50年来，科学家们终于弄清楚了在线粒体中发现的一种分子机器是如何让我们从糖中制造出我们所需的燃料的，这是一个对地球上所有生命都至关重要的过程。线粒体是我们细胞的“发电站”。

剑桥大学医学研究委员会（MRC）线粒体生物学部门的科学家们已经弄清楚了这台机器的结构，并展示了它是如何像运河上的锁一样将丙酮酸盐（一种体内糖分解产生的分子）运输到我们的线粒体中。

这种分子机器被称为线粒体丙酮酸载体，早在1971年就被提出存在，但直到现在，科学家们才利用低温电子显微镜在原子尺度上观察到它的结构。低温电子显微镜是一种用于将物体图像放大到实际尺寸的16.5万倍左右的技术。详情发表在今天的《科学进展》杂志上。

剑桥大学高级研究员Sotiria Tavoulari博士首先确定了这种分子机器的组成，他说：“我们饮食中的糖为我们的身体提供能量。当它们在我们的细胞内被分解时，它们会产生丙酮酸，但要充分利用这种分子，它需要被转移到细胞的“发电站”——线粒体内。在那里，它有助于以细胞燃料ATP的形式增加15倍的能量。”

Hughes Hall的博士生、该研究的联合第一作者Maximilian Sichrovsky说：“让丙酮酸进入我们的线粒体听起来很简单，但直到现在我们还不能理解这个过程发生的机制。”利用最先进的低温电子显微镜，我们不仅能够展示这种转运体的样子，还能确切地展示它是如何工作的。这是一个极其重要的过程，了解它可以为一系列不同的疾病带来新的治疗方法。”

线粒体被两层膜包围。外膜是多孔的，丙酮酸可以很容易地通过，而内膜则不允许丙酮酸通过。为了将丙酮酸运输到线粒体中，首先载体的外部“门”打开，允许丙酮酸进入载体。然后这扇门关闭，而内门打开，允许分子通过进入线粒体。

“它的工作原理就像运河上的水闸，但在分子尺度上，”来自MRC线粒体生物学部门的埃德蒙·昆吉教授说，他是剑桥大学三一学院的研究员。“在那里，门的一端打开了，船可以进去。然后它关闭，另一端的门打开，让船只顺利通过。”

由于它在控制线粒体产生能量的方式中起着核心作用，这种载体现在被认为是治疗一系列疾病的有希望的药物靶点，包括糖尿病、脂肪肝、帕金森病、特定癌症，甚至脱发。

丙酮酸并不是我们唯一的能量来源。我们的细胞也可以从体内储存的脂肪或蛋白质中的氨基酸中获取能量。阻断丙酮酸载体将迫使身体从其他地方寻找燃料，从而创造了治疗许多疾病的机会。例如，在脂肪肝疾病中，阻止丙酮酸进入线粒体可能会促使身体使用储存在肝细胞中的潜在危险脂肪。

同样，某些肿瘤细胞依赖于丙酮酸代谢，例如某些类型的前列腺癌。这些癌症往往非常“饥饿”，产生多余的丙酮酸运输载体，以确保它们能养活更多的人。阻断这种载体可以使这些癌细胞缺乏生存所需的能量，从而杀死它们。

先前的研究也表明，抑制线粒体丙酮酸载体可能会逆转脱发。负责头发生长的人类毛囊细胞的激活依赖于新陈代谢，特别是乳酸的产生。当线粒体丙酮酸载体被阻止进入这些细胞的线粒体时，它就会转化为乳酸。

Kunji教授说：“抑制载体功能的药物可以重塑线粒体的工作方式，这在某些情况下是有益的。”电子显微镜使我们能够准确地看到这些药物是如何结合在载体内部并堵塞载体的——你可以说，这是一个正在工作的扳手。这为基于结构的药物设计创造了新的机会，从而开发出更好、更有针对性的药物。这将真正改变游戏规则。”

这项研究得到了医学研究委员会的支持，并与威斯康星医学院的Vanessa Leone教授、美国国立卫生研究院的Lucy Forrest教授和布鲁塞尔自由大学的Jan Steyaert教授小组合作进行。