线粒体的分裂与融合、线粒体的运动与分布以及线粒体嵴重塑被称为线粒体动力学。线粒体分裂时,线粒体内膜两侧形成钙离子流动,进而招募Drp1并促进线粒体外膜分裂。线粒体融合则由线粒体融合蛋白等诱导。线粒体分裂产生大量小而圆的线粒体,维持细胞极性,清除受损的线粒体。而线粒体融合则产生细长的线粒体,实现线粒体连接与物质交换,为细胞提供充足的能量。
 

线粒体动力学与干细胞的成骨分化高度相关。通常,未分化的BMSC处于静止期,这决定着细胞不需要数量可观或形态发达的线粒体。但是当 BMSC经历成骨分化时,胞内蛋白质合成急剧增加。众所周知,蛋白质合成是最耗能的生理过程之一。这意味着细胞内大部分聚集于核周的破碎状不成熟球形线粒体并不能满足代谢需求。BMSC成骨分化后,线粒体广泛分布于细胞内,随时随地进行氧化供能以提供充足的能量。在形态方面,线粒体形态也由不成熟的球形转变为成熟的短棒状,内膜嵴结构盘曲增多,表面积增加。
 

生物学功能与其结构变化相适应,线粒体代谢随之增高,ATP合成增加。虽然线粒体分裂与融合调控BMSC成骨分化的具体分子机制尚未清楚,然而不少学者已经对其他组织来源的干细胞进行了大量体内体外实验。研究证实,Mfn2表达增加导致牙周膜干细胞的成骨分化抑制。Mfn2敲低通过下调Wnt/β-catenin信号介导的有氧糖酵解促进MSC的成骨分化。成骨分化时BMSC中存在与其他类型干细胞同样的线粒体动力学变化趋势,提示线粒体在不同源性干细胞成骨中的作用机制可能相同。
 

出自《线粒体与骨髓间充质干细胞成骨分化关系的研究进展》作者李晨 甘雪琦.