支持这样一种观点，即它们不仅仅是三磷酸腺苷 (ATP) 泵送机器。大约十年来，科学家们一直在尝试移植这些微小的细胞器来治疗受损的心脏和其他组织，并且他们在人体试验中看到了一些成功的结果。但是，线粒体在愈合过程中所起的作用仍然是一个谜。
“有一个基础科学的完整领域正在恳求，就像，‘请，请，请来这里探索一下，’”纽约州曼哈塞特范斯坦医学研究所的复苏医学研究员 Lance Becker 说。
在最近一项于 3 月 16 日发表在《BMC Medicine》杂志上的大鼠研究中，Becker 和他的同事发现，心脏骤停复苏后，单次将线粒体注射到血管中可以提高生存率和神经系统预后。注射后仅 15 分钟内，研究人员就观察到大鼠乳酸和葡萄糖水平的改善——这些生物标志物与组织愈合和神经功能恢复有关——并发现证据表明，其中一些线粒体到达了大脑。该研究的作者还在其他几个器官（如肾脏）中发现了移植的线粒体，这表明细胞器已从注射部位移动并被全身各处的各种组织吸收。
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“他们能够将其导入神经细胞，这太棒了，”波士顿儿童医院心脏外科研究员 James McCully 说，他没有参与这项研究。他补充说，在他过去的工作中，他没有看到线粒体从注射部位移动如此之远。“这是一个巨大的进步，如果这种全身应用能够转化为更大的动物模型，那就太好了，”McCully 说。
在人类中，心脏骤停在 90% 的病例中是致命的，而幸存下来的 10% 的人通常有神经损伤。McCully 说，注射的线粒体可以到达动物大脑的证据“为患有神经缺陷和神经外伤[头部和脊柱损伤]的患者开辟了一个全新的治疗领域”。
在线粒体移植过程中，从未受伤的肌肉中获取细胞器，并将其注射到受损组织附近或血管中。血液将功能性线粒体输送到组织，在那里它们被吸收，然后加速愈合过程。虽然增加可获得的能量（以 ATP 的形式）可能有助于身体愈合，但 Becker 怀疑这些细胞器可能也在以另一种方式发挥作用。他说，新的线粒体也可能发出信号，触发细胞修复、改变代谢或协调现有宿主线粒体的活动。
一些关于线粒体移植的最早研究始于波士顿儿童医院的动物模型，研究人员在那里注意到，无法正常愈合的心脏组织通常含有带有受损线粒体的细胞。由于直接修复现有受损细胞器是不可行的，McCully 和他的同事决定尝试引入健康的线粒体来接管能量产生并启动修复。在猪的实验之后，2015 年，McCully 和波士顿儿童医院的心脏外科医生 Sitaram Emani 对在心脏手术后出现罕见并发症且无法通过现有治疗方法解决的婴儿进行了首次人体试验。在三年和 12 名患者的过程中，该技术恢复了八名婴儿心脏的健康心脏功能。
该疗法的一大谜团是，功能性线粒体本身是否直接对恢复结果负责，或者其他蛋白质和分子（如构成线粒体的脂质和碳水化合物）是否会产生影响。为了揭示线粒体注射后会发生什么，Becker 和他的团队诱导 33 只大鼠心脏骤停 10 分钟，然后对其进行复苏。在心脏骤停期间，动物因全身（包括大脑）缺氧和营养而遭受组织损伤。
然后，Becker 和他的团队将三种溶液之一注射到大鼠后腿的静脉中：来自供体大鼠的新鲜分离的线粒体、来自供体大鼠的冷冻和解冻的线粒体或不含线粒体的缓冲溶液。Becker 解释说，冷冻线粒体溶液包含与细胞器相同的蛋白质、DNA 和碳水化合物，但由于冷冻损伤，线粒体本身不再具有完整的功能。如果这些注射也能帮助大鼠愈合，则表明是线粒体的组成部分，而不是工作的线粒体本身，在驱动恢复过程。
该团队发现，与其他两组相比，当动物接受新鲜线粒体输注时，大鼠的生存率显着提高。心脏骤停三天后，接受新鲜线粒体的 11 只大鼠中有 10 只仍然存活，而接受另外两种混合物之一的每组 11 只大鼠中只有 6 只存活了那么长时间。此外，接受新鲜线粒体的大鼠比其他组的动物具有更好的神经功能和脑血流量。
Becker 的团队还用荧光染料标记了一些移植的线粒体，并在手术后 24 小时在老鼠的大脑、肾脏和脾脏中发现了它们。但该团队不知道它们从血液到这些位置的具体路径。
Christoph Maack，德国维尔茨堡大学医院研究心力衰竭细胞缺陷的学者，对尽管有新的研究，但这种移植可以将功能性线粒体引入细胞持怀疑态度。“有很多研究表明该方法的好处，但我们不相信这些好处可以通过 线粒体 进入细胞并在那里发挥作用来实现，”他说。2020 年，Maack 进行了一项研究，表明在线粒体进入心肌之前，由于细胞外化学环境中的钙超载，它们会在血液中膨胀和破裂。
随着研究人员继续探索线粒体移植有效性背后的机制，许多人也在向前迈进，以发现该技术可以发挥作用的更多领域。自从最初对婴儿进行线粒体移植以来，其他实验室已经开始在人类身上进行试验，包括中风患者。根据 Emani 的说法，“我们下一个真正的机会将是在[器官]移植领域。”他和他的同事旨在获得美国食品和药物管理局的批准，以测试线粒体如何复苏收获的器官，否则这些器官将被认为不适合移植到另一个人体内。
对于线粒体移植治疗心脏骤停和中风等需要尽可能快速治疗的常见疾病，等待受过专门训练的科学家从人的肌肉中提取线粒体并准备好输注可能不切实际。相反，Becker 设想医院可能会维护一个线粒体库，类似于血库，其中包含来自志愿捐赠者的随时可用的细胞器。Becker 说，目前尚不清楚什么标准会使一个人成为好的线粒体捐赠者，但细胞器可以从培养皿中培养的实验室生长的细胞中产生。
“理想情况下，我们希望拥有一个在每家医院都能生长的线粒体细胞来源，”Becker 说。