線粒體是機體細胞中的能量工廠，通過呼吸將能量物質轉化為三磷酸腺苷（ATP）形式供細胞活動使用。2015年7月30日《細胞》上發表兩篇重要研究論文，來自MIT的科學家們揭示了細胞增殖需要線粒體呼吸作用的分子機制，如果沒有呼吸作用提供的電子受體，即使細胞不缺乏ATP，細胞也不會進行增殖。




天冬氨酸是生物體內賴氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸等氨基酸及嘌呤、嘧啶堿基的合成前體。增殖細胞需要制造大量RNA、DNA和蛋白質，因此必須有足夠天冬氨酸存在。天冬氨酸雖然也是組成蛋白質的基本元件，但不像其它氨基酸，血液中天冬氨酸很少，細胞需要自己制造天冬氨酸，為了制造天冬氨酸及核酸，細胞需要接受電子。
關于天冬氨酸與線粒體能量代謝的關系，需要了解蘋果酸-天冬氨酸穿梭作用。蘋果酸-天冬氨酸穿梭（malate-aspartate shuttle，也稱為蘋果酸穿梭）是真核細胞中一個轉運在糖酵解過程中傳出的電子跨越半通透性的線粒體內膜以進行氧化磷酸化的生物化學體系。
胞液中的NADH在蘋果酸脫氫酶催化下，使草酰乙酸還原成蘋果酸，后者借助內膜上的α-酮戊二酸載體進入線粒體，又在線粒體內蘋果酸脫氫酶的催化下重新生成草酰乙酸和NADH。NADH進入NADH氧化呼吸鏈，生成3分子ATP。草酰乙酸經谷草轉氨酶催化生成天冬氨酸，后者再經酸性氨基酸載體轉運出線粒體轉變成草酰乙酸。
MatthewVander Heiden教授指出，這是所有增殖細胞都必須解決的問題，研究調查了哺乳動物細胞解決該問題的機制，首先對癌細胞進行遺傳操作使其不能夠呼吸代謝，這些癌細胞就不會增殖，隨著部分細胞死亡癌細胞群體數量逐漸減少。
隨后發現，細胞呼吸調節細胞增值主要通過天冬氨酸產生實現，如果存在特定營養物質，比如丙酮酸鹽，可以替代受損細胞所需要的電子受體，這樣細胞可以在沒有天冬氨酸情況下增殖；這表明細胞可利用丙酮酸鹽的電子受體制造產生天冬氨酸，這對于癌癥研究非常重要，因為癌細胞經常利用這種方式來進行增殖。
另一篇研究報道中，研究者利用另外一種方法確定天冬氨酸和細胞呼吸之間的關聯，研究者利用基因編輯工具CRISPR進行了一項遺傳篩查試驗揭示，正常情況下，天門冬氨酸氨基轉移酶可消耗天冬氨酸來將電子轉移到線粒體中。沒有天門冬氨酸氨基轉移酶情況下，當細胞呼吸被抑制時其就會死亡。后期研究發現，當細胞呼吸作用喪失時，天門冬氨酸氨基轉移酶會通過催化逆反應在細胞內液中產生天冬氨酸來補償線粒體天冬氨酸合成的缺失，丙酮酸鹽可以促進天冬氨酸的合成，從而通過提供產生額外電子的地方來恢復細胞的增殖能力。
KivancBirsoy表示，研究揭示了呼吸在細胞增殖中的主要角色，這對于后期癌癥研究非常關鍵，對于線粒體疾病患者而言，他們往往會經歷細胞呼吸等問題。研究對于發現癌癥發病機制及新型療法會帶來一定幫助。