《FEBS Open Bio》：From energy provision to protein synthesis: Tunnelling nanotubes as mediators of intercellular metabolic cooperation in cancer
隧道纳米管（TNTs）是薄的细胞间膜性结构，可在远距离细胞间建立直接的胞质通讯。自二十年前被发现以来，TNTs已在大量生理及病理场景中被鉴定出来，其中包括癌症——在肿瘤进展中，TNTs参与代谢协作、应激适应与治疗抵抗。本文总结了当前对TNTs结构特征、分子特征及其所转运货物的认知，这些货物涵盖核酸、蛋白质、细胞器、病原体及药物。同时讨论了支撑TNT生物发生与货物运输的细胞骨架及马达蛋白机制。研究人员特别关注了线粒体转移及其在细胞间代谢协作或寄生中的作用、mRNA转移及其在受体细胞中的功能效应，以及提示存在细胞间蛋白质合成协作的核糖体转移现象。总体而言，尽管自二十余年前TNTs被鉴定以来研究人员已取得诸多进展，该领域仍存在大量待解答的问题与待发现的科学规律。
隧道纳米管的结构与分子特征
隧道纳米管是薄的、由肌动蛋白增强的、开放末端的细胞间膜管，介导远距离细胞间的直接胞质交换。其长度通常为数百纳米至100μm，形成于细胞培养基底上方，直径随细胞类型不同而存在差异。TNTs可大致分为两类：薄且短寿命的肌动蛋白为基础的结构，以及更厚、更稳定的含微管TNTs。薄型TNTs直径范围为20至700nm，厚型TNTs直径可超过700nm。含微管的厚型TNTs常在应激条件下诱导产生，在包括线粒体在内的细胞器转移中发挥重要作用。已发表的胶质瘤研究中，尤其是胶质母细胞瘤研究，常用肿瘤微管（TMs）这一术语来描述直径约1μm、长度超过500μm的长膜突起，这类结构将肿瘤细胞连接为多细胞网络。
近期高分辨率成像技术的发展显著细化了研究人员对TNT超微结构的认知。对来自Cath.a细胞的神经元儿茶酚胺能细胞系（CAD细胞）进行的关联冷冻电镜研究显示，看似单一的TNT实际上可能是单个隧道纳米管（iTNTs）的束状集合，每个iTNT都有自身独立的质膜包裹。在这些iTNTs内部，研究人员观察到囊泡、溶酶体和线粒体沿管腔单向移动，而相邻的iTNTs常呈反向平行排列。此外，相邻iTNTs之间的薄连接子对N-钙粘蛋白呈阳性标记，提示粘附分子在维持TNT束稳定性中具有作用。TNT的细胞骨架支架具有异质性且高度依赖所处环境。肌动蛋白丝被认为是TNT的经典结构组分，但在部分细胞类型中，TNTs也含有微管。PC12细胞中的TNT最初被描述为仅含F-肌动蛋白，而在不同培养条件下，后续研究报道PC12细胞中的所有TNT均同时含有F-肌动蛋白和微管。中间丝蛋白如细胞角蛋白也被证实参与TNT结构组成。尿路上皮癌细胞系T24中更长且更稳定的纳米管被描述为在其基部同时含有肌动蛋白和细胞角蛋白丝，但随着其延伸，肌动蛋白丝逐渐丢失，仅剩细胞角蛋白作为定义性结构组分；该研究将这类结构命名为II型TNTs，并与更短、更具动态性的肌动蛋白为基础的I型TNTs相区分。类似地，研究人员在胰腺癌细胞系中检测到TNTs内存在细胞角蛋白-19，近期在患者来源的胰腺导管腺癌活检样本体外扩增培养中也观察到了这一现象。
与肌动蛋白丝和微管在TNT生物学中的不同结构作用一致，药理学研究显示破坏这两类细胞骨架系统会产生不同的功能结果。已发表的研究一致报道，微管解聚剂诺考达唑处理不会完全阻断TNT形成，这支持了不依赖微管即可形成的肌动蛋白为基础TNT的存在。然而，诺考达唑或长春新碱等试剂诱导的微管解聚可通过破坏微管依赖性运输，损伤TNT介导的线粒体转移。相比之下，细胞松弛素B、细胞松弛素D、拉春库林A和拉春库林B等靶向肌动蛋白的试剂，通过破坏肌动蛋白聚合持续抑制TNT形成，从而减少细胞质货物和细胞器（包括线粒体）的细胞间转移，限制代谢支持并增加应激条件下癌细胞对治疗的敏感性。拉春库林B或细胞松弛素D对肌动蛋白聚合的破坏会导致TNT丢失并阻断细胞器转移。类似地，细胞松弛素D减少了原代骨髓瘤细胞与骨髓间充质基质细胞之间的TNT形成和线粒体转移，从而降低多发性骨髓瘤细胞的基质细胞介导的耐药性。此外，一种此前被证明通过靶向丝束蛋白（一种参与丝状伪足和其他突起结构形成的肌动蛋白成束蛋白）抑制肿瘤细胞迁移、侵袭和转移的迁移抑素合成类似物，后续被发现可抑制恶性胸膜间皮瘤细胞的TNT形成及癌细胞迁移。
基于现有文献及研究人员自身经验，需要指出的是，直接使用破坏肌动蛋白细胞骨架网络的化学试剂的实验通常无法直接评估肌动蛋白在运输过程本身中的具体作用，因为这些试剂往往导致TNT形成被完全抑制，同时伴随实验所用细胞的形态和功能发生剧烈改变。
TNT的形成
TNT形成与细胞运动性和细胞骨架重塑密切相关，目前已提出两种机制模型。第一种是肌动蛋白驱动模型，涉及一个细胞主动伸出丝状伪足样突起，随后与另一个细胞的质膜融合，从而建立TNT。在第二种模型中，两个存在细胞间连接的相邻细胞相互远离，拉伸其质膜形成系带，进而发育为TNTs。
尤其作为潜在治疗靶点备受关注的是允许生长的TNT附着于靶细胞以及两个细胞膜融合的特定分子。连接蛋白43被证实参与调控乳腺癌细胞中的TNT形成，但其在TNT形成中的确切作用仍不明确。现有证据表明，四跨膜蛋白CD9和CD81调控TNT形成，其中CD9似乎促进TNT稳定，而CD81似乎是新生TNT中高效囊泡转移所必需的，可能通过促进与相对细胞的相互作用或融合实现，这一作用见于骨肉瘤和神经母细胞瘤细胞。同一研究在TNT蛋白质组中鉴定出多种细胞粘附分子，它们可能是TNT附着/融合因子的候选分子，但作者指出“TNT组与整合素粘附复合物及共识粘附组的重叠仅为部分重叠”，因此这些蛋白在TNT中的功能尚不明确。由于TNT组样本是通过机械解离制备的，粘附复合物的部分组分可能仍与细胞相关联，因此在分离的TNT组分中代表性不足。
参与TNT生物发生的重要蛋白包括小GTP酶RalA、Rac1和Cdc42，它们协调M-Sec/外囊复合体依赖的膜重塑和参与TNT形成的肌动蛋白驱动的突起动力学。M-Sec（TNFAIP2）是一种定位于TNT样结构的哺乳动物蛋白，在大量膜突起的从头形成中起关键作用，且M-Sec诱导的TNTs被证实含有肌动蛋白丝但不含微管。此外，M-Sec通过与小GTP酶RalA和外囊复合体相互作用促进膜纳米管形成。TNT形成还需要Rho蛋白家族成员Cdc42和Rac1的活性及差异定位。综上，Ras/Rho GTP酶信号已被证实参与TNT介导的细胞间通讯，其抑制会显著减少免疫细胞与癌细胞之间、巨噬细胞之间以及衰老人类原代成纤维细胞之间的纳米管形成。除GTP酶外，表皮生长因子受体激酶底物8（EPS8）和胰岛素受体酪氨酸激酶底物蛋白（53kDa）（IRSp53）也被证实协同促进线性肌动蛋白聚合，从而支持隧道纳米管形成。当用CK-666抑制启动分支肌动蛋白丝形成的Arp2/3复合体时，EPS8与IRSp53之间的相互作用增强，同时TNT形成增加，这支持了EPS8和IRSp53通过线性肌动蛋白聚合参与TNT生物发生的观点。
TNT介导转运的分子机制
为理解TNT介导的细胞间转移如何影响细胞行为，揭示货物通过隧道纳米管运输的分子机制至关重要。
就细胞器运动而言，研究主要聚焦于马达蛋白及其衔接蛋白。对于肌动蛋白为基础的运动，候选马达蛋白主要是肌球蛋白。哺乳动物中已鉴定出近40种不同的肌球蛋白基因，参与包括细胞器运输、有丝分裂和细胞运动性在内的多种细胞过程。对TNTs的最早描述即鉴定到这些结构中存在肌球蛋白Va，提示存在主动的、马达依赖的细胞器运输而非被动扩散。后续研究表明，TNT的细胞骨架组成决定了运输的方向性和动力学：含肌动蛋白的TNTs似乎支持囊泡和细胞器的单向、肌动球蛋白依赖的运输，而含微管的TNTs可实现更复杂的、常为双向的货物运动。肌球蛋白X被证实参与TNT形成和突起行为，而肌球蛋白Va、VI和VIIa已在含F-肌动蛋白的TNTs中被检测到，支持肌球蛋白介导囊泡货物运输的作用。更进一步的机制见解来自肌球蛋白XIX（Myo19）的鉴定，该马达蛋白可直接与衔接蛋白Miro1/RHOT1和Miro2/RHOT2相互作用。
除肌动蛋白为基础马达外，微管依赖性运输可能参与含微管的较厚TNTs中的货物运动。在此类TNTs中，微管可为线粒体和囊泡货物的长距离运动提供轨道，其中驱动蛋白通常支持向微管正端的运输，而胞质动力蛋白介导向微管负端的运动。尿路上皮细胞和B淋巴瘤细胞中的近期研究进一步支持了这一假说，显示TNTs可包含由肌动蛋白丝、中间丝和微管组成的复合细胞骨架结构，并可结合肌球蛋白、动力蛋白和驱动蛋白家族的马达蛋白。驱动蛋白家族成员5B（KIF5B）被证实是尿路上皮TNTs中线粒体运动的微管为基础马达，其功能抑制或敲低已被证实可减少心肌细胞-肌成纤维细胞和B细胞淋巴瘤纳米管中的线粒体运输。
分子马达需要衔接蛋白将货物偶联到细胞骨架运输机器上。其中研究最充分的是Rho家族的Miro GTP酶——Miro1/RHOT1和Miro2/RHOT2，它们调控线粒体动力学并将线粒体连接到沿微管的驱动蛋白和动力蛋白为基础的运输。TRAK衔接蛋白通过将Miro相关的线粒体连接到驱动蛋白-1和动力蛋白-动力蛋白激活复合物，进一步参与这一机制，从而实现沿微管的双向运动。线粒体Rho GTP酶Miro1被证实参与细胞间线粒体运输，其在间充质干细胞中的过表达增强了线粒体向内皮细胞的转移并促进上皮修复，而其敲低则消除了这种保护作用；与此一致的是，在癌相关间充质基质细胞中敲低Miro1可阻止线粒体向卵巢癌细胞转移，并消除线粒体缺乏的肿瘤细胞增殖和化疗耐药的恢复。研究还进一步显示Miro1可直接与Myo19尾部的C端区域相互作用，从而支持HeLa细胞中的线粒体转移。综上，这些发现表明Miro/RHOT蛋白协调肌动蛋白和微管为基础的线粒体运输，也可能参与细胞间线粒体转移。在癌症中，这一概念的进一步证据显示，癌细胞通过TNTs向成纤维细胞转移线粒体（无论是在体外还是异种移植模型中）依赖于Miro2/RHOT2，并促进前致瘤性癌相关成纤维细胞表型的获得。
炎症、代谢和化疗应激对TNT形成的诱导
隧道纳米管的形成可被多种病理应激源刺激。促炎条件（如肺损伤和革兰氏阴性菌内毒素暴露）可促进其形成。越来越多的证据表明，病毒感染可诱导不同细胞模型中的TNT或类TNT结构形成，提示TNTs可能作为一种共享的应激诱导机制，实现病原体在细胞间的传播。巨噬细胞、上皮细胞和胎盘滋养层细胞的研究显示，HIV-1、SARS-CoV-2、寨卡病毒、甲型流感病毒和疱疹病毒可促进TNT或类TNT结构形成，共同结果是促进病毒在相连细胞间的细胞间传播。综上，TNT介导的病毒传播可使病毒免受细胞外免疫监视、中和抗体和抗病毒药物的影响，这凸显了TNTs作为潜在重要治疗靶点的价值，也强调需要进一步阐明这种细胞间传播模式的潜在机制。
代谢、微环境和治疗相关应激被一致认为是多种癌症模型中TNT形成的主要驱动因素。在恶性胸膜间皮瘤中，营养剥夺、高血糖和细胞外酸中毒促进TNT形成以及囊泡、蛋白质和线粒体的双向转移；而在前列腺癌中，雄激素受体阻断和代谢应激以肿瘤选择性方式增加TNT形成。类似地，缺氧刺激化疗耐药卵巢癌细胞中的TNT形成，氧化应激增加星形胶质细胞间的类TNT细胞间连接，且在胶质母细胞瘤相关系统中这一效应更为显著。综上，这些发现提示多种形式的细胞应激促进一种以肌动蛋白依赖的膜重塑和隧道纳米管形成增加为特征的共有反应。
抗癌治疗后也观察到类似的模式，支持TNTs参与治疗适应的观点。在细胞毒性药物中，多柔比星以剂量依赖性方式诱导胰腺癌细胞形成TNTs，并促进胰腺癌和卵巢癌模型中的细胞间药物再分布。在乳腺癌细胞中，5-氟尿嘧啶诱导TNT形成并促进线粒体交换，这与治疗应激下的存活作用一致。在胰腺导管腺癌中，甚至低于IC50剂量的吉西他滨也会增加TNT形成。近期，研究人员在U87 MG胶质母细胞瘤细胞中检测了化疗药物对TNT网络的影响；尽管替莫唑胺和阿糖胞苷未显著改变TNT网络，但该研究提示TNT介导的细胞间通讯可能在这些药物治疗下持续存在。结合上述研究，这些观察结果支持TNTs是应激诱导的管道，使细胞群能够重新分配药物并交换支持性货物作为一种救援机制，从而维持细胞存活。在癌症中，这可能转化为代谢可塑性、微环境重塑和治疗敏感性降低，使TNTs成为潜在的极具吸引力的治疗靶点。
隧道纳米管介导的细胞间转移中的货物多样性与选择性
隧道纳米管已被证实介导多种货物的细胞间交换，包括核酸、蛋白质、小分子、细胞器和病原体。Rustom及其合作者的开创性研究描述了PC12细胞中酸性细胞器经TNTs的选择性转移，而绿色荧光蛋白（GFP）和荧光螯合剂钙黄绿素等小分子量可溶性标志物未被观察到通过这类结构，提示存在一定程度的货物选择性。在这一开创性观察后不久，研究人员在内皮祖细胞和心肌细胞之间通过类TNT连接观察到线粒体转移，随后在人类单核细胞来源的巨噬细胞中观察到晚期内体和溶酶体的双向运输。在多种细胞环境中，TNTs内部已检测到囊泡货物，包括人类单核细胞来源巨噬细胞中的内体、内质网和高尔基体组分，以及基质细胞与慢性髓系白血病细胞之间的囊泡转移。
与Rustom及其同事最初提出的“TNTs允许较大细胞结构通过而排除较小分子”的观点相反，后续研究表明TNTs也可介导功能重要的膜蛋白的细胞间转移，包括免疫细胞中GPI锚定蛋白和主要组织相容性复合体（MHC）I类分子，以及HeLa细胞中的MHC I类分子。TNTs已被证实介导多种功能重要蛋白的细胞间转移，包括MCF-7乳腺癌细胞中的多药耐药蛋白P-糖蛋白和致癌KRAS蛋白。积累的证据表明TNTs与核糖体相关组分的细胞间存在相关。在血清剥夺的CAD细胞的激光捕获显微切割突起中鉴定到核糖体蛋白，近期研究报道在TNT相连的骨肉瘤和胰腺癌细胞中存在RNA相关核糖体蛋白。这些研究凸显了它们在维持细胞间翻译能力方面的潜在作用。
核酸和病原颗粒是TNT货物的另一大类。microRNA已被证实在癌细胞之间转移。病毒RNA、细胞mRNA和核糖体5.8S rRNA也在TNTs中被鉴定到。TNTs介导的mRNA和核糖体转移及其意义将在“癌症中RNA和核糖体的水平转移”部分详细讨论。
TNT介导的病原体传播已在多种场景中被观察到，包括HIV-1从感染T细胞向未感染T细胞的传播、SARS-CoV-2从易感上皮细胞向非易感神经元的传播，以及寨卡病毒颗粒连同蛋白质、线粒体和RNA向未感染胎盘滋养层细胞的转移。类似地，也已证实朊病毒通过TNTs从骨髓来源的树突状细胞向原代神经元传播。在最小尺度上，TNTs还被证实介导低分子量货物的细胞间转移，包括离子和化疗药物。例如，据报道IP3诱发的Ca2+信号可通过TNT连接在培养哺乳动物细胞间传播，蒽环类化疗药物多柔比星被证实在相连的胰腺腺癌细胞之间和卵巢癌细胞之间经TNTs重新分配。
经TNTs的线粒体转移调节癌症中的能量代谢
线粒体是进化上独特的半自主性细胞器，拥有自身的基因组，对有氧能量代谢至关重要，其中氧化磷酸化将电子传递与ATP合成相偶联，从而维持细胞ADP/ATP平衡。线粒体还参与脂肪酸代谢、肝脏生酮、铁硫簇和生物蝶呤合成、氧化还原信号传导、钙稳态和凋亡。除在正常和癌细胞代谢中的基本作用外，线粒体已成为健康组织和肿瘤微环境中细胞间通讯的可转移细胞器，其交换主要通过隧道纳米管或微管样突起以及细胞外囊泡发生，且通常被认为是由细胞骨架重塑、马达蛋白、膜动力学和应激反应信号驱动的主动、受调控过程。
最早开展的TNT相关研究确立了两个重要原则：第一，线粒体可从细胞转运至细胞；第二，这种转移对受体细胞具有功能影响。来自心肌细胞和内皮祖细胞共培养的直接视觉证据表明，MitoTracker标记的线粒体通过纳米管样连接移动，首次证明了线粒体可通过此类结构在哺乳动物细胞间运输。此后不久，来自干细胞或体细胞的供体线粒体被证实可恢复缺乏功能性线粒体的哺乳动物受体人A549肺腺癌细胞的有氧呼吸，将线粒体转移的概念从描述性观察转变为具有生物学意义的救援过程。研究还显示，在神经元和轴突中，线粒体不一定仅作为孤立细胞器运输，也可能与mRNA共运输。
越来越多的研究证实，细胞间转移的线粒体可通过增加ATP生成、增强或恢复线粒体呼吸、提高基础呼吸和备用呼吸能力以及促进应激抵抗，对受体细胞产生功能性影响。在癌症中，水平线粒体转移支持肿瘤进展，并与增强存活、代谢可塑性、应激抵抗、致瘤潜力恢复、迁移和侵袭能力增加以及化疗耐药相关。细胞间线粒体转移已被证实发生在癌细胞与内皮细胞、间充质干细胞、骨髓基质细胞、星形胶质细胞、癌相关间充质干细胞、癌相关神经元、癌相关成纤维细胞和免疫细胞之间。
非恶性及损伤相关研究也显示，隧道纳米管可介导完整线粒体的转移。由于TNTs在供体和受体细胞之间提供直接的物理连续性，其为大型货物（包括细胞器）的靶向和潜在定向运动提供了途径。在健康或损伤相关系统中，这种模式转移最常与应激细胞救援、线粒体受损细胞修复和免疫细胞吞噬活性增强相关。将该概念延伸至治疗场景，非恶性骨髓基质细胞被证实可与CD8+T细胞建立纳米管样连接，实现线粒体转移，从而增强受体T细胞的代谢适应性及抗肿瘤活性，在小鼠和人类系统中均观察到这一现象。
相比之下，非恶性组织的后续研究表明，线粒体转移并不局限于TNTs，也可通过细胞外囊泡相关途径发生。在神经系统损伤模型中，星形胶质细胞被证实释放功能性线粒体进入神经元，其进入可放大细胞存活信号。近期，在非恶性神经血管模型中，结合缺血内皮培养和体内卒中实验，脑内皮细胞来源的细胞外囊泡被证实可将线粒体货物递送至受体内皮细胞，并减小脑梗死体积。在体外软骨模型中，人间充质基质细胞释放含有功能性线粒体的细胞外囊泡，在无直接细胞-细胞接触的情况下转移至软骨细胞。类似的EV介导机制也在肺损伤模型中被描述，MSC来源的细胞外囊泡将线粒体货物转移至巨噬细胞并改善体内肺损伤，同时转移至气道上皮细胞和肺微血管内皮细胞，通过恢复线粒体功能改善肺泡-毛细血管屏障特性。
在癌症中，细胞间完整线粒体转移的特征最明确且报道最频繁的途径是经隧道纳米管，但也描述了细胞外囊泡、细胞融合和其他机制。隧道纳米管介导的完整线粒体从未经处理的嗜铬细胞瘤PC12细胞转移至UV应激的PC12细胞，可救援早期凋亡阶段的细胞。在癌症相关场景中，这一概念随后被扩展至基质与恶性细胞的相互作用。内皮细胞被证实将线粒体和其他细胞质物质转移至乳腺癌细胞，从而改变受体细胞表型和应激抵抗；癌相关成纤维细胞捐献的线粒体增加了三维球体模型中癌细胞的线粒体ATP生成并促进癌细胞迁移。在血液恶性肿瘤中也观察到类似现象，骨髓基质细胞向急性髓系白血病细胞和原代多发性骨髓瘤细胞捐献功能性线粒体，促进生物能量可塑性和代谢适应。与此一致的是，化疗应激后骨髓瘤细胞从骨髓基质细胞获得更多线粒体，与ATP水平升高、线粒体超氧化物减少和耐药增加相关。
除基质支持外，线粒体转移也是肿瘤利用微环境其他组分的机制。通过TNTs从免疫细胞获得线粒体的受体癌细胞表现出基础呼吸和备用呼吸能力增加，而供体免疫细胞的这两个参数均降低。体内实验证实了线粒体从宿主免疫细胞向黑色素瘤细胞的水平转移，这增强了黑色素瘤细胞的氧化磷酸化并促进淋巴结转移，而免疫细胞中线粒体的丢失导致免疫监视广泛受损。值得注意的是，线粒体交换并非单向。Cangkrama及其合作者描述了反向转移途径，显示在共培养和异种移植肿瘤中，外阴癌细胞向皮肤成纤维细胞捐献线粒体，从而诱导癌相关成纤维细胞分化。在受体成纤维细胞中，这一过程伴随代谢重编程，包括基础呼吸、质子漏、氧化磷酸化和ATP生成增加，且依赖于线粒体运输蛋白Miro2/RHOT2。综上，这些研究表明线粒体转移可以重塑肿瘤细胞和基质细胞，以有利于肿瘤进展的方式发挥作用。这一功能相关性得到进一步支持，研究将线粒体转移与侵袭行为、促肿瘤信号传导和对恶劣微环境的适应联系起来。在膀胱癌中，线粒体转移激活AKT/mTOR信号通路，并在体外和体内增加侵袭性。在胶质母细胞瘤中，TNT介导的线粒体转移使星形胶质细胞能够适应缺氧条件，修饰微环境以支持肿瘤侵袭。同样，来自星形胶质细胞的水平线粒体转移被证实促进胶质母细胞瘤细胞向增殖性G2/M期的细胞周期进展，并增强自我更新和致瘤性。患者来源的胶质母细胞瘤模型在类器官中形成TNTs和TMs，促进线粒体转移，这可能参与进展和治疗抵抗。
尽管TNTs是完整线粒体转移研究最充分的途径，但细胞外囊泡构成了癌症中线粒体交换的第二重要途径。在激素治疗耐药乳腺癌中，携带完整线粒体基因组的CAF来源细胞外囊泡被证实将mtDNA转移至激素治疗初治和代谢休眠的乳腺癌细胞，从而恢复氧化磷酸化，促进从代谢静止状态逃逸，并有助于内分泌治疗耐药，尤其是在癌症干细胞样细胞群中。在肺癌中，肿瘤细胞释放的携带miR-1290的细胞外囊泡通过MT1G/AKT途径将正常成纤维细胞激活为CAFs，从而促进转移；这些被激活的CAFs随后将mtDNA转移至线粒体受损的肿瘤细胞，恢复线粒体功能并增强增殖、迁移和上皮-间质转化。
第三种细胞间线粒体运输机制是直接细胞-细胞接触，正如共培养系统中所证实的，稳定表达COX8-GFP的癌相关间充质基质干细胞来源的线粒体转移至卵巢癌细胞，从而恢复代谢适应性并促进线粒体缺乏肿瘤细胞的增殖和化疗耐药。与此同时，几项早期研究也证实，即使确切运输途径尚未明确，癌细胞仍可获得线粒体基因组或完整线粒体。缺乏线粒体DNA的转移性小鼠B16黑色素瘤和4T1乳腺癌细胞模型在体内显示出较慢的肿瘤生长；然而，在获得肿瘤微环境中的宿主细胞的mtDNA和完整线粒体后，线粒体呼吸得以恢复，这为水平线粒体基因组转移提供了证据。类似地，骨髓基质细胞被证实在化疗期间向急性髓系白血病细胞捐献功能性线粒体，有证据支持内吞摄取途径参与其中；这种转移增加了线粒体质量和ATP生成，并有助于白血病祖细胞的耐药。
综上，这些研究确定细胞间线粒体转移是癌症中具有重要功能的通讯模式。在实体瘤和血液恶性肿瘤中，它支持代谢可塑性、应激适应、侵袭和治疗抵抗。尽管TNT介导的完整线粒体转移仍是研究最充分的途径，但囊泡介导和其他机制进一步拓宽了肿瘤微环境中的线粒体交换谱，凸显这一过程作为癌症生物学中可靶向特征的价值。
癌症中RNA和核糖体的水平转移
除线粒体外，TNTs还被证实介导核酸和蛋白质翻译机器组分的细胞间转移。近期研究表明，TNT介导的mRNA转移可改变受体细胞的状态，一项研究报告了人类多能干细胞中的转录组重编程，另一项研究显示转移的mRNA可在受体细胞中翻译并功能性救援特定遗传缺陷。
多个系统中已报道核糖体相关组分转移的证据。早期观察显示，施万细胞可向去核的轴突递送核糖体，施万细胞突起内陷进入轴突并将核糖体释放到轴质中。与此概念一致，后续在过氧化氢处理的CAD细胞的突起中检测到核糖体蛋白，而对U2OS骨肉瘤细胞TNTs的蛋白质组分析鉴定到大量核糖体蛋白以及四跨膜蛋白CD9和CD81。TNT介导的mRNA转移的功能意义得到了证据支持：通过直接细胞-细胞接触转移的PEX6 mRNA在受体细胞中翻译，导致PEX6突变型成纤维细胞在与野生型细胞共培养时发生从头过氧化物酶体生物发生，从而通过mRNA转移互补突变表型。小鼠胚胎干细胞直接细胞接触介导的共培养通过将小鼠来源的mRNA转移，促进人引物多能干细胞转化为类初始状态，其中Tfcp2l1、Tfap2c和Klf4被确定为该过程不可或缺的基因。细胞间mRNA转移也可能在体内发生，人类-小鼠异种移植模型的研究结果支持了这一观点。
胰腺癌细胞之间的隧道纳米管被证实介导多聚腺苷酸化mRNA、5.8S rRNA、核糖体蛋白和完全组装的核糖体的转移。将翻译受损的受体细胞与具有翻译能力的供体细胞共培养，通过核糖体转移部分恢复了受累细胞的蛋白质合成，而供体细胞自身的蛋白质合成则相应降低。这种互惠的得失关系与Saha及其合作者描述的线粒体从免疫细胞向癌细胞转移的情况高度相似，后者使癌细胞的基础呼吸和备用呼吸能力增加，但降低了供体免疫细胞的这些参数。目前尚不清楚核糖体是以单核糖体、多核糖体形式转移，与其他细胞器相关联转移，还是在某些情况下仅伴随被运输的mRNA。可能的共运输概念得到了研究的支持：神经元中Pink1 mRNA与线粒体共运输，核编码的Cox7c mRNA同样与小鼠神经元细胞系及原代小鼠运动神经元轴突内的线粒体相关联。
这些发现进一步支持了如下假说：TNT介导的mRNA和核糖体转移代表了一种新型的细胞间协作/寄生形式，通过动态重新分配代谢和蛋白质合成能力发挥作用。由于核糖体生物发生和蛋白质合成能力被认为是癌症扩散和复原力的关键参数，这些近期发现为探索癌细胞如何适应应激、营养剥夺和治疗压力开辟了新途径，将经由mRNA和核糖体交换的翻译重编程与已确立的肿瘤微环境内线粒体转移和代谢协作范式相联系。
未来研究及其挑战
本文总结了当前对TNTs的认知，包括其重要性、结构、诱导因素以及细胞间转移的分子机制，特别关注线粒体、mRNA和核糖体。现有研究表明，TNTs是动态的细胞间管道，可通过所转移的物质改变相连细胞的应激适应、治疗反应性、代谢状态，以及救援特定遗传缺陷和重编程细胞。在癌症中，这些过程可能通过支持生物能量和蛋白质合成救援以及对微环境和治疗的应激适应来促进肿瘤进展。
在经TNTs转移的货物中，线粒体转移是目前功能显著的细胞器交换中最成熟的例子。非恶性和恶性系统中的工作表明，转移的线粒体可恢复氧化磷酸化、增加ATP生成、改变迁移和侵袭能力，并影响治疗敏感性。然而，要充分理解TNT介导运输的信号通路和机制基础，仍有大量研究空间。应激或营养剥夺下诱导TNT形成的特定信号和机制在很大程度上仍未知，针对此类假定信号的抑制策略也有待探索。正在生长的TNT附着于靶细胞所需的蛋白质，以及负责两个膜融合的蛋白质，尚未得到充分表征。能够操控TNT形成刺激或其产生的特定连接，不仅在研究中具有重要意义，在癌症治疗中也可能具有潜在价值。
近期研究进一步提示，TNT介导的转移不限于线粒体等细胞器，还可能涉及mRNA、rRNA、核糖体蛋白和完全组装的核糖体，这提出了TNTs在细胞间重新分配蛋白质合成能力的可能性。这具有重要的概念意义，因为它提示应激或翻译受损的细胞不仅可能在代谢层面得到救援，还可能在蛋白质合成层面通过特定缺陷的功能互补甚至细胞状态重编程得到救援。这些发现开辟了一个重要的新研究领域，但许多基本问题仍未解决，包括核糖体是以单核糖体、多核糖体形式转移，与其他细胞器相关联转移，还是仅仅伴随被运输的mRNA。
未来工作的一个主要挑战是缺乏货物特异性实验工具。需要注意的是，MitoTracker染料可能非特异性地部分富集于线粒体以外的结构中，从而使水平线粒体转移的解释复杂化。与此一致的是，天然缺乏线粒体的红细胞仍被证实将MitoTracker信号转移至受体细胞，这表明染料转移不一定对应于完整线粒体的转移。类似地，另一组作者显示MitoTracker从星形胶质细胞和星形胶质细胞条件培养基向神经元的转移独立于线粒体转移发生。研究人员在自己的实验中也观察到类似现象：羧基荧光素琥珀酰亚胺酯（CFSE）是一种通过胺基团反应共价标记细胞内蛋白质的染料，常用于共培养中以区分供体和受体细胞群，该染料部分通过TNTs转移至先前未染色的受体细胞。这些观察结果表明，在解释涉及MitoTracker等染料的细胞间水平转移实验时需要谨慎，因为它们的信号可能并不总是专门反映预期货物的转移，也不能可靠地区分目标细胞群。在mRNA领域，例如广泛使用的MS2方法本身可能干扰TNT介导的转移，使运输实验的解释复杂化。为了研究核糖体，一种新开发的选择性荧光探针RiboBright用于真核生物核糖体，在监测细胞组织和核糖体动力学方面显示出前景。
从治疗角度来看，TNT介导的货物交换既是机遇也是挑战。在再生或遗传疾病背景下，线粒体或mRNA的细胞间转移可能为功能救援提供新策略。然而在癌症中，相同的过程更可能支持肿瘤细胞存活、代谢灵活性和治疗抵抗。虽然完全抑制这些过程——无论是通过破坏肌动蛋白或微管动力学、抑制马达蛋白还是调节膜附着和融合——不太可能提供足够的治窗口，因为已知这类抑制剂具有普遍毒性，但靶向仅或主要在TNT相关过程中发挥作用的特定蛋白质，可能为调控肿瘤微环境中的细胞间通讯、协作或寄生提供新的治疗途径。在TNTs被发现二十余年后的今天，该领域仍处于起步阶段，研究人员坚信其蕴含着诸多值得探索的科学发现。
