細胞的發電廠，你所不知道的粒線體

【文：廖可熏博士／國立陽明大學微生物及免疫學研究所博士、再生緣生物科技研發部專案經理】

粒線體是什麼？

• 是生物的發電廠。可以利用氧氣製造ATP，提供細胞生存所需的能量。粒線體在每個人的體內都約有一萬兆個，約占體重的百分之十。
• 粒線體的基因不同於細胞核的基因，是自己擁有一套基因。這套粒線體基因必須具有均一性（homoplasmy），才能與細胞核密切的互動維持細胞的機制。因此幾乎只會透過母親遺傳給子代。因此追溯粒線體就可能找到人類發展史上的祖先，稱為「粒線體夏娃」。但是在2018年 Taosheng Huang發現有一名因為粒線體疾病造成肌無力的病童身上同時有父系粒線體的基因及母系粒線體的基因，且媽媽的粒線體基因也是同時來自其父親及母親。雖然有些人有粒線體疾病，但也有些人沒有。
• 是犯罪鑑識的幫手，一個細胞中可能多達數千個粒線體，像肝臟細胞就有1000-2000個粒線體存在，因此就有大量的粒線體基因。且粒線體基因具有極大的異質性，連同個體不同器官的粒線體都會有差異，其數量可在無法採集到足夠DNA時，提供另一種犯罪與犯罪者的強力連結。在台灣常用於無名屍與親屬之親緣關係比對及野生動物濫捕。根據台灣法務部調查局的研究，700位住民的檢品中，共發現 652 種不同粒線體基因，且人種間有高度差異。

粒線體與老化及神經性疾病的影響

• 細胞代謝作用越旺盛，粒線體的量越多。隨著年齡，細胞代謝作用下降，其粒線體的數量也會下降。當粒線體的基因產生一定量的鹼基突變就產生氧化受損的蛋白，健康的粒線體有能力利用細胞囊泡運輸系統清除氧化受損的蛋白質，以維持粒線體的運作；最差的情形也會引發粒線體自噬，讓受損的粒線體被身體清除。但是當大腦內的粒線體受損，無法正常產生能量時，就可能引起衰老、炎症、神經退化性疾病及壽命縮短。
• 粒線體與神經性疾病的關聯，尤其是帕金森氏症，已被認為有一定程度的連結。而近年因為疫情影響，新冠肺炎成了新一代的研究對象。這時，粒線體也被發現是病毒主要攻擊的對象，造成細胞凋亡。因此長新冠常出現的疲累就被認為是粒線體受損的表現。有研究證實，周邊血中的粒腺體DNA與預後的不良反應具正相關。

間質幹細胞利用粒線體達到免疫調控機制

由於SARS-COV-2病毒會引起強大的免疫風暴，因此世界各國紛紛出現使用間質幹細胞治療病毒所引起的相關疾病，如中、美、台灣、西班牙等。因為間質幹細胞可以抑制T細胞及B細胞、NK 細胞活化和增殖並抑制抗原呈遞細胞 (APC)的遷移和成熟，減少免疫反應。而2022年情人節，波蘭科學家發現了一個有趣的機制，Dr. Natalia Maria Marek-Trzonkowska發現抑制免疫反應的Treg 細胞與間質幹細胞共同培養時，可以吸收間質幹細胞的粒線體加強自身的抑制反應。另外Treg細胞也可以透過間質幹細胞的外泌體，得到粒腺體DNA，同樣可以增強Treg的免疫抑制作用。除了粒線體的輸出外，澳洲墨爾本的團隊發現間質幹細胞也可以調控粒線體的功能，加強其抗氧化的能力，避免細胞凋亡，減少炎症發生。

維持粒線體健康的重要性

攝取適當營養與規律運動可以增加粒線體數量與提升其功能，但隨著年齡，細胞代謝作用下降，其粒線體的數量也會下降。

再生醫學的蓬勃發展，推進了細胞療法的快速演進，世界各國的醫學家們也持續鑽研細胞對於人體疾病的效果。而異體使用，雖有配對卻仍有免疫排斥的風險；因此很多實驗偏向使用自體細胞。近年來學者致力於自體幹細胞的研究，其中新生兒幹細胞備受關注。新生兒幹細胞可由母親生產時的臍帶血、羊膜、臍帶、胎盤採集，取得相較侵入式抽取更加安全，且細胞年紀、品質及活性都是最佳最純淨，可成為寶寶和全家人一生的健康守護。儲存一次，守護一世，也是保障全家人的健康方程式 !

1.https://pansci.asia/archives/152034

2.https://www.chinatimes.com/hottopic/20201223000001-260809?chdtv

3.Nat Aging 2, 199–213 (2022). https://www.nature.com/articles/s43587-022-00191-2#citeas

4.http://tafs.cid.cpu.edu.tw/rapsession/2003abstract/2003abstract-D.pdf

5.Front Cardiovasc Med. 2021; 8: 830024.

6.Nat Commun 13, 856 (2022). https://www.nature.com/articles/s41467-022-28338-0

7.Stem Cells Transl Med. 2020 Sep;9(9):985-1006.