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这项研究揭示了癌症转移过程中神经元向癌细胞转移功能性线粒体的全新机制。研究人员通过构建MitoTRACER遗传标记系统，首次证实神经元通过隧道纳米管（Tunneling nanotubes）将线粒体转移至乳腺癌细胞，显著增强其氧化磷酸化（OXPHOS）能力、干细胞特性和转移潜能。该发现为理解神经-癌症互作（Nerve-cancer crosstalk）提供了代谢视角，为阻断癌症转移提供了潜在治疗靶点。
癌症转移是导致患者死亡的主要原因，而神经系统在肿瘤微环境中的作用近年来备受关注。临床观察发现，肿瘤内神经密度与癌症转移风险呈正相关，但背后的机制始终成谜。传统观点认为神经元主要通过分泌神经递质影响癌细胞，然而美国德克萨斯大学MD安德森癌症中心等机构的研究团队在《Nature》发表突破性研究，首次揭示神经元可直接将功能性线粒体转移至癌细胞，赋予其更强的转移能力。这一发现为理解癌症的"神经成瘾性"（Neural addiction）提供了全新视角。
研究团队采用多学科交叉方法：1）建立化学去神经（Botulinum toxin A）动物模型结合转录组分析；2）开发MitoTRACER遗传报告系统永久标记线粒体受体细胞；3）应用纳米孔测序检测mtDNA异质性；4）通过高分辨率多光谱成像定量临床样本线粒体负荷。这些技术实现了从细胞到临床的全链条验证。
神经撤退损害肿瘤生物能量学
通过肉毒杆菌毒素（BoNT/A）诱导乳腺癌去神经化，RNA-seq显示去神经肿瘤中三羧酸循环（TCA cycle）通路显著下调，侵袭性病灶减少83%（从55%降至12%）。
癌症促进神经元线粒体增殖
共培养实验显示，4T1乳腺癌细胞诱导神经前体细胞（SVZ-NSCs）分化为成熟神经元时，其线粒体DNA（mtDNA）拷贝数增加14倍（从16增至226拷贝/细胞），线粒体网络从球状重构为管状。
神经元向癌细胞转移线粒体
时间推移显微成像捕捉到神经元通过隧道纳米管（红色箭头标记）向4T1细胞转移线粒体（白色箭头）的动态过程。流式细胞术检测到31.4%的癌细胞获得神经元线粒体，细胞接触依赖性转移率（23.04%）远高于非接触转移（0.59%）。
转移的线粒体具有功能性
使用ρ0（线粒体DNA缺失）4T1细胞验证显示，神经元线粒体转移可恢复其氧化磷酸化能力，挽救尿苷依赖性生长缺陷，ATP产量提升3倍。
体内转移普遍存在
临床前列腺癌样本显示，神经周围癌细胞线粒体含量比远离神经区域高47%（P<0.001）。小鼠模型中，宿主神经元向癌细胞转移的线粒体占肿瘤总mtDNA的35%，BoNT/A去神经化可显著抑制该过程。
受体细胞的命运图谱
通过MitoTRACER系统追踪发现，原发瘤中仅1.6%的癌细胞获得神经元线粒体，但在脑转移灶中这一比例飙升至46%（P=1.2275×10-6），提示这些细胞具有显著的转移优势。
该研究确立了神经-癌细胞线粒体转移是癌症转移的关键推手。神经元通过"代谢捐赠"使癌细胞获得：1）增强的OXPHOS能力，基础呼吸提升2.1倍；2）干细胞特性，乳腺球形成率增加300%；3）抗氧化压力能力，GSH/GSSG比值改善40%；4）剪切应力抗性，存活率提高65%。这些优势共同构成了癌细胞的"转移工具箱"，特别是促进了血行转移难度最高的脑转移（在乳腺癌和黑色素瘤模型中均验证）。
临床意义在于：1）解释了神经密度与癌症不良预后的关联机制；2）为开发针对神经-癌症代谢互作的疗法（如局部神经阻断）提供理论依据；3）MitoTRACER技术为研究细胞间物质转移开辟新途径。该成果将癌症神经生物学（Cancer neurobiology）研究推向新高度，为理解肿瘤微环境中复杂的非细胞自主调控机制树立了典范。
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