PNAS颠覆传统认知，发现细胞垃圾处理新方式

　　

生物通报道  人们普遍认为，细胞会降解及回收利用自身老化或受损的细胞器。然而来自加州大学圣地亚哥医学院、约翰霍普金斯大学医学院和Kennedy Krieger研究所的研究人员现在发现，某些神经元将不需要的线粒体转移给了称作为星形胶质细胞的支持性神经胶质细胞进行处理。

发表在6月17日《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上的这些研究发现表明，或许需要对某些基础生物学原理进行修改，它们还有可能增进我们对于许多神经退行性疾病和代谢疾病的认识，改善这些疾病的治疗。

“传统的观点认为细胞必定会降解自身的细胞器，它对此提出了异议。我们还不知道这一过程在整个大脑的普遍程度，但我们的研究工作表明其有可能是广泛存在的，”加州大学圣地亚哥医学院国家显微镜检查与成像研究中心(NCMIR)主任、著名神经科学教授Mark H. Ellisman博士说。Ellisman与约翰霍普金斯大学神经科学系、Kennedy Krieger研究所的Nicholas Marsh-Armstrong博士是这一研究的共同资深作者。

Marsh-Armstrong说：“发现垃圾从神经元传递至神经胶质细胞的标准过程，对于了解年龄相关脑功能衰退和神经退行性疾病、代谢性疾病有可能极为重要。我们期望也能够对其他的生物医学领域产生重大的影响。”

研究人员特别检测了小鼠视网膜神经节细胞的轴突——这类神经元细胞负责将视觉信息从眼睛传递至大脑。Marsh-Armstrong在研究青光眼小鼠模型时发现眼后视神经乳头(ONH)有来自视网膜的蛋白质产物累积，由此促使研究者展开了这项调查研究。

在视神经乳头处神经节细胞轴突离开眼睛形成通向大脑的视神经。结合Ellisman与Marsh-Armstrong实验室开发的先进的显微镜和分子技术，他们发现视网膜神经节细胞中的线粒体散布于视神经乳头上。这些线粒体被邻近的星形胶质细胞吸收和降解。星形胶质细胞是脊椎动物神经系统中最丰富的神经胶质细胞，其建立了神经细胞和大脑血供之间的联系。

这一研究发现反驳了所有细胞均通过一种称作为自噬（autophagy）的过程，在内部分离、降解和清除受损材料的普遍认知。当自噬过程涉及到线粒体时，科学家们将之称为线粒体自噬（mitophagy）（延伸阅读：中科院Cell Res发表线粒体自噬综述文章）。Marsh-Armstrong、Ellisman和同事们将他们发现的这一过程称作为“跨细胞线粒体自噬”（transmitophagy）。

这些惊人的研究发现还留下了一些问题尚待解答。例如，在视神经乳头处清除的线粒体只来源于定位在从眼睛到大脑的长传导神经纤维中的细胞群，或有某些是从视网膜主动运送而来？

Ellisman说，这些研究结果有可能增进我们对于各种疾病的认识，或许最终促使改善治疗。“线粒体在轴突的健康中起着重要的作用，轴突是神经元连接和信息传递的基础。应当优先进一步探讨在跨细胞线粒体自噬过程中发生的事件，以及这一现象发生缺陷是否促成了神经元功能障碍或疾病。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Transcellular degradation of axonal mitochondria

It is generally accepted that healthy cells degrade their own mitochondria. Here, we report that retinal ganglion cell axons of WT mice shed mitochondria at the optic nerve head (ONH), and that these mitochondria are internalized and degraded by adjacent astrocytes. EM demonstrates that mitochondria are shed through formation of large protrusions that originate from otherwise healthy axons. A virally introduced tandem fluorophore protein reporter of acidified mitochondria reveals that acidified axonal mitochondria originating from the retinal ganglion cell are associated with lysosomes within columns of astrocytes in the ONH. According to this reporter, a greater proportion of retinal ganglion cell mitochondria are degraded at the ONH than in the ganglion cell soma. Consistently, analyses of degrading DNA reveal extensive mtDNA degradation within the optic nerve astrocytes, some of which comes from retinal ganglion cell axons. Together, these results demonstrate that surprisingly large proportions of retinal ganglion cell axonal mitochondria are normally degraded by the astrocytes of the ONH. This transcellular degradation of mitochondria, or transmitophagy, likely occurs elsewhere in the CNS, because structurally similar accumulations of degrading mitochondria are also found along neurites in superficial layers of the cerebral cortex. Thus, the general assumption that neurons or other cells necessarily degrade their own mitochondria should be reconsidered.