这个红细胞，皮下居然是TA？！

刘兴国刘梓煌2026年03月19日约 10 分钟

正文共3954字，预计阅读时间约为12分钟

可点击右上角小圆点“听全文”~

对现代人来说，角膜移植、肝脏移植、肾脏移植……都不是陌生的概念了，但是，你听说过线粒体移植吗？

线粒体是细胞中的“发电厂”，它通过有氧呼吸将细胞内的有机物（如葡萄糖）中储存的化学能，转化为细胞生命活动可以直接利用的能量货币——ATP（三磷酸腺苷）。我们细胞进行的各种活动，从肌肉收缩、神经传导到物质合成，绝大部分能量（约95%）都来自线粒体。

中国科学院广州生物医药与健康研究院细胞器与干细胞研究组发现了一种消除线粒体缺陷的线粒体移植方法，有望预防线粒体DNA缺失综合征、利氏综合征和帕金森病。

2026年3月18日，Cell在线发表了相关研究论文《胶囊化线粒体移植可减轻线粒体和帕金森病模型的功能障碍》。

（图片来源：Cell官网）

如果线粒体坏了，会发生什么？

如果把细胞比作城市，那么你的身体里就有大约30万亿个微型城市。每一座城市都在日夜不停地运转，支撑着你的生命。细胞城市能够正常运转，离不开城市里无数个小小的“发电厂”——线粒体。

细胞中有大量线粒体

线粒体很小，小到你需要一台强大的显微镜才能看清它们。但它们的工作却极其重要：为细胞提供能量。当进行跑步、思考、呼吸，甚至睡觉时，每一个动作的背后，都是线粒体在默默“供电”。

线粒体发电

但是，如果这些“发电厂”坏了呢？

如果线粒体出现故障，细胞就会“停电”。一开始可能只是一小部分细胞出问题，身体甚至感觉不到。但如果故障范围扩大，整座城市，甚至是整个国家（也就是你的身体），就会陷入危机，导致线粒体疾病。

大约每5000个人中有1个人患有某种形式的线粒体疾病。这些疾病的表现多种多样：有的是肌肉无力，有的是视力丧失，有的是大脑发育障碍。其中最著名的可能就是帕金森病，这种疾病会让患者逐渐失去运动能力、身体控制不住颤抖^[1,2]。

在帕金森病患者的大脑中，有一群非常重要的细胞，叫做多巴胺能神经元。它们负责发出指令，让你的身体做出各种动作，而这些细胞，恰恰是耗能大户，对线粒体的依赖极高。如果它们的线粒体出了问题，细胞将一个个倒下，身体也就失去了能发出指令的指挥员。更糟糕的是，在目前的医学领域，这类疾病几乎没有有效的治疗手段。医生们能做的主要是缓解症状，比如给帕金森病患者补充多巴胺，但这就像给停电的城市送几盏应急灯，治标不治本。

帕金森病神经元受损

换个新线粒体，有多难？

既然是“发电厂”坏了，那为什么不直接换个新的呢？这个想法听起来简单直接，但执行起来却困难重重。研究人员面临的最大挑战是：如何把新的、健康的线粒体送进细胞里？

线粒体不是简单的药物分子，它们是有复杂结构的细胞器，大小在1微米左右，比普通药物大得多。直接把它们和细胞放在一起培养，硬塞给细胞，细胞根本“吃”不进去。就算偶尔有几个进去了，效率也低得可怜。

过去研究人员尝试过各种方法：用极细的针头注射；利用间充质干细胞，作为供体，分泌包裹线粒体片段的细胞外囊泡，被受体细胞所接收；甚至让细胞膜延伸出一种管状突起，连接两个细胞形成开放通道，让细胞通过这种“隧道”来传递线粒体^[3,4]。但这些方法要么只能在实验室里对几个细胞操作，要么效率太低，根本无法用于治疗真正的病人。

细胞无法很好地摄入线粒体

针对线粒体递送，研究人员想出了一个巧妙的新办法。

来自红细胞的灵感

灵感，来自血液中的红细胞。

红细胞的主要工作是运输氧气。为了做好这项工作，它们的结构极其简单：除了外面一层薄薄的膜，里面几乎没有任何多余的结构。没有细胞核，没有复杂的内部颗粒，只有满满的血红蛋白。

正是这种“单纯”，让红细胞膜成为完美的包装材料。

去除内容物，红细胞膜作为包装材料

研究人员想到：如果我们用红细胞膜把健康的线粒体包裹起来，做成一个微小的“胶囊”，会不会有更好的传递效果？

这个想法有几个妙处：

第一，保护作用。将红细胞内容物去除，红细胞膜和生物体中各种细胞的细胞膜一样，都是磷脂双分子层，除了一些嵌在其中的膜蛋白有所不同，整体结构类似。细胞膜将物质包裹起来，形成一个个细胞。这层膜又可以像一层保护衣，把脆弱的线粒体包裹起来，防止它们在运输过程中被破坏。

第二，伪装效果。身体的免疫系统认得这层红细胞膜，无论是磷脂双分子层还是膜表面的物质，都表示这是自己人，不会对其进行主动的清除。而由红细胞膜做成的“胶囊”靠近受体细胞时，细胞也会放松警惕，主动吃掉这份“外卖”。

第三，高效释放。“胶囊”进入细胞时，这层膜会与原来的细胞膜进行融合，把里面健康的线粒体释放出来，让它们和原有的“发电厂”融合，重新为细胞供电。

这个被包裹好的线粒体，也就是开头文章标题里说的“线粒体胶囊”。

“胶囊”通过膜融合将线粒体导入细胞

培养皿里的奇迹

为了验证这个方法的有效性，研究人员首先在培养皿里做了实验。

他们找来了一类特殊的细胞，叫做“ρ⁰细胞”。这种细胞被人为地清除了所有的线粒体内部DNA——好比发电厂完全停工了。在这种状态下，细胞奄奄一息，几乎无法行使正常功能。

然后，研究人员把“线粒体胶囊”和这些“摆烂”的细胞放在一起培养。

结果令人惊喜：细胞开始主动吞下这些胶囊。几天后，新的线粒体开始在细胞里“工作”，和原有的线粒体网络融为一体。原本肿胀变形的线粒体恢复了正常形态，能量产量开始回升，细胞重新焕发了活力。大约有80%的细胞成功接收了新的线粒体，这个效率是之前任何方法都无法比拟的。

接下来，研究人员用来自真实病人的细胞做了测试。这些细胞来自两种线粒体疾病患者：一种是有线粒体DNA大片段缺失的病人细胞，可以理解为“发电厂”里的关键电路被剪掉了一段，无法正常工作；另一种是带有点突变m.3243A>G的病人细胞，这是最常见的致病性线粒体DNA突变之一，会导致一种叫做MELAS的严重疾病，患者会反复出现中风样发作^[5]。在这两种情况下，“线粒体胶囊”都表现出色：突变线粒体的比例显著下降，能量产量回升，细胞功能恢复。

这意味着，至少在培养皿里，这个方法是有效的。

“线粒体胶囊”使细胞重获新生

拯救患病的小鼠

培养皿里实验成功了，研究人员的下一步是在活体动物身上测试。

他们首先选择了Leigh综合征小鼠模型。这是一种严重的神经退行性疾病，患病小鼠通常活不过两个月^[6]。当研究人员给它们注射“线粒体胶囊”后，这些小鼠的寿命显著延长，从平均48.5天延长到74天，它们变得更有活力，运动能力也有所恢复。

接着是线粒体DNA缺失综合征小鼠模型。这种小鼠的肝脏细胞里线粒体严重不足，肝功能受损^[7]。用“线粒体胶囊”治疗之后，它们的肝脏恢复了正常，血液中的肝损伤指标也显著下降。

最激动人心的实验结果，来自帕金森病小鼠模型。

研究人员用一种叫做MPTP的药物破坏了小鼠大脑中负责运动的神经元——相当于让身体行动无法获得正常指挥，这些小鼠开始出现类似帕金森病的症状：身体颤抖，行动迟缓，运动能力严重下降^[8]。

研究人员给一部分帕金森病小鼠注射了“线粒体胶囊”。几周后，奇迹发生了：治疗组的小鼠大脑中，原本应该大批量死去的神经元还保持存活，帕金森病小鼠不再颤抖，又能像正常小鼠一样自由奔跑，而这个效果至少持续了三个月。

为了更精确地治疗，研究人员甚至尝试了立体定向注射——直接把胶囊注射到小鼠大脑的特定区域（黑质和纹状体，也就是帕金森病主要影响的区域）。结果，只需一次注射，就带来了显著的恢复效果。

“线粒体胶囊”拯救疾病小鼠

关键概念得以证明

你可能会问：这只是在小鼠身上成功，离真正治疗人类疾病还有多远？

确实，从动物实验到临床应用还有很长的路要走。但这个研究证明了一个关键概念：我们可以用一种相对简单安全的方法，把健康的线粒体高效地送进细胞和组织中，从而治疗由线粒体功能障碍引起的疾病。这为无数患者带来了希望。

目前全世界有超过1200万帕金森病患者，而且随着人口老龄化，这个数字还在快速增长。现有的治疗方法只能缓解症状，无法阻止疾病的进展。如果未来“线粒体胶囊”能在人类身上同样有效，那将彻底改变帕金森病的治疗格局。

不仅如此，线粒体功能障碍还与其他许多疾病有关：阿尔茨海默病、亨廷顿病、肌萎缩侧索硬化症、糖尿病、心脏病，甚至衰老本身^[9^]。如果线粒体移植技术成熟，它可能成为一种通用的 “细胞能量疗法” ，应用于各种与能量代谢相关的疾病。

线粒体功能障碍与疾病（bioRender, Zhaojin Li）

挑战与未来

当然，研究人员也清醒地认识到，这项技术还面临许多挑战。

最令人关注的就是靶向性问题。目前静脉注射的“胶囊”会分布到全身多个器官——肝脏、心脏、大脑、肠道等。但对于某些疾病，我们可能只想把线粒体送到特定的病变组织。比如帕金森病，如果能更精准地只送到大脑的黑质区域，效果可能会更好，副作用也可能更小。

尽管还有不少问题亟待解决，这项研究仍然是一个令人振奋的开始。它让我们看到，有时候最巧妙的解决方案，往往来自最简单、最自然的材料，就像红细胞膜，这种我们身体里再普通不过的东西，竟然能成为运送“生命能量”的神奇载体。

对普通人来说，这项研究的意义或许更简单：它让我们相信，那些今天被认为无法治愈的疾病，明天也许就会迎来转机。那些正在被病痛折磨的人们，也许有一天能够重新站起来，自由奔跑。

参考文献：

[1] Gonzalez-Rodriguez, P., Zampese, E., Stout, K.A., Guzman, J.N., Ilijic, E., Yang, B., Tkatch, T., Stavarache, M.A., Wokosin, D.L., Gao, L., et al. (2021). Disruption of mitochondrial complex I induces progressive parkinsonism. Nature 599, 650-656. 10.1038/s41586-021-04059-0.
[2] Dolle, C., Flones, I., Nido, G.S., Miletic, H., Osuagwu, N., Kristoffersen, S., Lilleng, P.K., Larsen, J.P., Tysnes, O.B., Haugarvoll, K., et al. (2016). Defective mitochondrial DNA homeostasis in the substantia nigra in Parkinson disease. Nat Commun 7, 13548. 10.1038/ncomms13548.
[3] Borcherding, N., and Brestoff, J.R. (2023). The power and potential of mitochondria transfer. Nature 623, 283-291. 10.1038/s41586-023-06537-z.
[4] Park, A., Oh, M., Lee, S.J., Oh, K.J., Lee, E.W., Lee, S.C., Bae, K.H., Han, B.S., and Kim, W.K. (2021). Mitochondrial Transplantation as a Novel Therapeutic Strategy for Mitochondrial Diseases. Int J Mol Sci 22, 4793. 10.3390/ijms22094793.
[5] Manwaring, N., Jones, M.M., Wang, J.J., Rochtchina, E., Howard, C., Mitchell, P., and Sue, C.M. (2007). Population prevalence of the MELAS A3243G mutation. Mitochondrion 7, 230-233. 10.1016/j.mito.2006.12.004.
[6] Nakai, R., Varnum, S., Field, R.L., Shi, H., Giwa, R., Jia, W., Krysa, S.J., Cohen, E.F., Borcherding, N., Saneto, R.P., et al. (2024). Mitochondria transfer-based therapies reduce the morbidity and mortality of Leigh syndrome. Nat Metab 6, 1886-1896. 10.1038/s42255-024-01125-5.
[7] Sezer, T., Ozcay, F., Balci, O., and Alehan, F. (2015). Novel deoxyguanosine kinase gene mutations in the hepatocerebral form of mitochondrial DNA depletion syndrome.
J Child Neurol 30, 124-128. 10.1177/0883073813517000.
[8] Jackson-Lewis, V., and Przedborski, S. (2007). Protocol for the MPTP mouse model of Parkinson's disease. Nat Protoc 2, 141-151. 10.1038/nprot.2006.342.
[9] Ng, Y.S., and Turnbull, D.M. (2016). Mitochondrial disease: genetics and management. J Neurol 263, 179-191. 10.1007/s00415-015-7884-3.