本报讯 与人体器官不同，线粒体等细胞器并非固定不动，但细胞器移动的时间、位置、方式及原因仍不明确。科学家研究发现，当分泌胰岛素的胰腺细胞——β细胞暴露于高浓度葡萄糖时，内部的线粒体会向细胞外围移动。这种迁移可能参与调控胰岛素分泌过程，因为β细胞的线粒体负责感知葡萄糖水平。相关研究近日发表于《生物物理期刊》。

“细胞器不是静止的，而是始终在运动并相互沟通。”论文通讯作者、美国圣路易斯华盛顿大学的Shankar Mukherji表示，“我们的研究结果凸显了细胞结构组织如何在细胞功能中发挥重要作用，即使是在你可能意想不到的情况下也是如此。”

线粒体通过氧化磷酸化产生ATP，为细胞活动提供能量。先前研究表明，神经元会主动将线粒体定位在远离细胞中心的轴突和树突中，这些部位需要大量能量维持功能。但神经元在细胞形态与尺寸上属于极端类型，对多数其他细胞类型的研究显示线粒体呈随机分布。因此，研究人员惊讶地发现，在β细胞中，线粒体似乎会通过向细胞边缘移动来响应葡萄糖水平的变化。

“β细胞的结构相对简单紧凑。”Mukherji说，“它们不像神经元那样具有特殊形态，所以当我们偶然观察到这一现象时，确实感到有些意外。”

研究人员使用荧光染料标记了实验室培养的胰腺细胞的线粒体，将细胞分别暴露于低浓度和高浓度葡萄糖环境中，并利用显微镜拍摄观察。在统计细胞不同区域的线粒体数量时，他们发现暴露于高浓度葡萄糖的细胞边缘区域线粒体密度更高。

为探究这一现象背后的机制，研究人员采用化学物质干扰不同的细胞功能。结果发现，抑制ATP生成并未影响线粒体分布，表明线粒体移动不依赖自身功能。然而当破坏细胞的微管（细胞骨架的蛋白质组成部分）后，即使处于高葡萄糖环境，向细胞外围迁移的线粒体数量也显著减少。同样，即使存在高浓度葡萄糖，抑制环磷酸腺苷（cAMP）介导的沿微管运动，也会导致细胞外围线粒体数量降低。

基于这些发现建立的计算模型显示，线粒体通过结合微管来响应葡萄糖浓度变化，以进行自我重新分布，这种结合使它们能以比自由扩散更快、更有方向性的方式移动。

“当线粒体与微管结合时，它们向细胞边缘运动的速度会显著提高。我们认为，这种向边缘定向运输的机制最终是由葡萄糖触发的。”Mukherji说。

在β细胞中，线粒体还参与胰岛素分泌过程。具体而言，β细胞会持续从血液中摄取葡萄糖并将其转化为ATP。当细胞内ATP水平达到特定阈值时，会触发钙离子内流，进而引发胰岛素分泌。

研究人员目前正在验证这种由葡萄糖诱发的线粒体移动是否与胰岛素分泌直接关联。他们还计划开发实时拍摄线粒体运动轨迹的技术。

“线粒体处于连接葡萄糖代谢与胰岛素分泌的关键枢纽位置。探究胰岛素分泌本身依赖于线粒体在细胞内的定位，对于理解该机制与β细胞生理功能的关系至关重要，也将有助于解析疾病状态下相关环节如何发生功能障碍。”Mukherji说。（冯维维）

相关论文信息：

http://doi.org/10.1016/j.bpj.2025.11.018

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