生物通报道：来自北京大学分子医学研究所，北京大学—清华大学生命科学联合中心等处的研究人员发表了题为“Kissing and nanotunneling mediate intermitochondrial communication in the heart”的文章，报道了细胞线粒体通讯研究的最新进展：静止不动的心肌线粒体表面会生发出纳米管，可瞬态接通相邻的或较远距离的线粒体，在一分钟内实现相连线粒体的物质交换，这揭示了一种线粒体物质交换和通讯、不同于融合-裂解的新机制。相关成果公布在PNAS杂志上。

这项研究由北京大学分子医学研究所、医学部生理学与病理生理学系郑铭研究组、北京大学分子医学研究所程和平研究组与北京大学工学院张珏研究组合作完成，文章第一作者为北京大学分子医学研究所黄小虎。

线粒体是真核细胞特有的细胞器，它既是细胞的能量代谢中心，也是细胞活性氧信号、生存与凋亡信号转导枢纽。线粒体能量代谢和信号功能障碍与心血管病、肿瘤、糖尿病等重大疾病密切相关。每个动物细胞含有成百上千个线粒体，它们是由独立生存的古细菌被古细胞吞噬，以“内共生”方式进化而来。细胞内线粒体处于十分活跃的运动之中，当线粒体相遇时会以融合-分裂（Fusion-Fission）方式进行物质和信号交换，以维系线粒体群的均质性和正常功能。

每个心肌细胞大约含有6000个线粒体。 可是，呈晶格状排列的收缩肌丝却限制了线粒体运动，难以实现线粒体融合-分裂。心肌细胞线粒体之间是否存在物质交换？如果有的话，又是如何实现的呢？

在这篇文章中，研究人员发现静止不动的心肌线粒体，会在其表面生发出直径约100nm的双层膜结构的纳米管，纤长的纳米管可瞬态接通相邻的或较远距离的线粒体，在一分钟内实现相连线粒体的物质交换，称之为线粒体“纳米通道”（Nanotunneling）。

此外研究人员还发现，与纳米通道并存的另一种通讯方式为相邻两静止不动的线粒体间短暂的接通，称之为线粒体“吻合”（Kissing）。心肌细胞线粒体通过纳米通道与吻合机制，可在约10小时左右,将局部物质和信号扩布至整个线粒体群落，从而构成一个动态的连续线粒体功能网络。

初步试验还表明，在心衰心脏中，线粒体纳米通道与吻合机制则有显著减退。而在其它多种细胞中，纳米通道机制普遍存在，与经典的融合-裂解机制共存不悖。这项研究工作揭示了一种线粒体物质交换和通讯、不同于融合-裂解的新机制。

原文摘要：

Kissing and nanotunneling mediate intermitochondrial communication in the heart

Mitochondria in many types of cells are dynamically interconnected through constant fusion and fission, allowing for exchange of mitochondrial contents and repair of damaged mitochondria. However, constrained by the myofibril lattice, the ∼6,000 mitochondria in the adult mammalian cardiomyocyte display little motility, and it is unclear how, if at all, they communicate with each other. By means of target-expressing photoactivatable green fluorescent protein (PAGFP) in the mitochondrial matrix or on the outer mitochondrial membrane, we demonstrated that the local PAGFP signal propagated over the entire population of mitochondria in cardiomyocytes on a time scale of ∼10 h. Two elemental steps of intermitochondrial communications were manifested as either a sudden PAGFP transfer between a pair of adjacent mitochondria (i.e., “kissing”) or a dynamic nanotubular tunnel (i.e., “nanotunneling”) between nonadjacent mitochondria. The average content transfer index (fractional exchange) was around 0.5; the rate of kissing was 1‰ s−1 per mitochondrial pair, and that of nanotunneling was about 14 times smaller. Electron microscopy revealed extensive intimate contacts between adjacent mitochondria and elongated nanotubular protrusions, providing a structural basis for the kissing and nanotunneling, respectively. We propose that, through kissing and nanotunneling, the otherwise static mitochondria in a cardiomyocyte form one dynamically continuous network to share content and transfer signals.

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