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科技日报记者 张梦然
历时8年、由全球多个机构38位科学家共同完成的一项国际研究发现，线粒体并非通过简单扩散为细胞核提供能量，而是铺设“专线”供能，即通过一种此前未知的直接物理连接将能量分子定向输送至细胞核。这一发现颠覆了沿用数十年的教科书理论，相关成果发表于最新一期《自然》杂志。
线粒体被称为细胞的“动力工厂”，负责生产能量分子ATP；细胞核则是细胞的“指挥中心”，负责基因调控和DNA复制，也是细胞内耗能最高的结构。长期以来，学界普遍认为线粒体产生的能量通过细胞质自由扩散，最终抵达细胞核。但这项研究证明，两者之间存在一条专用的能量输送通道。
包括美国亚利桑那大学在内的联合团队此次利用先进显微镜、蛋白质组学和基因工程技术发现，线粒体外膜上的VDAC1蛋白能够与细胞核核孔上的RANBP2蛋白直接结合，形成物理连接。这种连接将富含能量的分子高效导入细胞核，用于基因调控、染色质重塑、转录和细胞分化等关键生命活动。
这种连接的精确程度远超预期。当团队将线粒体人为推离细胞核仅500纳米，这个距离比一根头发丝的直径还要小数千倍，此时细胞核的能量供应几乎降至零。这表明，能量分子无法通过简单扩散有效到达细胞核，必须依赖这种直接的物理通道。
为验证这些连接的实际功能，团队设计了基因改造的细胞和动物模型，专门切断线粒体与核孔之间的连接，同时保持线粒体自身产能能力完全正常。结果显示，失去这些连接的细胞无法正常分化成为心肌细胞。携带破坏该连接突变的小鼠胚胎均在出生前死亡，并伴有心脏和神经系统的严重发育缺陷。
团队在分析的所有细胞类型中，都发现了这种线粒体—细胞核连接，因此这可能是一种普遍存在的细胞机制。这一发现不仅解释了心脏如何形成、疾病如何发展以及细胞如何衰老等基本问题，还有望为发育生物学、再生医学、心血管疾病、癌症和衰老等领域的研究开辟全新方向。控制这种连接的能力，可能指向全新的治疗策略。
总编辑圈点
细胞内部竟然存在高精密的“基础设施网络”，这解答了为何细胞核在极高能耗下仍能维持稳态的谜题，更暗示许多被误诊为“代谢不足”的疾病实则是“物流阻断”。现在，科学家必须为线粒体和细胞核确定新的模型，但该机制的普适性，还要在不同组织微环境中进一步验证，以防将特殊情况概括为万能定律。同时，针对该通道的药物研发也需慎之又慎：强行干预细胞内“基础设施”，虽有望治愈顽疾，但也可能因扰乱细胞最底层的能量分配逻辑，而诱发难以预料的全身性风险。
[ 责编：李欣哲 ] |
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