美國時間6日，紐約斯隆-凱特琳紀念癌症中心(MSKCC)研究團隊發現，粒線體除了具有「細胞發電廠」的功能外，在營養供應短缺時，粒線體會分成兩種亞群，一種專注產生能量，一種則致力於製造細胞所需的關鍵分子，這樣的分工可以幫助細胞更有效治癒傷口，但也發現癌細胞可能會運用這樣的機制來加速成長。該研究發布於《Nature》。

粒線體不只會產出ATP，也會形成蛋白質和其他必須分子中的一些胺基酸，當細胞有充足的食物時，粒線體同時完成這兩項工作，但MSKCC的細胞生物學家Craig Thompson團隊針對細胞面臨營養缺乏時情況進行研究。

Thompson指出，像是因為血管受損而減少身體部分血液循環時，細胞就會面臨營養缺乏的情況。

因此，研究人員在培養小鼠細胞時，強迫細胞只能從粒線體獲取ATP，不能從其他ATP生成反應中獲取能量，研究人員發現，雖然在這樣的情況下，細胞增加了粒線體的能量產生，但也仍舊能合成胺基酸。

這讓Thompson團隊感到十分驚訝，他認為，對ATP需求高的情況下，細胞應會傾向於全力製造ATP，而犧牲合成胺基酸。

Thompson進一步研究發現，名為吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)的關鍵粒線體酶，會聚集成鏈，幫助粒線體催化胺基酸形成的步驟，因此，在營養匱乏的小鼠細胞內，P5CS僅會在某些粒線體中聚集，而當研究人員對細胞進行基因改造，製造出不會聚集的酶時，粒線體就無法再產生胺基酸。

此外，研究人員為了了解粒線體的變化是否在癌症狀態下發生，便針對胰臟癌組織樣本進行研究，發現人類胰臟癌細胞的粒線體也出現分成兩種亞群的狀態，但周圍正常組織沒有出現分群現象，這是由於腫瘤細胞在生長時需要大量營養與能量，常常會超出血液能提供的量，而導致細胞營養匱乏。

而這些含有P5CS的粒線體具有兩大特徵，一是缺乏產生ATP的酵素，二則是缺乏提高ATP生產效率的皺摺內膜，研究人員指出，在營養不良的細胞中會產生兩種粒線體，一種專注於產生能量，一種則專注於合成胺基酸。

研究團隊還發現，需要透過融合與分裂過程，才能將產生P5CS聚集成鏈的粒線體和另一種專門產生ATP的粒線體分離。Thompson表示，這是第一次有人證明粒線體功能趨分成亞群時必須經過融合與裂變。

哥倫比亞大學科學家Martin Picard表示，這項研究與過去發現粒線體不僅是細胞發電廠，更有多種能力的觀點相符合，但是也需要進一步研究是否在活體中也會產生同樣情況。

參考資料：https://www.science.org/content/article/scientists-discover-division-labor-mitochondria
https://www.mskcc.org/news/new-msk-research-reveals-how-mitochondria-function-under-stress-like-cancer

論文：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08146-w

(編譯/李林璦)