综述：线粒体转移介导的骨转移代谢重编程与耐药机制及干预策略

《Frontiers in Immunology》：Mitochondrial transfer-mediated metabolic reprogramming and drug resistance in bone metastasis: mechanisms and therapeutic strategies

　　

骨是乳腺癌、前列腺癌及肺癌等实体瘤远处转移的最常见部位之一，骨转移病灶对化疗、靶向治疗、内分泌治疗及免疫检查点抑制剂（ICI）等多类系统性治疗常呈现持续性耐药。现有证据表明，骨微环境中的代谢重编程参与耐药进程，但其上游调控机制尚未完全阐明。细胞间线粒体转移可能是连接骨髓生态位与肿瘤代谢适应的关键桥梁。研究显示，骨髓间充质干细胞（BMSC）可通过隧道纳米管（TNT）、细胞外囊泡（EV）及缝隙连接等途径向肿瘤细胞递送功能性线粒体，该过程受代谢应激、趋化因子信号CXCL12/CXCR4及炎症信号调控。骨微环境具备缺氧、细胞密度高及脂质丰富等特征，加之BMSC固有的转移潜能，可能为高效线粒体递送提供条件。转移后 exogenous 线粒体在体外及临床前模型中可通过呼吸链重构、线粒体DNA（mtDNA）复制及膜电位恢复重建氧化磷酸化（OXPHOS），驱动代谢表型由Warburg效应向混合状态转变，增强脂肪酸β-氧化（FAO）、谷氨酰胺分解及支链氨基酸氧化。由此产生的高三磷酸腺苷（ATP）池及重塑的氧化还原稳态可支撑多重耐药机制：包括ATP依赖性药物外排、DNA损伤修复增强、凋亡抵抗、靶向治疗代谢旁路、营养竞争性免疫抑制及肿瘤干细胞（CSC）维持与治疗诱导休眠。线粒体动力学重塑及代谢-表观遗传互作可进一步建立维持耐药表型的“代谢记忆”。值得注意的是，乳腺癌、前列腺癌及肺癌的线粒体转移模式存在肿瘤类型特异性，多发性骨髓瘤（MM）在本综述中作为机制参考的骨髓驻留对照模型，而非平行实体瘤场景。研究人员据此提出靶向该轴的潜在干预策略，涵盖转移阻断、OXPHOS及FAO抑制、骨靶向纳米递送系统等，但目前尚无相关策略在骨转移患者中线粒体转移特异性疗效验证。领域内仍存在若干争议，包括转移线粒体的持久性与功能完整性、染料示踪假阳性风险、体内检测灵敏度不足及通路特异性抑制剂的临床转化瓶颈。本综述系统梳理BMSC与肿瘤细胞间线粒体转移的报道分子机制、其在骨转移OXPHOS重编程及耐药中的潜在作用，并探讨新兴治疗策略，旨在为开发克服骨转移耐药的代谢靶向干预方案提供批判性框架。

1 引言

骨是实体瘤远处转移的高发部位，乳腺癌与前列腺癌晚期患者中约70%发生骨受累，肺癌骨转移发生率达30%–40%。骨转移常引发病理性骨折、脊髓压迫及恶性高钙血症等骨骼相关事件（SRE），显著降低患者生活质量并提示预后不良。尽管双膦酸盐、地诺单抗及局部放疗可一定程度减轻骨破坏，骨转移仍是限制长期疾病控制的关键因素。既往研究多基于“种子与土壤”理论阐释骨转移的发生与维持，聚焦于核因子κB受体活化因子配体（RANKL）-RANK及转化生长因子-β（TGF-β）等信号网络在肿瘤定植与骨重塑中的作用。近年来空间转录组学与空间代谢组学的发展推动了对骨转移灶内代谢状态空间异质性的关注：临近骨髓区域的肿瘤细胞常表现出更高的OXPHOS活性，而远离骨髓的细胞则呈现相对糖酵解表型，但该现象仍需独立验证。临床层面，骨转移灶对不同系统治疗的敏感性普遍较低：激素受体（HR）阳性乳腺癌中，CDK4/6抑制剂联合内分泌治疗虽显著延长无进展生存期（PFS），但合并骨转移的患者疾病进展更早；免疫检查点抑制剂在骨转移灶的客观缓解率也普遍低于内脏转移灶。这些临床观察与“骨微环境塑造独特耐药模式”的假说相符，但尚不构成直接因果证据。现有研究提示代谢重编程是值得深入探索的机制之一：骨髓微环境的缺氧、乳酸蓄积及脂质丰富特征可诱导肿瘤细胞代谢可塑性，在特定条件下促进向相对增强的OXPHOS状态转变。同一骨转移灶内常共存糖酵解、OXPHOS主导及混合代谢亚群，持续治疗压力下具备更高线粒体呼吸能力的细胞可获得生存优势并介导获得性耐药，因此单一代谢通路抑制可能不足以克服骨转移耐药，明确OXPHOS相关表型的上游机制具有重要实践意义。在此背景下，细胞间线粒体转移逐渐被纳入骨转移代谢研究范畴：2006年Spees等首次报道功能性线粒体可在哺乳动物细胞间发生水平转移；后续多项肿瘤模型研究显示，BMSC可通过TNT或EV向肿瘤细胞转移线粒体组分或相对完整的线粒体结构，一定程度增强受体细胞的线粒体呼吸功能，线粒体运输相关分子如线粒体Rho GTP酶1（Miro1）参与该过程调控。部分骨转移临床前模型中，抑制BMSC与肿瘤细胞间的线粒体转移可提高肿瘤细胞化疗敏感性。然而，该过程在体内发生的频率、持续时间及对耐药的实际贡献仍缺乏一致性证据：目前学界对exogenous线粒体能否稳定保留并持续参与受体细胞代谢活动尚未达成共识，体内定量追踪方法的灵敏度与特异性也存在局限。需注意，多数支持线粒体转移介导骨转移耐药的证据源自血液系统恶性肿瘤及体外共培养体系，实体瘤骨转移的直接体内证据相对有限，解读时需谨慎。既往线粒体转移相关综述多聚焦其通用生物学机制或非恶性病理生理过程（如心脏与神经系统疾病），本综述的差异化特征在于：①明确区分骨髓驻留血液系统恶性肿瘤、体外系统及实体瘤骨转移来源的证据；②采用批判性综合而非机械性罗列机制，明确标注证据强度、争议及未解决问题；③提出连接线粒体转移、OXPHOS为中心代谢重编程及骨转移特异性治疗耐药的概念框架，同时明确相关证据的 preclinical 与探索性属性。

2 线粒体转移的生物学基础

线粒体转移指供体细胞向受体细胞递送功能性活性线粒体并影响后者代谢状态的过程。当前对该过程的界定强调结构、功能及时空证据的综合：需同时证实线粒体组分或结构的实际转移、受体细胞OXPHOS功能的改变及供-受体细胞间明确的转移关系。相较于单纯的mtDNA或线粒体片段转移，完整线粒体的转移更可能对受体细胞呼吸功能产生实质性影响。近年来，膜电位、氧消耗率（OCR）及mtDNA变化等参数逐渐被用于定量评估线粒体转移，推动该领域从描述性观察向功能验证与方法学标准化发展。

2.1 线粒体转移的主要分子途径

线粒体转移主要通过TNT、EV及缝隙连接介导，三者均可能参与骨转移微环境中的细胞间代谢交换。TNT是F-actin依赖的膜性结构，介导相邻细胞间的定向线粒体运输，Miro1及其相关运动蛋白复合物参与该过程调控，骨髓趋化信号CXCL12/CXCR4轴可促进TNT形成。EV被认为是长距离转移的潜在途径：中性鞘磷脂酶2（nSMase2）介导的囊泡生物发生及线粒体组分装载在部分研究中与受体细胞呼吸功能的部分恢复相关，但EV cargo是否包含完整功能性线粒体，抑或主要为线粒体片段与蛋白质仍存在争议。缝隙连接被认为通过含连接蛋白43（Cx43）的通道介导小分子或线粒体相关组分的交换，但直接证据支持完整线粒体通过该途径转移的研究相对有限。比较研究提示TNT可能具有更高的转移效率，而EV在转移距离上具有优势，但这些结论主要基于体外比较，尚未在骨转移场景中进行系统的体内验证。骨髓微环境内密集的细胞间连接网络可能进一步促进上述过程。

2.2 线粒体转移的触发信号与调控网络

线粒体转移受多层次应激信号调控，涉及代谢应激、氧化应激、趋化因子及炎症信号通路的交互作用。代谢应激层面，三磷酸腺苷水平下降可激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α），通过转录上调Miro1促进TNT形成，敲低PGC-1α可阻断大部分转移事件。CXCL12浓度梯度可引导TNT定向延伸，该效应可被CXCR4拮抗剂逆转。炎症微环境中，肿瘤坏死因子-α（TNF-α）可通过核因子-κB（NF-κB）/p65通路激活Cx43磷酸化，增强缝隙连接介导的线粒体转移。线粒体转移并非随机发生，而是存在选择性包装机制：基于有限成像研究，供体细胞倾向于优先转移膜电位较高、mtDNA突变负荷较低的线粒体，其转移效率显著高于受损线粒体；单线粒体质谱分析也显示，转移的线粒体中富集超氧化物歧化酶2（SOD2）及肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）等代谢酶。骨转移微环境中，缺氧与高乳酸条件可协同激活缺氧诱导因子1α（HIF-1α）/Miro1信号轴，进一步提升线粒体转移效率。时间分辨转录组分析进一步揭示，线粒体转移在化疗后24–48小时达到峰值，与耐药克隆扩增的时间窗高度吻合，该时间窗已被提议作为潜在的干预靶点，但其在人类患者中的临床相关性仍有待确立。

2.3 转移线粒体的命运与功能整合

exogenous线粒体进入受体细胞后，需经历识别、融合及功能恢复等多个阶段方可实现有效整合。单细胞线粒体追踪研究在培养体系中描述了该过程的时间特征：转移后0–6小时，外膜转位酶20/内膜转位酶23（TOM20/TIM23）复合物介导exogenous线粒体的识别与摄取；6–24小时，线粒体融合蛋白1/2（MFN1/2）驱动exogenous线粒体与内源性线粒体网络融合，形成杂交网络；24小时后，mtDNA复制启动，呼吸链复合物逐步重构，OXPHOS功能恢复。需强调该时间序列主要在体外系统中表征，骨转移病灶内的体内动力学是否与之可比仍未验证。遗传层面，转移引入的供体mtDNA可在受体细胞内扩增，并在部分实验场景中形成稳定的mtDNA异质性，这种异质性被认为可赋予细胞更强的代谢可塑性，携带混合mtDNA的细胞对代谢抑制剂的耐受性增强。然而，关于转移线粒体功能持久性的研究结果并不一致：部分研究报道exogenous线粒体功能可维持长达3周，而另一些研究则观察到多数转移线粒体在1周内降解。进一步分析提示该差异可能与受体细胞内PTEN诱导激酶1/Parkin（PINK1/Parkin）介导的线粒体自噬水平相关——自噬活性高的受体细胞倾向于降解exogenous线粒体，而自噬活性低的细胞则可能实现更长期的整合。另一不确定性在于，仅凭荧光标记评估时，转移物质究竟是完整的功能性细胞器，还是模拟完整转移的片段与组分。这些未解决的问题直接影响对线粒体转移生物学意义的诠释，在评估文献中的机制主张时需予以考量。代谢功能方面，碳-13（13C）标记的脂肪酸示踪研究显示，转移线粒体优先激活FAO通路而非糖酵解通路，FAO在这些实验系统中对ATP生成的贡献占比相对较高，提示自噬调控可能在决定转移线粒体命运中发挥双重作用，但降解与整合的精确平衡仍有待界定。

2.4 线粒体转移的检测与定量技术

准确检测与定量线粒体转移是该领域的核心技术挑战。现有方法在特异性、灵敏度及适用场景上存在差异，尚无单一方法成为骨转移体内研究的完全验证标准。mtDNA条形码追踪技术目前被视为金标准：利用成簇规律间隔短回文重复序列/CRISPR关联蛋白9（CRISPR/Cas9）在供体细胞mtDNA中编辑引入独特核苷酸条形码，随后通过定量聚合酶链反应（qPCR）检测受体细胞中的供体来源mtDNA。体内验证显示，该技术可精确检测小鼠骨转移模型中BMSC向肿瘤细胞的线粒体转移。基于Cre-LoxP系统的遗传追踪方法特异性高，已在多项体内研究中应用，但主要集中于血液系统恶性肿瘤模型。光转换荧光蛋白Mito-Dendra2适用于需要高时空分辨率的活体成像实验，可实现体外及部分体内场景下线粒体运输的动态追踪。相比之下，MitoTracker染料标记联合流式细胞术操作简便且成本较低，但存在公认的技术局限：细胞间染料泄漏、与功能性线粒体转移无关的染色膜片段转移及细胞碎片摄取均可产生假阳性信号，高估表观转移频率。功能评估层面，功能性线粒体转移指数（FTI）联合Seahorse XF代谢分析被提议用于区分功能性与非功能性转移事件。近期研究进一步开发了双光子显微镜与mtDNA条形码联用检测系统，可在小鼠胫骨骨转移灶中实时可视化TNT形成及线粒体运输动力学。临床转化方面，1?F标记的线粒体摄取探针正电子发射断层扫描（PET）成像已在早期临床前工作中报道，有限动物研究中骨转移灶的探针摄取值与FTI呈相关性，但该技术仍处于探索阶段，尚未在人类研究中验证。综上，整合mtDNA条形码追踪、FTI功能评估及分子成像的多模态检测方法有望建立更标准化的线粒体转移检测框架，但当前方法学异质性仍是跨研究比较结果、评估临床相关场景中真实转移频率的主要障碍。

2.5 线粒体转移生物学的核心未解争议

过去十年间第2.1–2.4节概述的机制取得显著进展，但若干基础问题仍未解决，这些争议并非边缘问题，而是直接影响后续章节实验证据的解读，因此在讨论具体生物学背景前需重点强调五大反复出现的议题。首要未解问题涉及细胞间转移物质的本质：基于荧光膜标记或线粒体靶向染料的研究常被解读为完整细胞器转移的证据，但相同信号也可能源于膜片段、线粒体衍生囊泡或受损细胞器释放的mtDNA，而电镜证实受体细胞内存在完整双层膜结构的报道相对稀缺。该区分具有生物学意义：完整线粒体原则上可支持持续的OXPHOS，而孤立片段至多只能提供短期代谢物、mtDNA拷贝或选择性蛋白质。紧密相关的争议是转移线粒体进入受体细胞后的持久性：报道的功能存续时间从约1周至3周不等，部分研究提示多数exogenous线粒体在相对短时间内通过PINK1/Parkin介导的线粒体自噬降解。短期事件可能仅提供瞬时代谢缓冲，而持久整合则是支撑常被归因于线粒体转移的更长时程表型——持续OXPHOS重编程、耐药、干性维持——的必要条件。第三类担忧是方法学层面：大量早期文献依赖MitoTracker衍生物等染料标记，已知其存在细胞间泄漏、随非线粒体膜碎片转移及在流式检测中产生假阳性信号等问题；基于mtDNA条形码、Cre-LoxP遗传追踪及光转换Mito-Dendra2报告系统的新方法提高了特异性，但技术要求高，早期研究基于染料的频率估计需相应权衡。与此相关的是第四个议题，即实验系统报道的转移频率是否与生理相关水平对应：许多体外共培养研究报道24–48小时内相当比例的受体细胞发生转移，而体内研究普遍报道的频率显著更低，且局限于空间定义的微生态位中的小细胞亚群；体外高供-受体细胞比例、长时间直接接触及代谢应激可能人为放大仅在生理条件下零星发生的事件。第五个最具转化意义的争议是线粒体转移是否对人类骨转移患者的治疗耐药产生实质性贡献：多数机制证据源自体外共培养系统或小鼠临床前模型，直接分析人类骨转移标本的研究相对较少；相关性人类数据提示意义但不能确立因果关系，尚无前瞻性临床研究量化线粒体转移对骨转移患者治疗失败的贡献，也无临床试验正式评估针对该过程的干预措施。这五大争议需在后续章节中予以考量：在证据基础薄弱或方法学异质性较高的部分，采用 hedged 语言与明确限定词而非确定性陈述，这种方式更符合领域现状，也为识别研究缺口提供更有用的框架。

3 骨转移微环境的独特性

3.1 骨微环境的细胞组成与功能

骨髓微环境包含造血谱系细胞、间充质谱系细胞及免疫细胞等多种细胞群，共同构成支持肿瘤定植与存活的生态网络。其中BMSC被描述为主要的基质支持细胞：BMSC通过分泌CXCL12维持造血干细胞生态位，并通过TNT等途径向肿瘤细胞转移线粒体。部分研究显示，骨转移灶内BMSC的密度显著高于正常骨髓，且BMSC中Miro1表达上调与转移效率升高相关。骨重塑层面，成骨细胞与破骨细胞构成动态平衡的功能单元：破骨细胞通过骨吸收释放骨基质中储存的生长因子（如TGF-β、胰岛素样生长因子1（IGF-1）），参与经典的“恶性循环”。单细胞RNA测序（scRNA-seq）研究提示，破骨细胞产生的代谢物可能通过单羧酸转运蛋白1（MCT1）转运至肿瘤细胞，可能参与调控肿瘤代谢表型。成骨细胞则分泌骨保护素（OPG）抑制RANKL信号，并表达Cx43，可能支持缝隙连接介导的物质交换。除上述细胞类型外，骨髓脂肪细胞（BMAd）被认为在骨转移中发挥双重作用：既提供脂肪酸作为肿瘤细胞的代谢底物，又分泌甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP）参与骨微环境重塑。体外研究显示，BMAd来源的EV含有线粒体组分并可递送至肿瘤细胞。免疫细胞方面，临床前模型提示肿瘤相关巨噬细胞（TAM）和髓源性抑制细胞（MDSC）可通过白细胞介素6（IL-6）/TNF-α信号激活BMSC的线粒体转移程序。综上，骨微环境内多种细胞类型可能通过旁分泌信号、代谢物运输及直接细胞接触形成多层级的肿瘤支持网络，BMSC介导线粒体转移的作用使其成为值得进一步研究的潜在干预靶点，但实体瘤骨转移的直接证据仍少于血液系统恶性肿瘤场景。

3.2 恶性循环假说的代谢延伸

经典恶性循环假说描述了肿瘤分泌PTHrP激活破骨细胞、随后骨吸收释放TGF-β进而促进肿瘤生长的 positive feedback 机制。近期研究通过揭示循环的代谢维度扩展了该框架：破骨细胞介导的骨吸收不仅释放生长因子，还释放甘油三酯（TG）与游离脂肪酸（FFA），为肿瘤细胞提供代谢底物。骨吸收部位的局部乳酸浓度也显著升高，可通过单羧酸转运蛋白4（MCT4）单向转运至肿瘤细胞以维持其糖酵解 flux。同时，肿瘤细胞分泌的RANKL激活破骨细胞，后者依赖液泡型H⁺-ATP酶（V-ATP酶）维持骨吸收所需的酸性环境。代谢耦合层面，13C-葡萄糖示踪研究鉴定出肿瘤细胞与成骨细胞间的乳酸穿梭：肿瘤细胞产生的乳酸经成骨细胞乳酸脱氢酶（LDH）转化为丙酮酸以支持OXPHOS。缺氧条件下，HIF-1α信号激活上调肿瘤细胞中葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）的表达，使其能与成骨细胞竞争葡萄糖，从而抑制骨形成。线粒体转移也被整合至该代谢回路中：破骨细胞应激诱导的活性氧（ROS）升高可激活BMSC向肿瘤细胞的线粒体转移，形成“骨吸收–线粒体转移–肿瘤存活”的正反馈环。这些发现提示骨转移的恶性循环可能由信号与代谢机制共同驱动，联合靶向信号与代谢通路可能具有协同治疗潜力，但恶性循环的代谢延伸主要得到临床前模型支持，仍需在人类骨转移标本中验证。

3.3 骨微环境的代谢特征

骨髓微环境具有独特的代谢景观，为肿瘤细胞代谢可塑性转变提供条件。缺氧（1–5% O₂）是骨髓的固有特征，通过HIF-1α及相关信号通路调控糖酵解与OXPHOS的代谢平衡。空间代谢成像研究报道骨转移灶内存在明显的代谢分区：松质骨区域的肿瘤细胞倾向于表现为OXPHOS依赖性表型，而皮质骨区域的细胞则维持糖酵解表型，但这些空间模式基于有限成像研究，需独立确认。细胞特性层面，BMSC高表达Miro1与PGC-1α，其mtDNA拷贝数显著高于其他组织来源的间充质干细胞，赋予其固有的强线粒体转移能力。缺氧与高钙水平可协同激活BMSC的线粒体生物发生程序，线粒体钙单向转运体（MCU）-Ca²⁺轴上调相关基因表达。化疗损伤后肿瘤细胞的三磷酸腺苷外流可激活BMSC上的嘌呤能受体P2Y2，与定向TNT生长相关。解剖特征也有助于提高转移效率：骨髓腔的空间结构促进持续的细胞间接触；哈弗斯管衬里的内皮细胞表达细胞间 adhesion 分子1（ICAM-1），介导肿瘤细胞与BMSC的黏附。但需注意，这些特征——包括BMSC的固有转移能力及骨转移较肺转移更高的转移频率——源自少数未独立重复的研究，其在人类骨转移灶中的相对贡献尚未量化。靶向骨转移的治疗策略可能需要综合考虑这些多维因素。

3.4 血液系统恶性肿瘤与实体瘤骨转移的生物学分野

与本综述相关的线粒体转移文献很大比例源自血液系统恶性肿瘤模型（尤其是急性髓系白血病（AML）与多发性骨髓瘤（MM）），而非实体瘤骨转移。由于这些疾病与实体瘤骨转移共享骨髓这一解剖部位，血液系统恶性肿瘤的机制发现常被外推至实体瘤骨转移，却未明确考虑 underlying 生物学差异。本节厘清哪些结论可迁移、哪些不可迁移，并明确实体瘤骨转移这一本综述核心焦点中支持不足的结论。血液系统恶性肿瘤与实体瘤骨转移在根本不同的生物学背景下占据骨髓：AML与MM起源于骨髓作为其原发生态位，因此恶性细胞从疾病发生起就与BMSC密切接触，具有适应骨髓环境的进化史；而实体瘤细胞起源于远处原发器官，需经过内渗、循环、外渗及定植等多步骤过程到达骨髓，作为相对小种群从 foreign 起始状态建立与BMSC的接触。这种差异对转移数据的解读具有直接意义：MM与AML模型中频繁报道的高转移频率不仅反映供-受体细胞的固有相容性，还可能反映恶性细胞的高局部密度、其与BMSC的长期接触及数周至数月疾病进化过程中生态位的适应性重塑；播散性实体瘤细胞，尤其在定植早期，作为相对 transient 的“访客”接触骨髓，不能假定其转移频率与原发性骨髓恶性肿瘤中观察到的一致。不同恶性肿瘤诱导的骨微环境表型进一步区分这些场景：乳腺癌与肺癌骨转移以溶骨性为主，由破骨细胞过度激活与基质降解主导，释放储存的生长因子与脂质；前列腺癌骨转移以成骨性为主，具有致密的成骨细胞网络与独特的细胞因子 milieu；而AML与MM占据骨髓区室本身，对骨重塑的影响更为弥散且分期依赖。每种表型建立了不同的细胞组成、潜在线粒体转移的不同优势供体细胞及不同的代谢底物可用性，因此不能将关于优势供体细胞及主导转移途径的结论不加区分地外推至所有场景。部分证据类别仍具有合理的可迁移性：TNT的结构基础、Miro1及相关运动蛋白的功能、nSMase2在EV生物发生中的作用及Cx43介导的缝隙连接通讯均为保守的细胞过程，其基本特征不太可能因疾病背景产生定性差异；受体细胞获得线粒体后OXPHOS相关参数增强的基本观察也在多种细胞类型与疾病模型中得到重复。相比之下，定量转移频率、生态位驻留动力学、疾病分期特异性转移模式、转移与骨重塑的耦联及涉及的特定耐药通路——例如MM中的硼替佐米耐药与实体瘤骨转移中的内分泌或靶向治疗耐药——在不同背景下迁移性较差，需要在实体瘤骨转移模型中独立研究。针对实体瘤骨转移，直接适用的证据基础较血液系统恶性肿瘤文献提示的更为有限：证据最充分的是乳腺癌，主要来自体外共培养系统与选定的小鼠骨转移模型；其次是前列腺癌，来自单细胞mtDNA测序与共培养实验；肺癌骨转移的证据最薄弱。人类骨转移标本中直接可视化线粒体转移的报道罕见，患者来源模型中的定量跨肿瘤比较尚未系统开展，且缺乏将线粒体转移标志物与实体瘤骨转移治疗反应关联的 Prospective 临床证据。后续章节中，研究人员尽可能标明特定发现是源自血液系统恶性肿瘤系统、实体瘤骨转移模型、体外共培养还是临床标本，并将MM在第6.4节中作为机制参考但生物学上独立的对照模型进行讨论，而非平行疾病场景。

4 骨转移中线粒体转移的证据与模式

4.1 BMSC向肿瘤细胞的线粒体转移

共培养系统中，BMSC通过TNT向MCF-7细胞转移线粒体后，报道显示呼吸链复合物活性恢复，受体细胞存活能力增强。小鼠乳腺癌骨转移模型中，BMSC被报道通过TNT向MCF-7细胞转移线粒体，伴随呼吸链复合物活性恢复及细胞存活增强。MitoTracker示踪显示转移的线粒体在受体细胞中可维持功能长达2周，但对MitoTracker-based持续时间数据的解读需考虑第2.4节讨论的技术局限性。血液系统恶性肿瘤中，使用Cre-loxP系统的体内研究证实，AML骨髓生态位内存在BMSC向白血病细胞的线粒体转移，且该转移与化疗后复发风险显著相关。使用CXCR4拮抗剂AMD3100阻断CXCL12/CXCR4依赖性转移可恢复白血病细胞对阿糖胞苷的敏感性。需强调AML是骨髓驻留的血液系统恶性肿瘤，其与BMSC的直接接触在生物学上与播散性实体瘤的定植过程存在本质差异，因此尽管AML证据支持BMSC-肿瘤线粒体转移的一般原理，但将机制与频率直接外推至实体瘤骨转移需谨慎。前列腺癌骨转移研究在实体瘤背景下提供了支持性证据：单细胞mtDNA测序报道PC3细胞从邻近BMSC获得线粒体，mtDNA异质性的增加与雄激素剥夺治疗（ADT）耐药的发生在时间上相关；体外共培养实验显示转移效率与BMSC数量正相关，但患者来源模型中的大规模体内验证仍有限。此外，作为原发性骨髓恶性肿瘤的MM提供了相对直接的证据：获得BMSC线粒体的MM.1S细胞被报道显示OXPHOS flux恢复，且硼替佐米诱导的凋亡减少。但与AML类似，MM作为原发生态位驻留于骨髓，其与BMSC的关系与继发性定植骨的转移性实体瘤存在本质区别。综上，多种肿瘤类型的这些发现支持BMSC向肿瘤细胞线粒体转移可能作为骨髓生态位支持肿瘤代谢适应的机制之一。证据强度在不同肿瘤类型间差异显著：体内证据在AML与MM中最充分，乳腺癌与前列腺癌骨转移中为中等，肺癌骨转移中则基本限于早期共培养或模型研究。特异性阻断该过程被提议作为克服骨转移耐药的候选策略，但目前缺乏人类临床证据。

4.2 其他细胞类型间的线粒体转移模式

除BMSC外，骨微环境内多种细胞类型参与线粒体转移，形成多来源的代谢支持网络。BMAd可通过EV向乳腺癌细胞转移线粒体，脂肪酸结合蛋白4/分化簇36（FABP4-CD36）轴介导伴随的脂肪酸转移，从而增强营养受限条件下肿瘤细胞的FAO flux与存活能力。成骨细胞可通过Cx43半通道支持线粒体转运RNA（mt-tRNA）等小分子的共转移，并可在破骨细胞应激条件下向肿瘤细胞转移线粒体以维持OXPHOS功能。破骨细胞被提议通过独特机制参与转移：化疗损伤的破骨细胞释放线粒体片段，据报道可被肿瘤细胞通过stabilin-2受体介导的内吞作用摄取。值得注意的是，这些片段结构不完整，其是否能有意义地恢复受体细胞呼吸功能——而非仅提供短期代谢中间体——仍在研究中。免疫细胞也参与该转移网络：TAM可从BMSC获得线粒体，随后将其 relay 至肿瘤细胞，形成级联转移链；MDSC被报道通过TNT向调节性T细胞（Treg）转移线粒体，该相互作用与免疫抑制功能增强相关。需注意，若干这些细胞间转移观察（包括TAM与MDSC相关事件）主要源自非骨或非实体瘤模型系统，其在实体瘤骨转移灶内的发生尚未直接证实。多数多细胞转移证据源自个别研究且未被独立重复；各供体细胞群的体内相对定量贡献仍基本未量化。线粒体转移的多细胞起源提示，靶向单一供体细胞类型的干预策略可能疗效有限，但该假设本身仍需直接检验。

4.3 骨转移中线粒体转移的时空动力学

临床前模型报道，线粒体转移在骨转移进展过程中遵循独特的时空模式。体内双光子显微镜追踪显示，线粒体转移始于肿瘤细胞定植后的生态位形成期（约第3–7天），在微转移形成期（约第14–28天）达到峰值，在休眠期下降，但在治疗应激后可被快速上调。这些时间模式基于有限的小鼠成像研究，尚未在患者来源模型或人类标本中验证。空间分布方面，松质骨区域的转移频率显著高于皮质骨区域。空间转录组分析显示，该差异与松质骨区域更高的BMSC密度及更密集的TNT网络相关。长骨近端部位与中轴骨部位间也存在差异：前者哈弗斯管衬里的内皮细胞高表达ICAM-1，促进肿瘤细胞与BMSC的黏附。治疗压力可显著重塑线粒体转移动力学：化疗后24小时内转移频率显著升高并持续维持，与第2.2节描述的化疗后24–48小时转移峰值窗口相符。靶向治疗诱导的代谢应激也可激活转移程序：例如，奥希替尼治疗后EGFR突变肺癌骨转移灶中线粒体转移事件显著增加。单细胞水平，使用Mito-Dendra2光转换系统的分析揭示了单个肿瘤细胞可同时从多个BMSC获得线粒体的“多源汇聚”模式。这些时空特征为干预策略设计提供了参考：生态位形成期可能是预防性干预的潜在窗口；治疗后转移峰值是联合治疗的关键时期；转移分布的空间异质性可为优化局部递送策略提供依据。

4.4 影响线粒体转移效率的关键因素

线粒体转移效率受供体细胞、受体细胞及微环境因素的多层次调控。供体细胞层面，BMSC中线线粒体的质量与数量直接影响转移效率：mtDNA拷贝数较高、膜电位稳定的BMSC转移效率显著高于衰老或功能受损的BMSC。PGC-1α作为线粒体生物发生的主要调控因子，通过其表达水平决定供体细胞的线粒体转移能力。受体细胞层面，肿瘤细胞的线粒体损伤程度与外源性线粒体摄取效率正相关。细胞内ROS水平升高伴随转移频率增加；受体细胞表面磷脂酰丝氨酸受体T细胞免疫球蛋白黏蛋白受体1（Tim-1）的表达可增强对外源性线粒体的识别与摄取。微环境的理化特征也参与调控：缺氧条件（1% O₂）通过HIF-1α/Miro1信号轴显著提高转移效率；钙离子梯度通过MCU增强Miro1介导的线粒体运输；酸性微环境（pH~6.5）通过G蛋白偶联受体65（GPR65）上调TNT相关标志物表达。此外，抗肿瘤治疗可重塑转移动力学：化疗药物诱导的三磷酸腺苷外流激活BMSC表面的嘌呤能受体P2Y2，促进定向TNT生长；CDK4/6抑制剂通过将细胞周期阻滞于G1期，可能延长转移可发生的时间窗口。这些因素间可能存在复杂的交互作用，同时靶向供体细胞、受体细胞及微环境的联合干预策略可能产生协同效应，但此类多靶点联合在骨转移场景中的直接实验验证仍有限。

5 线粒体转移介导的代谢重编程

5.1 代谢重编程的概念框架

本章的机制描述整合了异质性实验系统的证据，包括乳腺癌细胞系（如MCF-7）、血液系统恶性肿瘤模型及体外共培养研究。下文讨论的大多数分子事件的实体瘤骨转移标本直接体内验证仍有限，读者需结合对应的来源系统解读个体机制主张。代谢重编程指细胞响应生理或病理条件变化而对代谢通路进行的适应性改变。与线粒体转移相关的代谢重编程被描述为肿瘤细胞从糖酵解主导的Warburg表型向OXPHOS依赖或混合代谢状态的转变。Seahorse代谢分析报道，共培养系统中接受BMSC来源线粒体的乳腺癌细胞OCR升高伴随细胞外酸化率（ECAR）降低，OCR/ECAR比值恢复至接近非恶性细胞水平。该转变被提议赋予肿瘤细胞在营养限制与治疗压力下的增强代谢韧性，但人类骨转移标本中的体内验证仍有限。分子层面，转移线粒体恢复受体细胞的呼吸链功能并促进线粒体生物发生。代谢底物利用模式也相应转变，脂肪酸与谷氨酰胺取代葡萄糖成为主要的氧化底物。该过程被概念化为“代谢救援—可塑性增强—选择性适应”的三阶段进程：早期涉及ATP稳态恢复，中期可能支撑生物合成需求，晚期可能导致耐药克隆的选择。该分阶段模型是有用的概念框架，但主要基于不同实验系统中的横断面观察推断，而非对同一肿瘤群落的纵向直接追踪。单细胞代谢组学分析报道，转移后肿瘤细胞可分化为OXPHOS高度依赖的亚群，在部分研究中与化疗后存活相关。线粒体转移建立的糖酵解与OXPHOS并行运行的双轨代谢配置，可能部分解释骨转移肿瘤观察到的治疗耐药。这些观察提示，精准靶向OXPHOS恢复的初始