线粒体作为细胞的“能量代谢中心”，其突变或者功能异常是导致线粒体遗传病、神经退行性疾病乃至衰老等一系列重大疾病的关键原因，如何治疗线粒体相关疾病是困扰全球医学界的难题。

3月18日，来自广医-广州生物院联合生科院、中国科学院广州生物医药与健康研究院的刘兴国/龙琪团队联合多家单位在国际顶级期刊Cell发表题为Transplantation of encapsulated mitochondria alleviates dysfunction in mitochondrial and Parkinson's disease models的研究论文。在这项工作中，研究团队开创性利用血液来源的红细胞膜包裹健康线粒体，制备“线粒体胶囊”，突破性实现了高效的线粒体移植，并提出了“细胞器治疗”的新概念。

应用这一技术，研究团队成功降低了线粒体遗传病病人细胞的线粒体DNA突变率，拯救了细胞代谢功能缺陷；同时，在帕金森症、雷氏综合征、线粒体DNA耗竭综合征等多种疾病动物模型中，成功实现在体移植和治疗，为本技术在线粒体疾病治疗的临床转化奠定了基础。

线粒体作为细胞的能量工厂和代谢中心，拥有独立的DNA，在细胞生长、分化及衰老等生命过程中起着核心作用。线粒体DNA突变或损伤，是导致线粒体遗传病、神经退行性疾病及心力衰竭等多种重大疾病的关键原因。目前临床治疗仅能缓解症状，无法根治。线粒体移植作为一种新兴技术，旨在通过补充健康线粒体修复细胞功能。胚胎水平的线粒体置换已成功干预线粒体遗传病的代际传播，但无法治疗线粒体疾病患者本人。线粒体移植可能是实现线粒体疾病治疗的潜在方法。

研究团队创新性地利用红细胞与线粒体组装获得“线粒体胶囊”，实现了高效、可控的线粒体移植。该“线粒体胶囊”可以将供体线粒体高效地送到受体细胞，并可以与内源线粒体融合，实现线粒体功能性整合。在功能验证中，线粒体囊泡挽救了线粒体DNA完全缺失的ρ0细胞，使其恢复了线粒体DNA编码基因的转录，恢复线粒体膜电位以及有氧呼吸ATP生成。

“线粒体胶囊”介导的线粒体移植，也成功降低了线粒体遗传病患者来源细胞的线粒体DNA大片段缺失，以及MELAS综合征患者细胞中的线粒体DNA点突变（m.3243A>G），并且患者细胞受损的有氧呼吸链复合物活性也得到了恢复，细胞活力得到提升。

研究团队进一步使用小鼠和食蟹猴为模型，进行在体线粒体移植实验，并成功将线粒体移植到肝脏、肌肉、大脑皮层等多个组织器官。

基于细胞层面的突破，研究团队进一步在三种极具代表性的难治性疾病动物模型中开展了在体验证：利用雷氏综合征小鼠模型（Ndufs4-/-），本技术介导的线粒体移植显著提升了小鼠的运动能力，并有效延长了其寿命，恢复了毛发生长。利用线粒体DNA耗竭综合征小鼠模型（DGUOK-/-），发现了线粒体移植能够拯救肝细胞中线粒体DNA的耗竭，改善肝脏代谢功能。利用药物诱导的帕金森症小鼠模型，研究团队发现无论通过静脉注射或者脑定位注射“线粒体胶囊”，都能有效挽救帕金森小鼠多巴胺神经元缺失，并恢复小鼠的运动能力和平衡能力。这一系列研究为线粒体遗传病、神经退行性疾病等疾病的治疗提出了的新治疗方案。

这项研究突破了以往组织器官层面的研究，从细胞的微观层面，开创了“细胞器治疗”新范式，并在多种疾病模型中证实了有效性。研究团队将致力于优化本技术，实现特定组织细胞的精准靶向，为全球数以百万计的线粒体疾病患者及神经退行性疾病患者点亮新的希望。

广医-广州生物院联合生科院/中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国研究员、广医-广州生物院联合生科院龙琪教授为该文章的共同通讯作者。博士后杜世伟，广医-广州生物院联合生科院龙琪教授、周艳双副教授、硕士研究生符江琴为该文章的共同第一作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。