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中大研究︰線粒體仿蜥蜴「斷尾求生術」有助保衛自身健康
- 線粒體是細胞的「能量工廠」，當它們感知到拉力刺激，會作出類似蜥蜴逃生的斷尾行為，尾部從主體上分裂。
- 此現象被稱為「線粒體斷尾式分裂」，有利於線粒體消除受損部分，維持細胞健康。
線粒體是一種雙層膜結構的細胞器，負責製造能量供細胞使用，因此被喻為細胞內的「能量工廠」。香港中文大學（中大）生物醫學工程學系段麗婷教授領導的一項突破性研究，發現線粒體能作出類似蜥蜴逃生的斷尾行為，將受損的外膜部分截除，從而維持細胞健康，並發現此現象是由拉力引起。研究結果已經發表在著名期刊《美國國家科學院期刊》（PNAS）。
什麼是線粒體斷尾式分裂？
線粒體是細胞內高度動態的結構，不斷進行「分裂」和「融合」。線粒體分裂類似於細胞分裂，是一個線粒體分裂成兩個子線粒體的過程，而兩個線粒體結合成一個線粒體的過程則被稱為線粒體融合。線粒體分裂和融合之間的微妙平衡對維持細胞功能和健康至關重要。
長久以來，人們一直認為線粒體發生分裂的位置是隨機分布在線粒體上的。段教授的研究團隊通過觀察自然狀態下的線粒體，發現了一種形態獨特的新分裂模式，其過程涉及兩個連續的步驟︰首先，一條尾巴狀的細管從線粒體主體中延伸出來，然後細管脫離主體，形態上類似蜥蜴逃生時的斷尾方式，團隊將之命名為「斷尾式分裂」。
線粒體斷尾式分裂是如何發生的？
段教授團隊繼而利用光遺傳學工具進行研究，證實了線粒體斷尾式分裂是由拉力引起。光遺傳學是一種結合光學和遺傳學技術的科學方法，能夠利用光精準地調控細胞的生命活動。基於光遺傳學原理，研究人員設計了一種光控的線粒體機械刺激器。通過光照線粒體，研究人員可在無需實際觸碰線粒體、乃至细胞的情況下對線粒體施加拉力，而且不會破壞細胞內的精細結構。他們觀察到拉力可以調控線粒體的斷尾式分裂，在活細胞內線粒體能夠感知到拉力，並通過斷尾式分裂的方式來作出回應。
斷尾式分裂的生理作用
經過斷尾式分裂後，線粒體分為主體部分和一個斷開的細管。研究人員進一步研究發現線粒體內膜和基質被保留在主體中，而斷開的細管攜帶了線粒體不需要的外膜物質，並能夠通過線粒體自噬將其降解。線粒體自噬是細胞內清除受損線粒體的重要機制，這意味着線粒體可以利用斷尾式分裂的策略精準消除不需要的部分，從而維持自身的健康狀態。
段麗婷教授總結說：「我們的研究證明了物理刺激在調節線粒體結構中的作用，為線粒體如何維持其健康和功能提供了新的視角，有助於我們更深入了解細胞健康的複雜性和各種疾病的內在成因。」
線粒體斷尾式分裂的示意圖和顯微鏡下的螢光影像（比例尺：2微米）
拉力導致的斷尾式分裂有利於維持線粒體的健康狀態
