线粒体是机体细胞中的能量工厂，通过呼吸将能量物质转化为三磷酸腺苷（ATP）形式供细胞活动使用。2015年7月30日《细胞》上发表两篇重要研究论文，来自MIT的科学家们揭示了细胞增殖需要线粒体呼吸作用的分子机制，如果没有呼吸作用提供的电子受体，即使细胞不缺乏ATP，细胞也不会进行增殖。

天冬氨酸是生物体内赖氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸等氨基酸及嘌呤、嘧啶碱基的合成前体。增殖细胞需要制造大量RNA、DNA和蛋白质，因此必须有足够天冬氨酸存在。天冬氨酸虽然也是组成蛋白质的基本元件，但不像其它氨基酸，血液中天冬氨酸很少，细胞需要自己制造天冬氨酸，为了制造天冬氨酸及核酸，细胞需要接受电子。

关于天冬氨酸与线粒体能量代谢的关系，需要了解苹果酸-天冬氨酸穿梭作用。苹果酸-天冬氨酸穿梭（malate-aspartate shuttle，也称为苹果酸穿梭）是真核细胞中一个转运在糖酵解过程中传出的电子跨越半通透性的线粒体内膜以进行氧化磷酸化的生物化学体系。

胞液中的NADH在苹果酸脱氢酶催化下，使草酰乙酸还原成苹果酸，后者借助内膜上的α-酮戊二酸载体进入线粒体，又在线粒体内苹果酸脱氢酶的催化下重新生成草酰乙酸和NADH。NADH进入NADH氧化呼吸链，生成3分子ATP。草酰乙酸经谷草转氨酶催化生成天冬氨酸，后者再经酸性氨基酸载体转运出线粒体转变成草酰乙酸。

MatthewVander Heiden教授指出，这是所有增殖细胞都必须解决的问题，研究调查了哺乳动物细胞解决该问题的机制，首先对癌细胞进行遗传操作使其不能够呼吸代谢，这些癌细胞就不会增殖，随着部分细胞死亡癌细胞群体数量逐渐减少。

随后发现，细胞呼吸调节细胞增值主要通过天冬氨酸产生实现，如果存在特定营养物质，比如丙酮酸盐，可以替代受损细胞所需要的电子受体，这样细胞可以在没有天冬氨酸情况下增殖；这表明细胞可利用丙酮酸盐的电子受体制造产生天冬氨酸，这对于癌症研究非常重要，因为癌细胞经常利用这种方式来进行增殖。

另一篇研究报道中，研究者利用另外一种方法确定天冬氨酸和细胞呼吸之间的关联，研究者利用基因编辑工具CRISPR进行了一项遗传筛查试验揭示，正常情况下，天门冬氨酸氨基转移酶可消耗天冬氨酸来将电子转移到线粒体中。没有天门冬氨酸氨基转移酶情况下，当细胞呼吸被抑制时其就会死亡。后期研究发现，当细胞呼吸作用丧失时，天门冬氨酸氨基转移酶会通过催化逆反应在细胞内液中产生天冬氨酸来补偿线粒体天冬氨酸合成的缺失，丙酮酸盐可以促进天冬氨酸的合成，从而通过提供产生额外电子的地方来恢复细胞的增殖能力。

KivancBirsoy表示，研究揭示了呼吸在细胞增殖中的主要角色，这对于后期癌症研究非常关键，对于线粒体疾病患者而言，他们往往会经历细胞呼吸等问题。研究对于发现癌症发病机制及新型疗法会带来一定帮助。

参考文献

SupportingAspartate Biosynthesis Is an Essential Function of Respiration in ProliferatingCells

AnEssential Role of the Mitochondrial Electron Transport Chain in CellProliferation Is to Enable Aspartate Synthesis