让人惊讶!最新研究发现人体血液中居然存在无细胞线粒体

【字体: 时间:2020年02月10日 来源:生物通

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  这种功能正常的呼吸细胞器似乎存在于健康人的血液中,但其功能尚不清楚。

  

大约在20亿年前的某个时间里,蓝细菌滑入一个更大的细胞内,开始在那里产生能量,并成为今天我们所知的不可缺少的细胞器——线粒体。

但是,这个古老的故事现在有了新的转折。根据最近的一项研究报道,科学家们已经检测到细胞外的细胞器,在健康人的血液中漂流,发挥了正常的功能。研究人员提出,独立的线粒体可能被细胞释放,用于信号传递,不过还需要更多的工作来验证这一假设。

这一发现公布在The FASEB Journal杂志上。

哥伦比亚大学生理学家Martin Picard(未参与该项研究)说“这是非常令人兴奋。 。 。 。我认为总体看这项研究的新证据,能确定是是线粒体。我认为还有很多工作要做。 。 。看看它们是否发挥职能作用,”

从漂流的DNA到漂流的线粒体

这些发现是由法国国立卫生与医学研究所的癌症研究人员Alain Thierry领导的一项多年项目的结果。大约七年前,他和他的同事们研究无细胞线粒体DNA(之前研究证明它们存在人体循环系统中)如何作为癌症的潜在诊断标记。

研究人员注意到健康人血浆中提取的某些无细胞线粒体DNA片段似乎比无细胞核DNA片段更长,并且对降解具有更强的抵抗力,这些无细胞核DNA片段在循环系统中会漂移,该团队成员对此产生了兴趣。他们认为,如果来自线粒体的无细胞DNA比来自细胞核的DNA更稳定,那么它可能被某种保护结构所包裹。

为了找出答案,他们仔细观察了80位健康个体的血浆。他们使用PCR,凝胶电泳和全基因组测序在内的一系列技术,鉴定了两种不同的无细胞线粒体DNA群体:一种由小的降解片段组成,另一种则由明显长的DNA链组成。他们发现,后者实际上是线粒体基因组的全长副本,这支持了将其包含在某种包装中的理论,否则它将降解为更小的片段。

然后,研究小组决定看看线粒体蛋白是否与DNA相关。可以肯定的是,他们使用凝胶电泳发现了已知存在于完整线粒体中的蛋白质,例如转运蛋白和位于线粒体内外膜中的酶。

接下来,研究人员使用荧光线粒体标记物,在显微镜下观察到五个健康个体的血浆中出现了细胞器本身,这一现象得到了电子显微镜的证实。最后,研究人员进行了一项从12个人的血浆中提取的细胞器耗氧量的检测,这是为了查看它们是否具有产生能量的呼吸过程。

总体来说,这些结果表明健康血液中自由漂浮的线粒体实际上在起作用,是呼吸细胞器。研究小组估计,每毫升血浆中可能存在20万至370万无细胞的完整线粒体。

体外线粒体

先前的一些报道表明线粒体可以存在于细胞外部。 2014年的一项研究表明,血小板被激活后可以释放功能性线粒体,例如,当它们响应血管损伤而启动凝血级联时。

Thierry的研究首次表明,自由漂浮的线粒体可以在健康个体的血液中循环,并且在正常情况下无需特别激活血小板。他的小组还进行了其他实验,确保他们的观察不是由于血小板意外激活引起的。

此外,他们培养了几种人类癌细胞和非癌细胞系,结果再次在培养基中发现了线粒体漂浮,这表明血小板以外的多种细胞类型都能够将线粒体释放到其环境中。

Thierry对线粒体可能在血液中循环并不感到特别惊讶。他说:“细菌在感染时会在血液中循环。”因此,来自细菌的线粒体也可以做到这一点,这并非不可想象。

自由漂浮线粒体的功能

Kornmann和Picard并不完全相信细胞器实际上功能齐全,Thierry和他的小组进行的耗氧量分析中,尽管可能性不大,但他们的观察结果可能是由于完整细胞的线粒体意外污染了制剂而引起的,Kornmann指出。他希望看到更多的实验来消除这种可能性。另外,他好奇地想知道线粒体是否正在从细胞中主动释放,或者“仅仅是细胞以一种不受控制的方式死亡并释放碎片?”

Thierry说,他认为线粒体更有可能被某些处于功能状态的细胞主动释放,而细胞器也许起了信号传导的作用。他解释说,例如,一种可能是细胞可以释放线粒体,然后被其他受损且需要它们的细胞吸收。

Picard同意这是可能的。实际上,一些实验已经发现干细胞可以释放线粒体以挽救受损的细胞,并且线粒体已显示从一个相邻细胞转移到另一个。身体的某些部分可能会产生线粒体并将其释放到血液中,以便受损组织可以使用它们,就像葡萄糖存储在细胞内但在血液中循环一样。 “在生物学中,很少有事件无理由的发生。我认为循环线粒体很可能发挥功能性作用,”但还需要更多的研究来验证。

Riley推测某些细胞可能释放线粒体作为炎症信号。他说,如果真是这样,他很想知道患有某些疾病(例如癌症)的人的血液中是否具有较高的功能线粒体。 “如果事实证明,癌症患者血液中这些线粒体增加了。 。 。这可能是早期发现癌症的一种方式。”

Thierry计划在未来的研究中探索将线粒体用作诊断性生物标志物的可能性。他说:“我们正在研究线粒体是否可能是癌症的生物标志物。”

原文标题:

Z.A.A. Dache et al., “Blood contains circulating cell-free respiratory competent mitochondria,” The FASEB Journal, doi:10.1096/fj.201901917RR, 2020.

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