本研究由Junjie Gao（上海交通大学附属第六人民医院骨科、西澳大利亚大学医学学院）、An Qin（上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科）、Delin Liu（西澳大利亚大学医学学院）、Rui Ruan（西澳大利亚大学医学学院）等来自中国、澳大利亚、美国、日本的多个团队合作完成，通讯作者为Minghao Zheng（西澳大利亚大学）、Changqing Zhang（上海交通大学）和Hiroshi Takayanagi（东京大学）。研究成果于2019年11月20日发表在Science Advances（期刊编号：eaaw7215）。
本研究属于细胞生物学与骨代谢交叉领域，聚焦于线粒体转移（mitochondrial transfer）这一新兴现象。线粒体转移在组织稳态和癌症化疗耐药性中起关键作用，但其具体机制尚不明确。骨细胞（osteocyte）是成熟骨组织中的主要细胞类型，通过高度发达的树突网络相互连接，是研究细胞间线粒体转移的理想模型。
骨细胞长期被困于骨陷窝（lacunae）中，易受代谢压力（如缺氧、机械负荷）影响，但其存活机制尚不清楚。本研究提出假说：内质网（ER）与线粒体的接触可能介导骨细胞间的线粒体转移，从而维持代谢稳态。研究目标包括：
1. 验证骨细胞树突网络中是否存在线粒体转移；
2. 探究ER-线粒体接触在此过程中的作用；
3. 揭示衰老过程中线粒体转移能力下降的机制。
研究对象：
- 原代骨细胞：从小鼠颅骨（calvariae）和股骨皮质骨分离，按年龄分为4月、12月、18月三组。
- MLO-Y4细胞系：小鼠骨细胞样细胞系，用于动态观察。
实验方法：
- 免疫荧光染色：使用线粒体外膜蛋白TOM20标记线粒体，肌动蛋白染料phalloidin标记树突，共聚焦显微镜成像。
- 定量分析：通过ImageJ量化不同年龄组中线粒体在树突中的分布密度。
关键发现：
- 线粒体沿树突均匀分布，但随年龄增长显著减少（图1c-d）。
- MLO-Y4细胞中，线粒体与微管蛋白（tubulin）共定位，且具有功能性（ATP合成和mtDNA复制活性）（图1e-g）。
实验设计：
- 荧光标记技术：
- 供体细胞：转染光激活线粒体标记蛋白（ptaqYFP-mito）；
- 受体细胞：用PKH26膜染料标记。
- 共培养系统：通过活细胞成像观察线粒体从供体向受体的动态迁移（图2b-d）。
结果：
- 52%的线粒体呈顺向运动（向相邻细胞迁移），17%为逆向运动（图2e）。
- 3D成像证实线粒体通过树突直接转移至受体细胞质（图2f-g），而非通过细胞外释放途径（补充图S1）。
模型构建：
- mtDNA耗竭模型（MLO-Y4 ρ⁰细胞）：用溴化乙锭（EtBr）处理MLO-Y4细胞，消除线粒体功能（图4c）。
- Transwell共培养：健康骨细胞与ρ⁰细胞通过树突跨膜连接（图4a-b）。
功能验证：
- 健康骨细胞将功能性线粒体转移至ρ⁰细胞，恢复其ATP水平、氧消耗能力，并降低活性氧（ROS）积累（图4f-g，补充图S4）。
机制探究：
- 共定位分析：共聚焦显微镜显示TOM20（线粒体）与calnexin（ER标记物）在树突中紧密共定位（图5a-b）。
- 动态追踪：活细胞成像显示线粒体移动与ER动态相关（图5c-i，视频S2-S3）。
- 关键蛋白MFN2：
- 敲低MFN2（线粒体-ER锚定GTP酶）后，线粒体转移效率下降（图6d-g）；
- 衰老骨细胞中MFN2表达降低，与线粒体分布减少相关（图6j-k）。