粒线体是细胞内合成能量分子“三磷酸腺苷”（ATP）的主要场所，是细胞活动的能量来源，因而有“细胞的发电厂”之称；此外粒线体还与细胞分化、细胞内讯息传递和细胞凋亡等过程有关；它也具有调控细胞生长和细胞周期的作用。因此不难想像，粒线体是癌症产生过程中非常重要的环节，也是研发抗癌新药非常重要的标的。
空气是生命三要素之一，因为大多数的生物需要呼吸以获取空气中的氧气，而氧气则是细胞内“有氧呼吸”要顺利进行所必须。粒线体是细胞内与“呼吸作用”关系最紧密的胞器，呼吸作用的关键步骤都于其内发生。细胞内的呼吸作用会将葡萄糖、氨基酸和脂肪酸分解成更小的分子，并借由数个步骤将能量转移到还原性氢，最后经由一系列的电子传递，氢被氧化生成水；原本贮存在还原性氢的能量，则转移到 ATP 上供细胞的活动运用。
粒线体与“细胞凋亡”的关系
细胞凋亡（apoptosis）是生物清除个体内不良细胞的一种机制，当细胞 DNA 遭受严重损坏无法修复时细胞会启动此自杀程序，如此可避免体内的累积基因突变因子，减少癌症发生的风险。当细胞凋亡程序启动时，有一类能促进细胞凋亡（pro-apoptosis）的蛋白质会聚集于粒线体的膜上并使其形成破洞，这些孔洞使得粒线体内的物质释放至细胞质，而泄漏出来的物质（如细胞色素 C）会进一步诱发细胞内的凋亡蛋白酶（Caspase 9）之活化，最终导致细胞自我分解其 DNA 与蛋白质而走向死亡。
粒线体与“自由基”的关系
自由基（free radical）具有极强的化学反应活性，几乎能与细胞内的任何分子发生反应而破坏其正常结构与功能。粒线体是人体产生自由基最主要的来源，呼吸作用过程中 98% 的氧气会在细胞内产生能量，但是约 2% 会成为自由基。正常情况时身体能中和这些自由基，不至对身体造成伤害。但是当细胞内自由基水平高时不论是 DNA、蛋白质或是细胞膜皆会为其破坏而加速细胞的老化与癌化。
粒线体与癌细胞新陈代谢异常（cancer metabolic dysregulation）的关系
癌细胞的新陈代谢与正常细胞相比有很大的不同，以满足其不断增生所需，而粒线体正是细胞新陈代谢的核心。葡萄糖的代谢产物经由粒线体的作用可产生最多的能量，但是癌细胞为了利用代谢葡萄糖的中间产物以合成蛋白质、脂肪以及 DNA，因此会降低粒线体利用丙酮酸（pyruvate，葡萄糖的代谢中间产物）的效率。由于粒线体能最有效率地产生能量，因此它会运用其他的“原料”来产生能量，例如麸胺酸（Glutamic acid）进入粒线体后会先由麸胺酸脱氢酶（glutamate dehydrogenase，GDH）作用，最后被完全代谢为二氧化碳并产生大量的能量。不同种类的癌症对于脂质的新陈代谢各不相同，有的倚赖分解脂肪以获取能量；有的则是合成大量的脂肪供癌细胞分裂时生成新的细胞膜所需。但是不论是分解或合成脂肪，都需要仰赖粒线体的参与才能顺利完成。
粒线体是研发抗癌药物之标的
目前与粒线体有关的抗癌药物研发，最著名的例子是老药新用的“每福敏”（metformin）。每福敏原本是治疗糖尿病的用药，但是许多研究皆发现，服用此药的糖尿病患者罹患癌症的比例，较未服用此药者明显少了许多。目前认为每福敏能抑制粒线体上电子传递链的复合体的活性，因而减少癌细胞之能量供给并抑制癌细胞的生长。美国匹兹堡大学癌症研究所（University of Pittsburgh Cancer Institute）的科学家，尝试将每福敏与免疫治疗的抗体药物共同使用于治疗小鼠身上的黑色素细胞瘤与大肠癌，结果显示每福敏能进一步地增强免疫治疗的效果，将有机会实际用于癌症治疗。另外还有一类药物，以粒线体为标的而诱发癌细胞凋亡，这类药物统称为 mitocans。例如维生素 E 的相似物，不但能杀死癌细胞对于癌症干细胞也有效。
注：呼吸作用是细胞将有机分子氧化分解并转化为能量的过程。
- Mitochondria and Cancer
（首图来源：pixabay）
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