人类线粒体并非37℃

飞翔的朊病毒

        1月25日《PLOS Biology》的一篇文章提出证据证明线粒体的温度比正常体温高10℃！ 即便在寒冷的冬天，人体内部温度也基本保持在一个相当恒定的温度（37.5℃），因此人们想当然地认为大部分体内生理过程都在这个温度下发生，包括最小的产热亚细胞结构，线粒体。但是，令人惊讶的是，1月25日《PLOS Biology》的一篇文章提出证据，实际上线粒体的温度比正常体温高10℃！
       恒温动物保持体温的关键是通过消费食物，将能量富集到线粒体，燃烧生热。成千上万的线粒体在细胞内形成一个复杂网络。双层线粒体膜内部发生着相当多的生物催化化学反应，释放的能量40%被化合物ATP捕捉，驱动各项功能性活动，例如心跳、大脑活动、肌肉收缩等，其余60%则以热量的方式散发出去。
       这份报告结果显示，在体温恒定在37.5℃时，线粒体就像四处漏风的房间中的恒温“散热器”，这种亚细胞结构的温度比周围环境高得多。
       科学家们利用对温度特别敏感的化学探针（Mito Thermo Yellow探针）观察到了这种生命现象。当把“分子温度计”（如图）插入线粒体中心后，它的示数稳定在50℃左右。特别是，完好无缺的活细胞的线粒体温度比放置在培养基内的线粒体温度（38℃）高10多度。通过各种手段灭活线粒体后，它内部的高温现象就会消失，证明高温是线粒体功能性的表象。

左：热敏探针照亮的4个人类细胞的线粒体，细胞核（N）、热丝状线粒体（黄红色）
右：线粒体辐射体，高倍渲染的、与线粒体膜并列紧密排列的热丝，可加热线粒体内部微环境。


       研究人员还发现，一些人类线粒体酶的最适工作温度是50℃，这支持了“分子温度计”的检测结果。
       由于文章结论过于离经叛道，《PLOS Biology》收稿后立即邀请伦敦大学学院进化生物能学教授Nick Lane对此进行点评。
没有参加此项研究的Lane教授阅览手稿后表示，虽然结果拥有令人兴奋的潜力，但仍需进一步验证，他说：“这绝对是一个很激进的观点，如果它是真的，为什么长期以来如此重要的事件我们却从未发现？”
       Lane对Mito Thermo Yellow探针提出一连串的疑问，包括极端的温度梯度、微观尺度的“温度”定义。“需要进一步实验证明Mito Thermo Yellow的特异性和它在线粒体内的确切定位。同时，我怀疑10℃的温度差只是作者们的主观臆测，而非严谨证明。”
       国家健康与医学研究院（INSERM）和法国国家科研中心（CNRS）的研究人员，以及芬兰、韩国、黎巴嫩和德国的合作者们认为，线粒体核心微空间的高温确实出人意料。如果观点成立，将导致我们不得不重新审视线粒体功能，包括它们的酶活、膜渗透性、遗传缺陷对线粒体活性的不良后果，以及所有我们在37.5℃条件下检验的毒理和药理反应。37.5℃虽然是人体温度，但显然它并非线粒体温度。
     “无论这些想法是否正确，细胞线粒体的热生成和热分布仍有很多待解之谜，需要我们认真对待，”Lane教授总结道。
原文检索：Mitochondria are physiologically maintained at close to 50 °C