代谢典藏 | Nature metabolism 综述：线粒体的多面人生

撰文 | 高铭远  生茂正 游俊丰 郭盈盈 于剑

编辑 | 孟美瑶

▼ 重点（Highlights）

2、不同类型的组织和细胞中线粒体具有多样性。

3、目前的术语无法准确描述线粒体的不同特征，满足不了线粒体科学发展需求。

4、线粒体生物学的分析分为五个主要层次: (1) 细胞依赖的线粒体特性; (2) 线粒体特征; (3) 线粒体活性; (4) 细胞器功能; (5) 线粒体行为。

摘要

       不同类型的细胞具有特定的线粒体表型，从而发挥众多相互关联的功能，并经历动态而可逆的生理重塑。目前研究中经常使用“线粒体功能”和“线粒体功能障碍”等词语来描述线粒体的功能，线粒体具备多功能性和可塑性，这些术语不能准确描述线粒体复杂的生物学功能。为了增加线粒体科学在概念和实验方面的准确性，作者提出了一个术语系统来区分以下五个方面：(1)细胞依赖性; (2)分子特征; (3)活性; (4)功能和(5)行为。构建一个多方面且准确描述线粒体的术语系统，具有三个重要意义：首先它将帮助人们更系统地讲授线粒体生物学相关知识，其次它可以最大限度地促进线粒体科学的快速发展，并且该术语系统还能促进线粒体科学与其他学科的共同进步。提高线粒体科学在语言方面的专一性是完善理解线粒体机制过程中重要的一步，有助于研究线粒体这个独特的细胞器家族是如何维持细胞和组织的健康。

       为了指导科学进步，医学领域已经绘制出一种详细的图谱信息，它描述了身体部位和器官系统是如何完成机体的各项功能，由此形成的各种医学教科书中所显示的生理功能分类体系已成为现代医学的基础(图1A)。此外，细胞生物学介绍了几十种不同的细胞功能和行为，这些功能和行为相互作用以维持机体健康(图1B)。这些详细的研究成果指导了科研人员关于细胞如何分裂和分化、相互交流和相互作用的理论基础，推动疾病机制的发现，并促进了实验操作方法和专门检测仪器的发展，以探究不同类型活细胞的多面性。

       几十年来研究人员对线粒体的研究表明，线粒体与器官和细胞相似，具有多面性特征(图1C)。目前对线粒体的分子机制和功能多样性已经存在广泛的研究，但仍缺乏一个系统的命名法来描述线粒体生物学的功能、形态和分子结构。线粒体是生物医学领域中研究最多的细胞器，建立一个逻辑框架来研究线粒体的多面性十分重要。

       本文作者论述了如何在线粒体科学分类系统中进行具体准确的定义，来提高该领域队人类健康的帮助。

明确线粒体科学的必要性

       使用“细胞的发电站”来比喻线粒体过于简单，不能全面表述线粒体的多功能性和可塑性(图1D、E)。使用过于简单的类比也不利于线粒体科学的发展，这体现在两个方面：首先，像“发电站”这样的单一描述限制了科研人员对线粒体参与有机体生物学和生理学相关机制的研究。线粒体具有双膜结构、嵴和环状基因组。在更高的分辨率下，细胞亚型及其线粒体亚型在分子特征、活性、功能和行为上存在定性和定量上的差异。“发电站”的唯一功能是进行能量转换，但线粒体具有多面性和多功能性，因此用“发电站”来描述线粒体不够全面。

“发电站”这种类比阻碍线粒体领域发展的第二个方面是“发电站”一词本身。发电站的功能是能量转换，而发电站出现功能障碍的表现就是能量生产能力下降，线粒体可以发挥几十种功能，因此线粒体异常可能具有多种不同的表现。线粒体能够动态、可逆地适应能量、环境和其他压力的变化。线粒体的分子特征和功能发生暂时的改变是其适应功能的基础，这并不代表线粒体发生功能失调。对于已拥有数十年研究经历的研究人员来说，对某些概念的理解不只是局限于术语本身。但对于刚开始研究线粒体研究领域的初学者来说，术语是理解的基础，错误的术语会导致初学者的理解偏差。因此，重新定义“线粒体功能障碍”的概念，能够帮助研究人员更直观地从生理学角度解释线粒体的动态变化。

与“人体功能”或“细胞功能”这两个词语对医学和细胞生物学来说缺乏特异性和意义一致，仅用“线粒体功能”一词对于科学发展来说也缺少特异性。术语“线粒体功能”和“线粒体功能障碍”是错误且具有误导性的用词，因此在研究中应该用更具体的术语来描述线粒体，才能够准确阐明线粒体在复杂细胞和有机体中的作用机制。在本文中，作者首先列举了线粒体表型多样性的例子，总结不同器官和细胞类型中的线粒体在分子、功能和形态上特异性，提出了一个合理的概念框架和层次术语系统，该系统能够帮助指导线粒体科学的发展。本文的目的是提出一个可以描述线粒体在受到干扰时调节自身的多种调节方式的逻辑框架。当线粒体处于异常的代谢环境时，或者遭遇在线粒体生物学中可以量化为线粒体干扰的不同情况时，这一框架可以帮助指导研究人员发展理论和测量方法，有利于研究人员探究线粒体的多种功能，进而阐明线粒体参与调控生命健康的机理。

图1 | 线粒体生物学分析的综合方法

线粒体是多功能的，都生命体至关重要

      作为细胞器家族的一员，线粒体除了氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation, OxPhos)外，还具有多种功能。表1中列出了目前已知的线粒体功能和线粒体行为，所有线粒体都包含核心的OxPhos系统。OxPhos系统由五种蛋白复合物所构成，其中四种组合成电子传递链(Electron transfer chain, ETC)，组合而成的ETC将还原当量的自由电子传递给氧分子，并利用这个过程中产生的自由能(ΔG)在线粒体内膜(Inner mitochondrial membrane, IMM)上建立一个电化学梯度(ΔΨm + ΔpH)。电子也通过其他非经典来源，如甘油磷酸盐穿梭系统或特定细胞中的其他酶等途径被电子传递链捕获，进而产生的跨膜电位可以驱动线粒体发挥功能，例如吸收离子（如钙离子、钠离子、锰离子等）、摄入核编码蛋白和前体蛋白、合成铁硫(Fe/S)簇合物、介导由NNT编码的烟酰胺核苷酸转氢酶驱动的抗氧化防御过程、介导抗病毒信号、在ATP合成酶(OxPhos系统复合物V)催化下合成ATP、以及许多其他的功能。线粒体膜电位在维持线粒体渗透转换孔完整，调节嵴形状和线粒体融合/分裂动力学中也发挥着重要作用。其中，Fe/S团簇介导细胞内数十种酶促反应。有研究表明，细胞在没有OxPhos系统的情况下可以存活并正常合成Fe/S簇合物，但在没有线粒体进行能量供应的情况下则无法存活，说明合成Fe/S簇合物需要的是线粒体而不是OxPhos，且在缺少OxPhos功能的细胞中仍可以合成Fe/S簇合物。

表1 | 线粒体功能和行为

线粒体的生物合成

       线粒体除了发挥产生能量和合成Fe/S簇合物的功能外，还会发生回补和耗竭反应(小编注：回补反应指Anaplerotic，该过程将被生物合成消耗的TCA等循环的中间产物通过其他方式补充回来。耗竭反应指Cataplerosis，该过程通常发生在高度增殖的细胞中，其TCA等循环的中间体被迅速消耗用于其他生物合成)。三羧酸(TCA)循环连接线粒体的回补和耗竭过程，并释放出柠檬酸等代谢产物作为在细胞质中合成脂质和其他大分子的原料。与表现出代谢底物偏好性的细胞(例如，大脑中的神经元无法氧化脂肪酸，主要通过乳酸和酮体等物质供能)一样，线粒体对不同底物(主要包括丙酮酸、谷氨酰胺、脂肪酸和其他氨基酸)的亲和力也是不一样的。此外，一些特殊的线粒体也可以参与合成细胞生长和分裂所需的分子(如核苷酸、氨基酸和血红素)以及释放到机体循环中的内分泌信号分子。

线粒体介导的信号传递

       线粒体是系统信号中枢，主要负责在细胞内部和细胞间传递信息。在细胞内部，线粒体释放DNA和组蛋白表观遗传修饰所需的底物和辅因子，这些代谢物可以进入细胞核传递信号。例如，琥珀酸是线粒体基质产生的一种必需的代谢中间产物，它能在细胞内和细胞间传递信号。此外，一些线粒体还专门产生全身性信号。比如，性腺和肾上腺皮质中的线粒体专门负责类固醇的生成，其中包括定义生物体性别的激素(雌激素、孕酮和睾酮)，机体调节代谢和心理压力所需的糖皮质激素和矿皮质激素等。同时，一些线粒体通过其表面的DNA结合受体和G蛋白偶联受体感知细胞外旁分泌和内分泌输入的分子信号，包括琥珀酸、类固醇激素等多种分子信号，各种特殊的线粒体表型组成的复杂通信网络构成了整个生物体。

线粒体信号还包括其他更具完整性的通信方式，如细胞间线粒体转移。线粒体的分子成分(例如线粒体DNA (mtDNA))可进入细胞外囊泡和外泌体，以游离mtDNA的形式被释放到细胞外，进而在靶细胞/受体细胞中介导各种生物反应。此外，在生物体正常发育过程中、在处于胁迫条件的组织间、在不同类型的脑细胞间，以及作为心脏正常组织维持等情况下，相邻细胞之间会交换功能完整的线粒体。在人体的血液循环中也发现了大量的完整线粒体，但目前还未阐明其来源和目的地。不仅如此，线粒体在细胞间的相互作用程度以及这些过程对维持健康的影响在很大程度上也仍有待确定。

不同组织和细胞的线粒体多样性

线粒体多样性

线粒体具有明显的多样性。在不同的组织中，线粒体特化成不同的表型，这一现象可通过两种检测方式得到证实：1、对Ca2+培养的胰腺腺泡细胞中两个主要细胞质室的线粒体动态成像；2、定量分析大鼠脑、心、肝和肾分离线粒体的蛋白质组学差异。后一种方法的拓展推动了MitoCarta —小鼠线粒体蛋白质组数据库的诞生，揭示了基于组织的线粒体定量和定性差异。目前，该数据集已迭代到MitoCarta3.0，并衍生出其他可信度较高的的线粒体蛋白数据库(例如MitoCoP)，这些数据库为研究百余种生化途径和发现数十种新的线粒体蛋白质提供了丰富的资源。

在研究线粒体蛋白质组的同时，研究人员还发现了不同类型的组织和细胞内线粒体形态和分子具有遗传和非遗传异质性。在小鼠棕色脂肪组织、心脏、肝脏和肾脏的线粒体中，OxPhos组分、基质脱氢酶的表达和生化活性等方面表现出很大的差异，这使得它们对不同碳底物的氧化能力不同。不同的器官系统具有不同的生物能量需求和生理功能，不同的线粒体其分子、功能和形态水平也不同。上述概念为作者总结线粒体在不同器官、细胞类型和亚细胞室中的表型以及线粒体如何实现特定的细胞和有机体功能提供了基础。

接下来，作者举出几个不同细胞类型线粒体表型的例子，线粒体表型由(1)功能特征和(2)形态与超微结构特征两方面来定量和定义。

线粒体功能多样性

不同类型的组织、细胞和亚细胞区室含有不同的线粒体，在本文中作者举出了四个线粒体功能特化的例子。

1、血液白细胞线粒体表型

所有的白细胞都来源于相同的造血干细胞，但在不同的新陈代谢条件下白细胞分化为不同的谱系、细胞类型和细胞亚群，它们在生物体中都发挥独特的作用(图2A)。白细胞中存在两个主要谱系:固有免疫细胞和适应性免疫细胞。适应性免疫细胞系可以产生B淋巴细胞和T淋巴细胞，T细胞会分化为CD4+辅助细胞和CD8+细胞毒性细胞，每个细胞亚型均存在未激活状态(尚未暴露于抗原)、激活状态(效应因子)或记忆状态(持有抗原暴露的记忆)。

柠檬酸合酶(Citrate synthase, CS)活性水平可以粗略代表每个细胞的线粒体含量，图2B显示了在不同免疫细胞类型中CS的活性水平，线粒体DNA拷贝数(mtDNAcn，每个细胞mtDNA拷贝数)和OxPhos复合物酶活性等线粒体特征指标的差异。双变量图显示了不同类型细胞共同的线粒体特征和反应活性，表明了细胞不同亚型所存在的表型差异。在图中，对角线（即两种表型等比例变化）表示相同的线粒体表型，始自对角线的正交延长线则表示特定的线粒体特化/适应。

例如，与CD4+和CD8+T淋巴细胞相比，NK细胞和嗜中性粒细胞的CS活性和mtDNA处于较低水平，CD4+和CD8+T淋巴细胞的CS活性相似，且细胞中的mtDNA拷贝数要比NK细胞和嗜中性粒细胞多2-3倍。与其代谢改变相一致的是，CD4+和CD8+T淋巴细胞从未激活状态到记忆状态的转变过程中线粒体表型的变化是相同的。图2C中x轴和y轴上绘制两个特征的比值也揭示了在主要免疫细胞谱系中线粒体的特定类型，即线粒体表型（mitotypes）。

骨骼肌由两种主要的骨骼肌细胞或肌纤维构成:氧化型(肌球蛋白重链型I)和糖酵解型(肌球蛋白重链型II)(图2D)。就像不同的免疫细胞在循环系统和淋巴器官中共存一样，氧化型肌纤维和糖酵解型肌纤维在同一骨骼肌中共存，然而它们的线粒体在功能上主要有三个不同点。在大鼠骨骼肌中，与糖酵解肌(腓肠肌白肌)线粒体表型相比，氧化肌（比目鱼肌）：第一，对ADP驱动呼吸的亲和力降低了约50-90%(即氧化肌需要更多的ADP来驱动相同的OxPhos通量)，并严重依赖于肌酸；第二，其过氧化氢释放量减少了约50%；第三，其钙保留能力降低了约60%(图2E-G)。由此可见，同样是骨骼肌，不同类型的骨骼肌细胞线粒体群体表现出不同的线粒体特性。

作者还举出一个相关的例子是骨骼肌线粒体在同一细胞质内进一步分化为特定的不同亚群。在每个肌纤维中主要存在两个共存的线粒体亚群：肌膜下(Subsarcolemmal, SS；也被称为血管周围和核周)和肌间纤维(Intermyofibrillar, IMF)，它们的形态功能均有所不同。与IMF相比，SS线粒体的氧化能力降低约60%，OxPhos酶的活性降低了25-40%，但心磷脂含量高约60%，且SS具有更强的脂质β-氧化能力。这两个亚群对运动的反应也截然不同。SS和IMF线粒体之间的这些功能差异与不同的蛋白质组相关，例如SS线粒体中OxPhos蛋白的丰度低于IMF线粒体中的丰度，这可能在一定程度上导致它们功能上的差异。

3、棕色脂肪组织线粒体表型

最后一个例子是棕色脂肪细胞内线粒体特化，在棕色脂肪细胞中，两种线粒体表型共存于同一细胞质中：脂滴周围的围脂滴线粒体(Peridroplet mitochondria, PDM)和非PDM线粒体(即细胞浆线粒体，Cytoplasmic mitochondria, CM)(图2H)。与细胞浆线粒体相比，PDM线粒体具有双倍的呼吸速率和ATP合成速率（即丙酮酸和苹果酸氧化速率），更高的ΔΨm，且其OxPhos复合物水更多的组装形成OxPhos超复合物 (图 2I)。然而，PDM对脂肪酸的氧化能力较低，体积较大，运动性较差，与周围线粒体融合的频率较低(图2J)。因此，在细胞间和细胞内水平上均存在由不同线粒体功能区分的线粒体多样性。

4、线粒体形态多样性

功能的特化通常伴随着形态特化。线粒体在形态和功能(即形态功能, Morphofunction)上发生动态变化，其中形态的变化会触发下游功能的变化。由代谢和内分泌信号引发的线粒体形态变化发生在几秒到几分钟内。不同细胞类型的不同线粒体也发展出相对稳定和足够明显的超微结构特征(例如嵴密度和解剖学特征)，这可以让研究者仅通过电子显微镜便可以区分组织特异性线粒体表型(图3A)。

不同细胞类型或不同亚细胞室中的线粒体的大体形态(管状和分枝状，或圆形和碎片化)也存在差异(图3B)。例如，神经元轴突线粒体必须移动很长的距离，因此细胞器往往更小更短。相比之下，树突的线粒体更长，分枝更少，流动性更差，有助于树突完成局部Ca2+缓冲、ATP生产和其他的功能。神经元的体细胞线粒体（即来自于神经元细胞体部分的线粒体）是神经元线粒体生物发生的主要场所，其可能是供给轴突和树突线粒体池的来源或“干细胞“群体，因此神经元体细胞线粒体表现出中等大小和形态复杂性。在小鼠和人类的骨骼肌中，同一肌纤维内的SS和IMF线粒体仅从它们的形态上就可以被区分开(图3C)。在机体处于运动或其他外界应激环境时，不同类型的骨骼肌线粒体会发生特定的形态变化。

一般来说，干细胞分化为高度分化的细胞(例如神经元)的过程中，细胞会发展出一些特殊的细胞特征，从相对“未分化”、圆形、去极化的“干细胞”线粒体表型转变为具有组织特异性功能和行为，并具有细长的和形态多样化的“分化型”线粒体表型。

上述部分说明了线粒体在分子、功能和形态转变三个可量化水平上存在差异。为研究清楚这些丰富多样的组织类型特异性和细胞类型特异性的线粒体表型，线粒体科学需要一个包含这些概念的术语系统，以有效地指导科学探究。

图2 | 不同类型的细胞和亚细胞室包含功能特化的线粒体表型

图3 | 线粒体形态的多样性

 线粒体术语的新框架

为什么需要更具体的术语

为了能够最大限度地整合线粒体生物学的关键问题，作者提出了一些标准术语。这个术语系统应满足以下需求:

(1)建立在生物成分从分子(简单)到细胞器(复杂)的自然层次组织的基础之上；

(2)借鉴了生物医学和生物科学中基于器官和细胞类型的传统分类系统(图4)。

提高线粒体科学特异性应当包括两个主要注意点，第一是避免仅使用术语“线粒体功能”和“线粒体功能障碍”，这种规范能促进专家和初学者之间的交流，使线粒体研究人员总结出更具体的术语和更精炼的思想。

线粒体功能障碍代表的线粒体中的哪个功能变化呢？是ATP合成速率或最大呼吸能力的降低、从β-氧化到谷氨酰胺氧化的代谢转变、OxPhos亚单位丰度或超复合物组装的减少、ROS产生增加、线粒体蛋白稳态降低、膜脂组成的改变、mtDNA的代偿性增加、线粒体向细胞质输出柠檬酸盐含量的上调，还是核周线粒体运动或融合动力学的改变呢？语言的特殊性导致了假设的特殊性。反过来，清晰的假设阐明了理想的实验模型和测试它们所需的方法。从语言表达中避免使用“线粒体功能”和“线粒体功能障碍”这两个术语具有重要意义，或者说朝着这个方向进行能够在未来进一步促进线粒体科学的发展。

如果没有这些丰富的术语，我们需要一个系统性的分类系统来包含线粒体生物学的所有可测量因素。因此，提高线粒体科学准确性的第二步就是建立一个全面准确的系统。

医学利用器官系统和器官特有的功能来组织医学培训、诊断和治疗，诊断过程中人们必须明确要测量的是心电节律(心电图)还是脑电节律(脑电图)，因为测量指标的不同可以提供有关生物体的不同功能信息。同样，细胞生物学过程也可以在分子水平上加以研究并定义细胞类型(细胞表面受体和转录因子)、内源性分子活动(转录、翻译和细胞内信号传递)、细胞功能(分泌、迁移和收缩)或环境中整体的全细胞行为(外渗、吞噬和发育诱导的程序性细胞死亡)等不同方面。

使用同样的层次逻辑，作者将线粒体生物学的分析分为五个主要层次：(1)细胞依赖的线粒体特性；(2)静态分子特性；(3)单酶活性；(4)细胞器功能和(5)行为。图5展示了每个层次分析的相关例子，作者首先从最低的和最间接的层次开始描述，最后到线粒体生物学中最复杂的元素。

线粒体生物学分析的五个主要层次

1、细胞依赖性

细胞依赖的线粒体特性只有在细胞环境中才能体现出来，而不是根据细胞器的内在成分来定义的。因此，线粒体的细胞依赖性是线粒体生物学中最间接、最底层的，这种特性包括线粒体内容物或体积密度，反映出线粒体表型所占的细胞体积比例。例如，mtDNAcn表示每个细胞中mtDNA拷贝数，通常表示为“拷贝数/二倍体核基因组”。mtDNAcn在不同组织之间差别较大，通常为100到5000个拷贝/每个细胞。mtDNAcn本身几乎不能代表线粒体表型的功能状态或特征情况，但可以解释其他特征、活动和功能。其他线粒体特性，如细胞质和核周区内线粒体的拓扑结构或网络分布，或突触前末端等特化结构也具有直接的功能意义，但这种意义只有在细胞环境中才能体现出来(图5)。

线粒体的特征是线粒体固有的组成部分，它们通常是静态的分子特征，如特定蛋白质的丰度、膜脂质、mtDNA完整性，嵴膜的密度和结构，以及许多其他可量化的指标。大多数组学平台如蛋白质组学、脂质组学、转录组学和基因组学都是对这些静态特征进行靶向分析。正如在MitoCarta中所阐明的那样，线粒体特征剖面提供了大量线粒体分子特异性功能的信息，这些内容代表着线粒体的“硬件”。然而，定量线粒体特征并不能反映其功能或其在细胞背景下的行为。除以上特征外，线粒体形态和超微结构的静态测量指标，例如尺寸(体积)和形态特征(长度、三维形态复杂性、嵴密度等)的定量测量也属于线粒体特征的范畴。

活性是在动态过程中测量的线粒体中的单酶活性，例如CS单体酶或丙酮酸脱氢酶复合体(Pyruvate dehydrogenase complex, PDC)的生化活性。线粒体活性是由线粒体特征组成的，但不能被归类为线粒体功能。线粒体活性不仅包括分离的OxPhos 复合物的酶活性，还包括其他线粒体酶活性，比如ATP/ADP逆向转运体等个别IMM转运体的分离活性，还有蛋白酶，聚合酶，解旋酶，代谢产物和离子的转运等。

线粒体发挥功能的过程通常是将原料转换为产物的过程，通过对两个或多个甚至几十个分子特征和活性相互作用的调控，形成了一个完整的系统。线粒体的功能包括ATP合成，维持细胞Ca2+稳态、脂质合成和许多其他过程。例如，电子被线粒体还原后转化为电化学梯度(即膜电位 ΔΨm + ΔpH)便是一种典型的线粒体功能。细胞质合成蛋白质后，需要线粒体发挥运输功能使其从细胞质进入线粒体基质，该过程需要多种蛋白质和线粒体活动的相互作用，而线粒体发挥更为复杂的功能同样需要与其他细胞器协作。

通过对肾上腺和性腺线粒体合成类固醇的过程进行阐述可以更好的理解上面的描述。首先，胆固醇通过线粒体外膜(Outer mitochondrial membrane, OMM)上的类固醇合成快速调节蛋白(Steroidogenic Acute Regulatory Protein, STAR)从细胞质进入线粒体基质中，然后由基质P450ssc酶催化氧化还原侧链裂解反应。接着由内质网对脂质进行加工，再由基质酶11-β-羟化酶催化产生终产物-内分泌激素皮质醇。该过程涉及包括线粒体在内的多种细胞器，使得皮质醇合成成为线粒体的功能之一。

铁/硫簇合物的合成也涉及线粒体中几个特异性表达的酶和生化步骤。线粒体合成甾体和铁/硫簇合物对动物来说是必不可少的功能，合成甾体是肾上腺和性腺中一些特殊的线粒体特有的功能，而合成铁/硫簇是所有真核细胞维持生命活动所必需的。表1总结了线粒体功能和行为的发展(不包括细胞依赖性的特性、特征或活动)，这些功能和行为在不同类型的细胞和组织中显示了不同的线粒体特征。

5、线粒体行为

行为最准确的定义是由目标驱动的一系列活动和功能，对行为进行辨别时通常以细胞器作为一个整体，而不是一组特定的特征。线粒体的行为包括运动、分裂与融合、生物合成以及通过一系列代谢中间体、离子、蛋白质和其他因子介导的线粒体-核信号通路。例如，线粒体分裂是一种复杂的行为，需要许多核心蛋白和调节蛋白与其他细胞器合作，其目的是将单个的细胞器以一种非随机的、与功能相关的方式分割成两个细胞器。与其他行为一样，分裂是一种目标导向的行为，其导致整个细胞器在形态和功能上发生重塑，在某些情况下这一行为甚至会重塑细胞本身。

线粒体的功能和行为之间存在许多区别，这些区别类似细胞的内在功能(基因表达、自噬、收缩和分泌)与细胞内发生的目标驱动细胞行为(渗透、细胞毒性杀伤和交流)之间的区别。功能通常是指细胞器内部或以“线粒体自主方式”发生的过程，而行为通常涉及整个细胞器的变化或运动，或与其他细胞器或细胞间的相互作用。