北京治疗白癜风哪里较好 https://jbk.39.net/yiyuanfengcai/hj_bjzkbdfyy/ 吴梅艳张占琴王强 西安医院麻醉手术部 国际麻醉学与复苏杂志,,41(06):-. DOI：10./cma.j.cn-? 基金项目 海外及港澳学者合作研究基金（）； 国家自然科学基金（） REVIEWARTICLES 中枢神经系统（centralnervoussystem,CNS）作为人体最耗能的系统之一，高度依赖于线粒体维持自身能量平衡[1]。线粒体促进神经元发生、重塑和神经递质释放，并为基因变异调控、蛋白质合成、细胞骨架重塑、细胞迁移等提供足够的能量[1]。研究显示线粒体功能失调显著破坏轴突形态和干扰树突棘的形成[2]。线粒体功能障碍能够影响神经元的静息电位和正常放电，导致神经递质产生与释放中断，从而扰乱谷氨酸的正常代谢，致使神经元死亡[1]。因此，线粒体功能正常是CNS正常运行的前提，而任何线粒体功能缺陷都可能导致严重的能量缺乏，增加神经元活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS），最终导致神经元死亡。近年来，研究表明线粒体可能被释放到细胞外空间，并可以在细胞间转移[3]。在受损或患病的大脑中，细胞外线粒体可能代表一种新型的求救或危险信号，作为神经保护和神经损伤的潜在生物标记物[3]。因此，线粒体是CNS疾病的潜在治疗靶点。 外源性线粒体移植（exogenousmitochondrialtransplantation,EMT）作为一种可以替代受损线粒体、改善和恢复细胞和组织功能障碍的新策略，能够将健康有活力的线粒体通过各种方式输送至病变损伤区域，替代受损的线粒体，从而促进ATP生成，帮助细胞、组织、器官等自我修复[4]。因此，EMT在CNS疾病的治疗上有着巨大的前景与优势，有望在CNS疾病的相关模型及临床上大放异彩。 1外源性线粒体移植 1.1 EMT的起源 EMT源于离体研究。年，Clark和Shay[5]发现线粒体能够在不同细胞间进行转移。之后，大量离体实验证实外源性线粒体能够在宿主细胞内稳定遗传，修复宿主细胞生命活力。例如将两种呼吸障碍类型的细胞共培养，发现这两类细胞的线粒体可以融合，并改善彼此的线粒体功能障碍，使其呼吸功能恢复正常；线粒体从间充质干细胞转移至巨噬细胞还能够增强巨噬细胞的免疫作用[6]。与此同时，EMT也运用到了缺血损伤、帕金森病（Parkinsondisease,PD）等疾病模型。例如，在心肌缺血/再灌注损伤模型中，直接输注外源性线粒体到缺血区域，能够显著减少炎症标志物，并且外源性的线粒体在移植后很容易被心肌细胞内化并至少存活24h，最终提高了心肌细胞的生存能力，提供了强大的心脏保护作用，而且不会引起自体免疫或心律不齐[7]。迄今为止，EMT已经被运用于人类心脏缺血/再灌注损伤治疗，能够改善心室功能障碍，并且没有出现心律失常、心肌血肿或移植瘢痕等不良并发症[7]。 1.2 EMT方法 外源性线粒体可以从肝脏、心脏、骨骼肌等健康组织中分离获取。为保证线粒体活力，获取的线粒体一旦被分离出来，应该立即低温保存并用于移植[8]。另外，研究显示外源性线粒体不能保持其完整性时，会释放线粒体DNA（mitochondrialDNA,mtDNA）等损伤相关模式分子,诱导Toll样受体9介导的炎症和Nod样受体3炎症小体的激活[9]。甚至，Collins等[10]发现向小鼠的关节中注射mtDNA能够导致关节炎和严重炎症反应。虽然其中的机制尚不清楚，但是外源性线粒体的完整性对其发挥保护作用至关重要。EMT方法主要包括共培养法、显微注射法、脂质体转染法、小肽标记法和血管输注法等。追溯到年，研究发现共培养两种细胞能够发生线粒体的转移，但是线粒体的转移是无法确定和控制的[5]。之后研究者将分离的线粒体和特定细胞共培养后，发现这些离体线粒体能进入细胞内，并发挥保护作用；然而这种方法对线粒体和细胞的处理要求高，并不适用所有细胞[4]。为了提高EMT的效率，显微注射外源性线粒体到卵母细胞，提高细胞活力，能增加其成功受孕的机会，但是其显微操作难度大，并且可能破坏线粒体活性[8]。为了避免分离好的线粒体受到破坏，研究发现可以将线粒体与载体肽结合，使线粒体跨质膜转运，减少细胞外环境暴露时间，提高结合效率；或者将外源性线粒体包装到囊泡或脂质体中，再行移植[11]。此外，目前外源性线粒体进入体内的方法包括直接方法和间接方法[4]，不仅可以直接向靶细胞或受损组织注射外源性线粒体，还可以血管输注外源性线粒体，通过循环系统将这些外源性线粒体运送到受损组织。 1.3 外源性线粒体内化机制 线粒体被认为是一种内共生生物，其非真核生物的起源使它能够作为一个可移动的能量加油站，参与细胞生物发生和体内稳态的构建[12]。到目前为止，大量研究证实了在体外和体内不同细胞类型的线粒体可以进行转移。在CNS中，功能障碍的线粒体能够从神经细胞转移至星形胶质细胞而被回收，而星形胶质细胞也可以将健康线粒体转移至受损的神经元内或停留在细胞外，发挥神经保护作用[12]。一旦被移植，外源性线粒体就会增加组织ATP合成，并会对线粒体蛋白质代谢进行调控，生成能量和细胞呼吸的前体代谢物[7]。移植后10min至1h，移植后的线粒体可以被细胞内化，进一步增加细胞ATP含量和上调细胞保护因子，这些细胞因子通过刺激细胞生长、增殖和迁移、增强血管形成、防止细胞凋亡[7,13]。 外源性移植线粒体进入体内后又是如何被细胞吸收呢？研究发现线粒体可以通过细胞间结构［如隧道纳米管（tunnelingnanotube,TNT）和微泡］进行细胞间转移[14]。当细胞或组织的微环境被破坏时，例如ROS生成增多、酸中毒、病毒感染等，这些变化在某种程度上会促进TNT的生成[14]，从而促进外源性线粒体的吸收。此外，Pacak等[13]研究小组利用药物阻断方法来研究不同的内化机制，如采用细胞松弛素D阻断肌动蛋白聚合、甲基β?环糊精阻断细胞内吞作用、诺考达唑阻断纳米通道形成以及阿米洛利阻断细胞胞吞胞饮，最终发现仅有细胞松弛素D能改变线粒体的内化，这表明肌动蛋白聚合参与细胞对外源性线粒体的吸收，但是否还有其他机制参与外源性线粒体的内化仍然处于未知。然而，Islam等[15]发现阻断内吞可以抑制线粒体从骨髓干细胞向受损肺上皮细胞的转移，并提出了内吞作用与线粒体囊泡摄取有关的理论，他们认为包括线粒体在内的细胞器在体内吸收的机制可能是一种大规模内吞的现象。同时，微泡的形成和Connexin43介导的缝隙连接或许也促进了外源性线粒体的吸收。研究显示星形胶质细胞来源的线粒体能够借助特异性的微泡运输至受损的神经元[12]，而Connexin43介导的缝隙连接能够在受体细胞高表达并协助微泡的运输[16]。这些机制交织在一起，共同参与外源性线粒体的内化吸收。 2EMT与CNS疾病 2.1 EMT与脑缺血损伤 脑缺血损伤能够导致线粒体功能受损，包括能量生成障碍、ROS生成增多、钙超载以及细胞凋亡等，进而诱发神经元死亡[17]。研究显示，来源于星形胶质细胞的线粒体与氧糖剥夺的原代神经元共培养后能够进入神经元，进而改善神经元功能；同时含有红色荧光标记的星形胶质细胞来源的线粒体注射到大脑皮质，能够转移至缺血半暗带区，然而如果阻断星形胶质细胞的线粒体转移，将加重神经元损伤[12]。因此，星形胶质细胞来源的线粒体可能是脑缺血/再灌注损伤的内源性神经保护机制。另外，在蛛网膜下腔出血动物模型的脑脊液中检测到线粒体膜电位降低；再者，蛛网膜下腔出血患者与正常人相比，脑脊液中能够检测到更多膜电位降低的线粒体，表明细胞外线粒体可以作为蛛网膜下腔出血预后的一个良好标志物[18]。 在大鼠急性脑缺血损伤模型中，脑室或静脉注射仓鼠细胞来源的外源性线粒体可以抑制神经元凋亡、减少脑梗死面积和显著恢复脑缺血大鼠的运动功能；同时，在神经元和星形胶质细胞中都能观察到内化的外源性线粒体[19]。然而，干扰线粒体电子传递链和ATP合成酶，破坏外源性线粒体的完整性，能够显著减弱保护作用[19]。近期研究发现，通过侧脑室输注自体来源的外源性线粒体可减少氧化应激和细胞凋亡，并发挥缺血/再灌注损伤后神经保护作用[20]。更加鼓舞人心的是，人类首次在临床将EMT应用于人类心脏缺血/再灌注损伤后发现，EMT可改善缺血组织功能障碍。或许不久的将来外源性线粒体也能在脑缺血疾病的临床治疗上大放光彩。 2.2 EMT与PD PD是一种常见的、易致残的神经退行性疾病，涉及进行性运动障碍，强有力的证据表明PD与氧化应激、蛋白质折叠和积累错误密切相关[21]。事实上，这些都与线粒体功能障碍有关，包括线粒体能量缺陷、mtDNA突变/多态性、线粒体动力学异常、转录失调和Ca2+平衡障碍等。例如，线粒体自噬中所涉及的泛素连接酶Parkin和PTEN诱导激酶l的功能丧失及突变已经被证实与家族性PD密切相关[21]。虽然现在有大量以线粒体为靶向治疗PD的疗法[21?22]，包括使用线粒体生物能量制剂、线粒体抗氧化剂、沉默信息调节因子1激活剂（白藜芦醇）等。然而，这些疗法只减轻了线粒体功能障碍，不能从根本上改善线粒体功能紊乱。 向PD小鼠侧脑室注射肽标记的外源性线粒体能够通过黑质纹状体途径转移到黑质致密部中，降低神经毒素诱导的氧化应激和神经凋亡，增强神经突触的生长能力，并恢复黑质中多巴胺能神经元线粒体复合物I蛋白的功能，促进线粒体动力学平衡，最终改善PD小鼠运动能力[23]。同时，研究显示当外源性线粒体被静脉注射到PD小鼠体内时，能够增加线粒体呼吸复合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ活性和细胞色素C氧化酶表达，这可能有助于减少海马ROS产生，改善PD小鼠的空间学习和记忆能力[24]。更加令人兴奋的是，这些外源性线粒体能够分布在包括大脑、肝脏、肾脏、肌肉和心脏在内的各种组织中，这或许将利于多系统疾病的治疗[24]。 2.3 EMT与其他CNS疾病 在精神分裂症（schizophrenia,SZ）中，线粒体功能障碍已被反复证实参与到SZ的病变过程中[25]。而将有活力的异种的外源性线粒体和SZ来源干细胞的各种衍生细胞培养，可以持久地改善靶细胞线粒体功能，包括细胞耗氧量和线粒体膜电位；在动物SZ模型中，研究发现通过向前额叶皮质注射有活力的外源性线粒体可以改善SZ动物的注意力缺失，并提高多能神经干细胞的分化能力[26]。这些研究结果证明了线粒体功能与SZ之间存在直接联系，并证实了EMT有望成为SZ治疗的新方向。 在创伤性中枢神经损伤的啮齿动物模型中，向脊髓中注射荧光标记的外源性线粒体后，这些线粒体在24h内能够被摄取，并且可以快速而有效地转移到胶质细胞、内皮细胞和神经元中，发挥神经保护作用[27]。但是另一项研究显示，外源性线粒体在脊髓的内化呈现时间和细胞类型依赖性的改变，将细胞或肌肉来源的外源性线粒体移植到受伤的大鼠脊髓中，可以在短期内促进能量的产生，减少炎症因子，保护脊髓，然而这种保护作用在7d后消失，并不能产生长期的神经保护作用；同时通过荧光标记线粒体显示，这些外源性的线粒体能够进入到多种细胞内，但是并不包括神经元[28]。因此，外源性线粒体移植的内化和作用机制有待进一步探讨。 3小结与展望 目前，EMT除了在CNS疾病的治疗上展现了巨大的运用前景，在缺血性心脏疾病、肝脏疾病、肺疾病、癌症中也展现了很大的优势[29?30]。EMT可以发挥强大的保护作用，干扰疾病的发生、发展，包括增加ATP产生，减少氧化应激，替换线粒体损伤DNA和改善酶功能等，并且这些外源性线粒体或许可以通过给予机体一个求救信号参与到机体的自我修复信号转导过程中[12,19]。但是在EMT可以被广泛和安全运用于CNS疾病之前，仍然有若干重要问题亟待解决：①机制研究，虽然现在有大量关于外源性线粒体内化的研究，但是外源性线粒体是如何发挥作用的仍不清楚，需要进一步深入研究；②途径选择，如何选择一个安全、无创、高效的途径给予外源性线粒体是目前临床转化应用前亟待解决的问题；③外源性线粒体的提取及保存，保证外源性线粒体提取效率，保证及时、高质量外源性线粒体供给是将其运用到临床的前提；④效疗判定，如何确定外源性线粒体的移植剂量及治疗效果评估是我们必须面对和解决的难题。 综上所述，线粒体功能障碍与CNS疾病密切相关，外源性线粒体移植能够调节线粒体功能，发挥脑保护作用。现阶段关于EMT内化及其作用机制的研究甚少，我们应当致力于探索EMT在CNS疾病中的具体机制，期望将其作为CNS疾病治疗的新策略并实现临床转化。 如果您对本文感兴趣，可登录我刊投稿系统平台（
