眾所周知，正常人體溫度約為37℃。然而一項由法國研究人員帶來的新成果卻表明，人體細胞內部溫度遠在此之上！
這將是一個足以令所有體溫計都失去意義的故事。在那些維持我們身體正常運作的生化反應場所，也就是人體細胞的深處，環境溫度繚繞在一個理論上人體無法承受的水平：50℃！
我們大家都知道，人體正常運作時的溫度在37℃左右，並且，鑑於人類是恆溫動物，所以體溫必須儘可能地保持穩定：為了與人類生活相匹配，人體體溫只能在非常有限的範圍內浮動，即35℃至40℃。
同時演化也賦予了人體很多調節方法以最大限度地維持37℃的體溫，例如通過汗腺調節汗液的分泌，利用棕色脂肪組織大量產熱等。一旦體溫超過這一閾值，人體主要的生化機制就會失常，甚至活性全無。
細胞的“發電站”
由法國國家健康與醫學研究院的生物能學家皮埃爾·拉斯廷（Pierre Rustin）主導完成的新近測量結果，著實令人困惑萬分。
通過分析線粒體的活動，皮埃爾·拉斯廷的團隊發現這些遊蕩於細胞質中、負責細胞整個生命週期所需能量的“發電站”，在全速運行時溫度可超出正常人體承受上限整整10℃！
電鏡下哺乳動物肺部細胞的兩個線粒體結構
自該實驗結論公佈起，整個細胞生物學界都因這一熱力學悖論陷入了動搖與爭論的漩渦中。這一顛覆性的溫度閾值必然會令眾多分子機制迎來徹頭徹尾的重新審定。“有關細胞呼吸的實驗全部需要複查，因為我們都是基於37℃的設定溫度來開展實驗的。
因此，很多現象和參數可能都是錯的。”瑞士蘇黎世大學生物化學研究所的實驗室主任伯努瓦·科爾馬恩（Benoit Kornmann）強調。“太震驚了……令人困擾啊！剛得知這一結果時甚至讓人懷疑它的真實性。”加拿大渥太華大學的線粒體整合生物學家揚·布埃勒（Yan Burelle）坦言。
通過熒光分子測定完整人體線粒體細胞過程
圍繞皮埃爾·拉斯廷、多米尼克·克雷蒂安（Dominique Chrétien）、保羅·貝尼（Paule Bénit）和馬烏戈熱塔·拉克（Malgorzata Rak）組建的這支團隊貝尼與芬蘭、德國、新加坡等多國的實驗室有著深入合作，他們開展的每一次實驗都很精細，且可重複。
要知道，該團隊並沒有採用傳統的溫度計來測量線粒體的溫度，因為無論溫度計多小，都無法應用於顯微級的實體。事實上，溫度計的角色是交由一種2015年才合成的熒光分子“mito-thermo-yellow”來扮演的。
mito-thermo-yellow
有機“鍋爐”
這種熒光微型溫度計可以附著在線粒體的產能區，其熒光會隨著溫度的升高而減弱，且能在溫度降低後回升。因此，通過測量其熒光強度，就能估算出線粒體的溫度。
那麼，怎樣解釋這個結果才最合理呢？“褪去最初的驚訝，我們或許可以試著給出一種解釋。”揚·布埃勒認為，“設想線粒體是高溫的鍋爐，由細胞負責把熱量散佈到整個機體中——這就形成了一種熱力學平衡。”
這一發現令生物物理學家們坐不住了！“人體內有大約 個細胞，每個細胞內都有數十個線粒體。若按此發現的數字計算將得出 瓦特的功率，差不多相當於10座核電站的水平！”德國馬普研究所的發育生物學家查理德·內爾（Richard Neher）解釋道。
在完整的HEK293細胞中，呼吸電子流的速率決定了線粒體的溫度。
此外，他也對尺寸不過十餘微米水平的細胞內能實現10℃的熱梯度差提出了質疑：“如此大的細胞內溫差實在很難想象。”
皮埃爾·拉斯廷準備等到最終結果出爐後再加入討論。但他團隊中的生物能學家認為，生物物理學家的計算忽略了太多生物參數。比如線粒體內部與細胞其他部分隔開了三層膜，其導熱率仍然未知。況且，誰能打保票說全部線粒體都會在同一時間全速運行呢？
“熒光探測分子確實對溫度敏感，這方面毫無疑問，”揚·布埃勒表示，“問題可能出在溫度測量所選的區域。探測分子測出的興許只是極為有限範圍內的局部溫度？”確實，皮埃爾·拉斯廷的團隊也承認這種可能性：整個線粒體不會處處都是50℃， 但很可能散佈著多個“熱點”。
不容小覷的耐熱性
溫度超過40℃，酶不會變性失活嗎？在這一點上，實驗結果同樣奪人眼球。因為根據研究人員的測定，50℃下的酶反應速率達到了37℃時的3倍。溫度提高還會改變脂質膜的狀態，有點兒像一塊固態黃油在高溫下變軟。
此外，一些特定物質的運輸速度也在50℃的溫度下有所加快。
酶的結構
還有其他論據能捍衛細胞內主要機制活化無懼高溫的觀點。
例如，機體在高溫環境下會大量合成的熱休克蛋白，它們能規避不利的蛋白質相互作用，幫助蛋白質正常摺疊——就像是某種類型的超級隔熱材料！
“細胞多數組分都能承受48℃的高溫，當線粒體和細胞質基質中特別豐富的熱休克蛋白存在時尤為顯著。”瑞士日內瓦大學分子生物學系的榮譽教授烏爾裡希·希布勒（Ulrich Schibler）言之鑿鑿，“有些生物，例如超嗜熱古菌，甚至可以在接近水沸點的溫度下繁殖。
由於熱量會從熱源向四面八方消散，因此細胞內部可以被動保持溫差梯度。”
黃石公園的大稜鏡溫泉，其中的淺顏色由超嗜熱菌所形成。
研究人員還有一個發現：同一細胞內的不同線粒體會聚集在細胞核周圍或神經突觸末梢等特定區域，以局部加熱細胞的方式促成某些反應，例如加速DNA的複製或是改變突觸的通透性來促進神經遞質的傳輸。
這些研究結果或將改變我們對一些疾病的解讀和理解。例如，線粒體“加熱不夠充分”可以作為肌病或腦病患者線粒體活動減弱的解釋。
總之，針對線粒體的探索之旅才剛剛開始。即便我們的身體繼續以37℃示人，但線粒體火熱的秘密仍有很大一部分尚待發掘……
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