Sobetirome

题目：Mitochondrion in Pulmonary Disease: Small Organelle but Big Function 杂志：Small Methods 发表时间：2026.01 影响因子：9.1摘要 线粒体是微米级大小的细胞器，但对哺乳动物细胞的活性、功能和命运至关重要。近期研究进一步表明，线粒体稳态在调控肺细胞功能障碍中发挥主动作用，这启发了一种通过恢复失衡的线粒体稳态来治疗肺部疾病的新策略。开创性研究已显示，该策略在治疗肺纤维化（PF）、慢性阻塞性肺疾病（COPD）和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）方面具有潜力，而这些疾病目前仍缺乏有效药物。然而，目前尚无关于这一肺部疾病治疗创新策略的全面总结。因此，本文综述旨在概述通过恢复线粒体稳态治疗肺部疾病的机制及研究进展。特别是，本文介绍了一些最新治疗策略，包括抗氧化治疗、线粒体质量控制和线粒体补充治疗（MRT），以展示线粒体调控不同类型肺细胞中细胞功能障碍的强大能力。本综述有助于总体理解线粒体参与疾病发生机制的作用，并旨在启发开发针对肺部疾病的新型治疗方法，重点关注受损线粒体稳态的调控。 关键词：抗氧化剂；稳态；线粒体；线粒体转移；肺部疾病1. 引言 线粒体被广泛认为是真核细胞的“能量工厂”，参与多种代谢通路，并且是三磷酸腺苷（ATP）的主要供应者，为多种生理活动的能量需求提供支持。[1] 近期研究进一步表明，线粒体还作为细胞稳态和信号转导的调控枢纽发挥作用。[2,3] 线粒体在细胞代谢和细胞信号调控中的这一重要作用，使其成为疾病治疗的关键靶点。线粒体承受过度应激会导致线粒体功能障碍和线粒体稳态破坏，进而引起氧化应激增加和细胞功能紊乱。[4,5] 因此，线粒体稳态紊乱被认为是多种疾病的重要发病机制，如神经系统疾病、心肌疾病和肺部疾病。[6–8]尤其是，线粒体在调控肺细胞功能障碍中的重要性正受到越来越多的关注。例如，既往研究已表明，肺上皮细胞中的线粒体功能障碍是肺纤维化（PF）发生和进展的原因之一。[9] 同样，线粒体异常也被发现是慢性阻塞性肺疾病（COPD）的主要发病机制之一。[10] 因此，功能失调肺细胞中的异常线粒体已被提出作为肺部疾病治疗的潜在靶点。目前，肺部疾病仍然是全球健康的重大威胁，其发病率不断上升，并且是全球死亡的第三大原因。[11,12] 然而，一些严重肺部疾病在临床上仍缺乏明确的治愈方法，如急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、COPD、重症肺部感染和PF，这些疾病目前只能通过预防发作或干预疾病进展来处理，反映出尚无法有效改善患者生存或生活质量。[13–16] 因此，探索这些肺部疾病的新型治疗方法具有重要意义，而通过恢复受扰乱的线粒体稳态来挽救功能紊乱肺细胞的策略，正受到越来越多的关注。 尽管恢复线粒体稳态在治疗多种肺部疾病中具有令人振奋的潜力，但这一创新策略的机制研究和治疗实践仍处于非常早期阶段，目前尚无关于肺部疾病中线粒体稳态恢复原则和应用的系统总结。为此，本文综述旨在对通过恢复线粒体稳态调控不同类型肺细胞功能障碍的研究进展、前景、原理、治疗方法和挑战进行全面而聚焦的概述；旨在填补这一新兴领域目前的知识空白，并为克服当前肺部疾病治疗挑战的新型治疗策略提供启示（图1）。本文首先阐明不同类型肺细胞中的线粒体异常及其相关细胞功能障碍。随后，总结肺部疾病治疗中恢复线粒体稳态的先进治疗方法及其潜在机制。最后，结合具体实例讨论现有问题和障碍。本文综述所阐述的方法有望为疾病发病机制提供新的认识。尤其是，本文重点强调了利用外源性线粒体作为小尺寸药物，通过线粒体转移恢复线粒体稳态的方法，这可能启发开发针对肺部疾病以及其他与线粒体功能障碍或线粒体稳态失衡相关疾病的新型治疗方法。 2. 线粒体异常如何影响肺部病理？2.1. 线粒体与线粒体稳态2.1.1. 线粒体的结构与生物功能 线粒体是具有双层膜结构的细胞器，由具有通透性的线粒体外膜、膜间隙、线粒体内膜（IMM）和线粒体基质组成。作为真核细胞的“能量工厂”，线粒体通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生ATP，以支持细胞在多种生理活动中的能量需求。线粒体也是多种代谢通路的重要场所，包括三羧酸循环、脂肪酸氧化和尿素循环。此外，线粒体在细胞信号转导和调控中发挥核心作用，参与细胞钙水平、氧化还原平衡、铁稳态和细胞命运的调节。[1,17]2.1.2. 线粒体稳态及其紊乱 线粒体是动态变化的细胞器，并倾向于维持稳态。既往多项研究已指出，线粒体稳态在疾病发生机制中具有关键作用。[3,18] 通常，线粒体稳态是指在不断变化的外部环境或细胞状态下，细胞内线粒体数量以及其功能稳定性所保持的动态平衡。在正常生理条件下，线粒体中电子传递链（ETC）呼吸复合物的活性不可避免地会产生副产物——活性氧（ROS），其形式包括超氧阴离子、羟自由基和过氧化氢。[19] 通常，细胞内ROS水平保持在足够低的范围内，不会扰乱线粒体稳态，并且可作为信号分子发挥作用。[20] 随后，这些生成的ROS可通过酶促和非酶促反应被精确清除，从而确保其在细胞内维持于可接受水平。[21,22] 在大多数情况下，健康线粒体能够自我控制线粒体质量，从而维持线粒体稳态。线粒体自我质量控制包括多种途径，如抗氧化防御系统、线粒体生物发生、线粒体自噬和线粒体动力学。[4,18] 抗氧化防御系统包括过氧化物还原蛋白、超氧化物歧化酶以及其他抗氧化过氧化氢酶，可在生理条件下维持较低的线粒体活性氧（mtROS）水平。[23]线粒体生物发生是更新线粒体数量和功能能力的过程，由线粒体DNA（mtDNA）、核DNA（nDNA）和多种转录因子共同调控。[24] 线粒体自噬是另一种控制线粒体质量的重要机制，可选择性降解去极化和功能障碍的线粒体，并与线粒体生物发生协同作用，以确保线粒体数量、功能及其对环境扰动的适应能力。[25]此外，线粒体的形态和数量可通过线粒体分裂与融合等线粒体动力学过程进行调节，从而维持细胞能量产生和代谢平衡。特别是，线粒体融合通常作为一种针对氧化应激的防御反应：在线粒体功能下降时，两个线粒体通过内膜和外膜融合，共享其mtDNA和电子传递链（ETC）。[26] 当线粒体不再能够支持其生理功能时，它们会通过分裂将受损部分与相对完整的部分分离。[27] 这些过程在线粒体稳态中的作用及其关键调控因子总结于表1。 然而，当线粒体处于过度应激或病理条件下时，其功能障碍会导致ROS过度产生，并最终使ROS水平超过机体固有的氧化清除能力。[32] 持续积累的ROS随后会破坏线粒体稳态，并从线粒体释放至细胞质中，从而扩大氧化应激和细胞损伤。因此，近年来人们越来越关注线粒体稳态的调控，这一方向显示出作为下一代治疗策略的良好前景。2.2. 肺部疾病发病机制中的线粒体 作为气体交换的主要组织，肺细胞经常暴露于外部环境中，因此容易受到有害物质的损伤。迄今为止，肺部疾病一直是临床上最常见的疾病之一。[33] 人肺由约4.8亿个称为肺泡的气体交换单位组成。每个肺泡又含有大量肺泡上皮细胞（AECs）。同时，气道上皮细胞是另一类重要的肺上皮细胞，是构成气道的主要细胞。除肺上皮外，免疫细胞和成纤维细胞也是肺内的主要细胞类型。肺巨噬细胞等驻留免疫细胞在肺部感染或损伤中发挥关键作用。[34] 成纤维细胞通常存在于肺间质中，对胶原合成和细胞外基质（ECM）沉积的调控至关重要。[35]这些细胞的功能紊乱最终表现为不同的肺部疾病。有趣的是，近期研究发现，这些肺细胞具有相似的损伤特征，即线粒体稳态紊乱，这提示线粒体在肺部疾病发病机制中具有重要作用。下文将总结线粒体对不同类型肺细胞的影响及其相关肺部疾病（图2）。 2.2.1. 气道上皮细胞中的线粒体异常 哺乳动物肺由多级气管结构组成，其表面覆盖有上皮细胞，包括支气管上皮细胞（BECs）和肺泡上皮细胞（AECs）。[36] 这些细胞受到外界应激后，不可避免地会导致其线粒体发生形态和功能改变，而这些改变在很大程度上源于线粒体质量控制机制受到扰乱。 轻度应激下的线粒体表现为超融合表型。[37] 这种超融合可被视为一种抵抗应激的保护性反应，因为线粒体融合与ATP生成和代谢活性增强相关。[38] 然而，超融合线粒体很难通过线粒体自噬被降解，并且增强的呼吸作用伴随着mtROS生成增加。因此，如果这种超融合表型持续存在，最终会导致线粒体损伤累积、线粒体更新受限以及细胞衰老。[38]对于支气管上皮细胞（BECs）而言，过度应激会导致线粒体碎片化和细胞活性丧失，这是多种肺部疾病中被广泛报道的发病机制，包括变应性哮喘、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）和慢性阻塞性肺疾病（COPD）。[39–41] 这一过程通常由动力蛋白相关蛋白1（DRP1）上调和线粒体分裂增强所介导。[27] 碎片化线粒体的积累进一步诱导线粒体凋亡通路，并损伤气道上皮。[42]此外，在急性肺损伤（ALI）和COPD中，BECs的线粒体自噬异常激活，其特征为PTEN诱导的假定激酶1（PINK1）和Parkin水平上调。[43,44] BECs中过度的线粒体自噬会促进细胞凋亡以及程序性坏死。[43,45] 这些线粒体稳态紊乱和细胞异常共同与ALI和COPD的加重相关。 肺泡是肺内的终末结构，也是呼吸功能的主要单位，在人肺中可分为肺泡Ⅰ型（AT1）细胞和肺泡Ⅱ型（AT2）细胞。AT1细胞是肺泡–毛细血管屏障的主要组成部分，其损伤会导致呼吸困难；AT2细胞负责产生肺表面活性物质，并作为祖细胞分化为AT1细胞以进行补充。[35]既往研究已表明，AT2细胞的增殖性增生是创伤修复失调和肺泡上皮易损性的主要原因，最终驱动纤维化重塑。有趣的是，在这些增殖性增生的AT2细胞中观察到线粒体增大和肿胀，提示线粒体异常与增殖性增生之间存在密切关联。[46,47] 这一发现进一步提出了一种新观点，即由过度氧化应激引起的气道上皮细胞线粒体异常，可能是多种肺部疾病的重要致病机制。因此，恢复气道上皮细胞中受损的线粒体稳态可作为肺部疾病干预的潜在靶点。2.2.2. 肺巨噬细胞中的线粒体异常 巨噬细胞是组织稳态的重要参与者，可通过启动免疫反应、产生ROS以及分泌促纤维化因子来重塑周围微环境。[48–50] 巨噬细胞异常已被揭示为多种肺部和气道疾病的重要发病机制之一，如肺纤维化（PF）、COPD和哮喘。[34]在健康肺组织中，大多数巨噬细胞处于非极化状态；然而，在病理性肺部条件下，它们会极化为M1或M2表型。[51] M1表型巨噬细胞分泌促炎细胞因子、趋化因子和其他毒性分子，以促进炎症反应并帮助清除病原体。相比之下，M2表型巨噬细胞在组织愈合和重构中发挥作用，在某些情况下具有抗炎、促纤维化和修复作用。[34]在持续性慢性炎症状态下，M1和M2巨噬细胞之间的平衡向M1表型偏移。然而，偏移后的M1巨噬细胞吞噬能力通常受到抑制，导致炎症持续存在并促进慢性肺部疾病的发生。[52] 近期研究进一步显示，这种抑制与线粒体异常密切相关，因为功能性吞噬作用需要较高的能量供应。[53,54] 总体而言，线粒体损伤会导致能量代谢缺陷，这无疑会升高mtROS水平并引发氧化还原平衡受损，最终导致巨噬细胞功能障碍。 另一方面，M2巨噬细胞比例增加可通过促进纤维化因子释放，并维持成纤维细胞及其他促纤维化细胞的活化，从而加重纤维化过程。[34,55] 因此，抑制M2巨噬细胞的促纤维化活性已成为肺纤维化（PF）及其他纤维化性肺疾病的潜在干预策略。然而，M2巨噬细胞表现出抗凋亡能力，这在一定程度上归因于其增强了由Akt1激酶调控的PINK1/Parkin介导的线粒体自噬。[56] 此外，多项代谢研究表明，促纤维化巨噬细胞高度依赖糖酵解，并可上调脂肪酸氧化，而由线粒体编码的OXPHOS基因表达降低，提示M2巨噬细胞在过度ROS应激下具有较强耐受性。[57,58] 总之，线粒体在M2巨噬细胞的抗凋亡中发挥重要作用，从而支持其促纤维化效应。2.2.3. 成纤维细胞中的线粒体异常 成纤维细胞是肺组织纤维化过程中主要的效应细胞类型之一。它们表现为持续活化并分化为肌成纤维细胞，且具有显著增强的细胞收缩能力和胶原合成能力，从而引发细胞外基质（ECM）沉积，导致肺间质组织瘢痕形成和增厚，并造成进行性呼吸功能缺陷。[59] 线粒体异常积极参与成纤维细胞持续活化及其向肌成纤维细胞分化的过程。 过量的环境ROS和促纤维化细胞因子可激活成纤维细胞，并诱导高水平mtROS产生。mtROS水平升高对于Smad3磷酸化和核转位下游基因转录，以及维持成纤维细胞活化状态是必要的。[60] 成纤维细胞的这种持续活化最终可能导致肺纤维化（PF）进展。此外，ROS过度产生还会导致mtDNA损伤，进而增强人肺成纤维细胞的收缩能力，并促进成纤维细胞向肌成纤维细胞分化。[61] 活化成纤维细胞的线粒体数量和形态均发生显著变化，表现为线粒体数量减少、膜破裂以及嵴结构改变。[62] 这些变化进一步支持成纤维细胞的活化和分化，提示线粒体稳态受到扰乱。线粒体碎片化可能是由于受损线粒体清除紊乱，或由DRP1介导的线粒体分裂增强所致。[63,64]尤其是，受损线粒体清除紊乱主要源于肌成纤维细胞中线粒体自噬受到抑制，而这一过程尤其由Parkin缺乏介导。[65] 同时，线粒体数量减少可能部分是由于过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）通路介导的线粒体生物发生受到抑制所致，而这也会促进成纤维细胞活化。[66] 另有研究报道，组蛋白去乙酰化酶7（HDAC7）上调与PGC-1α通路受抑有关。HDAC7可催化PGC-1α启动子区域的组蛋白去乙酰化，从而在表观遗传层面抑制其表达。[67]此外，线粒体生物发生受抑被认为有助于活化成纤维细胞对凋亡产生抵抗。[68,69] 总体而言，线粒体氧化应激、线粒体质量控制紊乱以及表观遗传失调共同驱动肺成纤维细胞的病理性活化、分化和抗凋亡。这导致肌成纤维细胞过度积聚，并在肺损伤部位形成持续性修复反应，从而加速肺损伤向纤维化重塑进展。2.2.4. 其他类型肺细胞中的线粒体异常 除上述关注的细胞类型外，其他类型肺细胞也会发生线粒体异常及相关病理改变。例如，微血管内皮细胞通过与肺泡上皮细胞（AECs）相互作用，参与氧合和二氧化碳排出。[70] 微血管内皮细胞损伤可能对肺内皮屏障功能产生不利影响，并导致肺部疾病发生。近期一项研究证实，线粒体生物发生和线粒体自噬受抑会造成线粒体呼吸缺陷，导致微血管内皮细胞凋亡，并破坏肺内皮屏障完整性，突出了线粒体稳态在调控这些病理改变中的重要性。[71] 另一个例子是气道平滑肌细胞（ASMC），这是一类广泛分布于气管中的气道细胞。[72] ASMCs过度增殖或肥大是哮喘中气道增厚、气流受限和气道重塑的原因之一。[73] 证据表明，ASMCs过度增殖与线粒体生物发生诱导密切相关。[74] 此外，多项研究也显示，在香烟烟雾应激下，过度线粒体分裂与ASMCs增殖增加之间存在相关性。[75,76] 这一过程涉及代谢重编程，使ATP供应转向糖酵解，因为碎片化线粒体的呼吸活性较低。总体而言，环境ROS增加导致ASMCs线粒体稳态紊乱，进而引起细胞信号转导和基因表达改变，最终导致气道平滑肌重塑和哮喘。同样，线粒体分裂被激活也被观察到可促进肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）增殖，从而加重肺血管阻塞和肺动脉高压（PAH）。[77] 此外，骨骼肌细胞中的线粒体缺陷被认为是肌肉氧化能力降低和肌纤维萎缩增加的主要原因，这会导致肌肉功能障碍，而肌肉功能障碍是COPD常见并发症及重要预后指标。[78] 简而言之，这些研究表明，不同类型肺细胞中的线粒体异常在肺部疾病的发生和进展中发挥关键作用。因此，修复异常线粒体代表了一种有前景的治疗策略。3. 通过恢复线粒体稳态治疗肺部疾病？ 迄今为止，我们已经阐明了线粒体在调控多种肺细胞中的重要性，并且线粒体结构和功能异常是肺部疾病中广泛存在的病理特征。因此，一些先驱研究者提出了一种通过恢复线粒体稳态治疗肺部疾病的新策略。截至目前，已有多种方法被探索用于恢复线粒体稳态，包括使用抗氧化剂、调控线粒体质量控制，以及近年来发展起来的线粒体补充治疗（MRT）。这些方法的原理和应用将在以下部分进行总结。3.1. 使用抗氧化剂恢复线粒体稳态 如上所述，ROS过度产生既是细胞应激反应的早期表现，也是触发线粒体稳态破坏的主要因素。[18] 既往研究提示，清除ROS可有效减缓疾病进展。[79,80] 因此，及时而有效地降低过量mtROS，是缓解线粒体稳态失衡的一种有前景的治疗策略。大量抗氧化剂已被用于研究对抗不同肺部疾病。一个典型例子是N-乙酰半胱氨酸（NAC），它是一种巯基化合物，并已被用于肺部疾病治疗。[81] 临床试验证实了该策略在中度COPD患者中的治疗潜力。[82,83] 更多不同抗氧化剂在多种肺部疾病治疗中的应用，包括来氟米特、NecroX-5、二甲双胍、膳食维生素E、白藜芦醇和姜黄素，总结于表2。 然而，这些抗氧化剂的治疗应用面临肺部药物浓度不足的挑战，从而限制了其抗氧化作用。[83,101] 因此，有研究提出将抗氧化剂靶向递送至产生ROS的受损线粒体。例如，使用线粒体靶向基团修饰抗氧化剂，如三苯基膦（TPP），以使抗氧化剂能够在受损线粒体中达到较高浓度，是目前报道最多的策略。TPP阳离子是一类小分子、带正电且具有亲脂性的分子，由于线粒体内膜（IMM）两侧存在显著的线粒体膜电位（MMP），因此能够靶向线粒体。迄今为止，TPP阳离子已被广泛用于与氧化还原活性药物结合，以靶向线粒体基质，并显示出良好的抗氧化应激损伤保护作用。Mito Vitamin E（MVE）、Mito-TEMPO和MitoQ是肺部疾病治疗中最常研究的TPP修饰氧化还原药物。它们对多种肺部疾病的治疗效果详见表2。 使用小尺寸载体是另一种通过增强对特定组织、细胞类型和细胞器的靶向能力来提高抗氧化效果的方法。例如，脂质体已被用于包载多种抗氧化剂，如白藜芦醇和姜黄素，与未包载形式相比显示出更好的治疗效果。[102,103]值得注意的是，小尺寸载体与线粒体靶向基团的结合，可实现增强的线粒体靶向抗氧化剂递送。例如，使用高密度八聚精氨酸基团对脂质体表面进行修饰，被发现可将载荷高效递送至线粒体，为线粒体选择性治疗提供了一种潜在方法。[104]Liu等近期开发了巨噬细胞凋亡小体膜（MABM）伪装的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微粒，其外层带有可被基质金属蛋白酶9（MMP-9）切割的集落刺激因子壳层，用于递送超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）纳米复合物（C-cMAB/NC）。[99] 可被MMP-9切割的壳层使C-cMAB/NC能够到达更深部肺泡，而MABM包被对肺泡上皮细胞（AECs）表现出较高亲和力。与游离SOD或CAT相比，这些纳米复合物表现出增强的细胞摄取，实现了级联式线粒体靶向递送，从而有效恢复线粒体稳态，减少上皮细胞丢失，并减轻肺损伤。类似地，Fan等设计了ROS响应性红色荧光碳点-TK-甲泼尼龙纳米颗粒（RCMNs），用于将甲泼尼龙递送至肺巨噬细胞以治疗急性肺损伤（ALI）。[100] 其结果提示，纳米材料在抵抗氧化应激、恢复线粒体稳态并由此治疗肺部疾病方面具有潜力。 总体而言，抗氧化剂在治疗多种肺部疾病中的成功应用强调了恢复线粒体稳态是一种有前景的治疗策略。然而，作为一种关键的生物信号分子，干预ROS水平对正常细胞功能以及病理环境中细胞反应可能产生的潜在风险仍有待明确。[105] 此外，线粒体靶向基团的潜在毒性，尤其是其临床相关效应，需要进行深入评估。[106]3.2. 通过调控线粒体质量控制恢复线粒体稳态 线粒体采用多层级自我保护系统来抵御氧化应激，首先启动氧化防御和DNA修复机制，随后通过线粒体生物发生、线粒体自噬和线粒体动力学进行线粒体质量控制，以恢复稳态。[18] 这一自我保护机制启发了一种治疗策略，即通过调控线粒体质量控制来恢复受损的线粒体稳态。多项研究已证实，该策略在挽救受损肺细胞、恢复生物学功能并最终干预肺部疾病方面具有潜力。表3总结了该策略的一些典型应用，主要聚焦于增强线粒体生物发生、恢复线粒体自噬以及调控线粒体动力学。 3.2.1. 线粒体动力学的调控 线粒体动力学，尤其是线粒体分裂和融合，涉及线粒体形态变化，并在调控细胞生物能量学和稳态中发挥关键作用。线粒体分裂过度激活会导致碎片化线粒体积累，这是多种肺部疾病中的共同特征，并可由过量ROS、细胞质和线粒体内Ca²⁺超载以及蛋白激酶A病理改变所诱发。[112,113]越来越多的证据表明，抑制线粒体分裂可恢复线粒体形态和功能，从而逆转异常细胞表型和病理特征。 DRP1在线粒体分裂中发挥重要作用，而mdivi-1是最常用的线粒体分裂抑制剂，可选择性且可逆性地阻止DRP1组装，并抑制线粒体分裂。[114] Mdivi-1已被用于肺动脉高压（PAH）的研究。[77] 缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）的激活会导致肺动脉平滑肌细胞（PASMCs）中DRP1介导的线粒体分裂过度，从而促进PAH发生。应用Mdivi-1可抑制PASMCs中的线粒体分裂，从而防止其过度增殖及随后的肺血管阻塞。同样，mdivi-1的应用也可阻断成纤维细胞增殖所必需的线粒体分裂，并减轻肺纤维化（PF）的进展。[63] 除抑制细胞过度增殖外，抑制线粒体碎片化还可通过防止应激状态下肺上皮细胞异常凋亡，减少呼吸系统疾病的发生或进展。[115] 线粒体融合蛋白上调已被证实可缓解线粒体碎片化。例如，Wang等构建了线粒体靶向多孔Se@SiO₂纳米颗粒，并在急性肺损伤（ALI）小鼠模型中显示出对气道上皮细胞的保护作用。其结果显示，使用Se@SiO₂纳米颗粒预处理气道上皮细胞，可显著增强其对氧化损伤的抵抗能力，并抑制脂多糖（LPS）诱导的线粒体融合蛋白下调，如视神经萎缩蛋白1（OPA1）和线粒体融合蛋白2（MFN2），从而维持线粒体动力学。[110] 此外，来氟米特和BGP-15分别作为MFN2和OPA1的药理诱导剂，已被观察到可恢复线粒体稳态，并由此减轻支气管上皮细胞（BECs）衰老。[10,41] 生物治疗，如细胞治疗，近年来已成为肺部疾病治疗的一种新策略。[116] 有趣的是，线粒体动力学调控被揭示为这种生物学治疗方法的治疗机制之一。例如，在香烟烟雾暴露的COPD小鼠中观察到，间充质干细胞（MSCs）及MSC来源外泌体的抗炎作用，在很大程度上归因于线粒体融合基因MFN1、MFN2和OPA1的上调。[111]Zhang等报道，在纤维化肺组织中，一种促纤维化巨噬细胞亚群（Mømitohigh）的比例增加，并伴有线粒体分裂基因DRP1表达升高。[55] 因此，他们开发了一种工程化HEK293T细胞来源外泌体，其表面修饰有靶向Mømitohigh的分子D-甘露糖，并包载线粒体分裂抑制基因siDRP1。这些工程化外泌体成功逆转了巨噬细胞的促纤维化表型，并减轻了纤维化进展。 总体而言，通过小分子药物、纳米颗粒和生物制剂来维持线粒体动力学平衡的治疗策略，可能是一种有力方法，可显著减轻细胞功能紊乱并干预肺部疾病的发展。3.2.2. 线粒体生物发生的调控 激活线粒体生物发生是促进线粒体更新并改善细胞病理状态的另一种有吸引力的策略。如前所述，PGC-1α在线粒体生物发生的协调调控中发挥关键作用，其表达降低是细胞外基质（ECM）蛋白沉积的主要原因之一。Caporarello等发现，在年轻小鼠中，PGC-1α可自发恢复，从而阻止纤维化反应；但在老年小鼠以及从特发性肺纤维化（IPF）患者中分离的成纤维细胞中，PGC-1α水平持续受抑，因此这一恢复过程失败。[66]罗格列酮处理可提高PGC-1α表达并减轻成纤维细胞活化，这有力支持了PGC-1α调控的线粒体生物发生与成纤维细胞活化之间的相关性。此外，Yu等证明，甲状腺激素及其模拟物sobetirome能够以PGC-1α依赖性方式，使肺泡上皮细胞（AECs）免于细胞衰老和线粒体依赖性凋亡。[46]3.2.3. 线粒体自噬的调控 近期研究强调了线粒体自噬在调节生物学表型和功能、细胞衰老以及细胞死亡中的关键作用。[117] 据报道，线粒体自噬缺陷可导致细胞类型特异性异常，从而加速肺纤维化（PF）进展。因此，诱导适当水平的PINK1/Parkin介导的线粒体自噬，被认为是纤维化干预的一种有前景的方法。例如，吡非尼酮是一种经FDA批准用于治疗特发性肺纤维化（IPF）的药物，据报道可上调Parkin表达。这种线粒体自噬增强已被证明可抑制肌成纤维细胞分化，从而显示出其抗纤维化潜力。[109] 此外，恢复肺巨噬细胞中的线粒体自噬被发现可成功促使肺巨噬细胞由促纤维化表型转变为抗纤维化表型。[118]类似地，线粒体自噬在肺泡上皮细胞（AECs）中的影响也受到关注。Wang等近期通过包载Parkin mRNA开发了线粒体自噬增强纳米颗粒（MENs）。MENs与健康线粒体联合递送可恢复线粒体稳态，并显著减轻PF。[119] 相反，对于线粒体自噬过度激活的AECs，药物抑制或基因敲除PINK1可抑制线粒体功能障碍，并减轻小鼠模型中的气腔扩大。[120]尤其是，二甲双胍通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）——PGC-1α活性的关键调节因子——显示出治疗肺纤维化（PF）的能力。[31,69] 这提示，调控AMPK活性及AMPK依赖性线粒体生物发生可能是干预PF的一种潜在方式。因此，促进PGC-1α介导的线粒体生物发生可成为PF干预的一种新策略。 总体而言，维持线粒体稳态，尤其是通过调控线粒体动力学、线粒体生物发生和线粒体自噬，已成为干预肺部疾病的一种有前景的治疗方法。尽管如此，虽然临床前研究已显示出令人鼓舞的结果，但在这些方法能够应用于临床实践之前，仍然存在一些顾虑（表4）。因此，仍需进一步研究以探索该策略多方面和长期的影响，并排除潜在副作用。 4. 线粒体作为生物制剂：恢复线粒体稳态的新方法 迄今为止，我们已经论述了线粒体稳态在肺部疾病中的重要性。有趣的是，线粒体本身具有双重作用，既可作为内源性抗氧化剂，又是线粒体质量控制的主要调节者。这一独特功能启发了一种创新治疗范式：利用外源性线粒体作为小尺寸生物制剂，直接恢复氧化还原稳态并重建线粒体功能。[121,122]目前，给予外源性线粒体以挽救受损细胞的方法主要有两种：i）移植分离的线粒体；ii）细胞间线粒体转移。以下部分将阐述这两种方法的优势和挑战。4.1. 分离线粒体移植 线粒体移植通常是指以治疗为目的，将来自自体或异体来源的分离线粒体进行局部或全身给药。该策略最早由Clark和Shay于1982年提出，并在体外证实具有修复作用。[123] 随后，该策略成功应用于退行性关节疾病、脊髓损伤和心肌梗死的治疗，在应对这些病理状态方面显示出显著疗效。[124–126]线粒体移植的成功实践开启了利用线粒体作为小尺寸生物活性制剂治疗疾病的新时代，也被称为线粒体补充治疗（MRT）。[127,128] 近期研究表明，对线粒体母细胞或分离线粒体进行工程化改造，可进一步提高治疗效率或赋予特异性靶向能力，显示出这一新策略的良好发展前景。[125,129]4.1.1. 线粒体分离方法 目前，差速离心、密度梯度离心和差异过滤是从母细胞中分离线粒体最常用的方法。[130,131] 这些方法操作简单；然而，它们依赖物理差异进行分离，因此不可避免地会导致粗线粒体提取物中混有其他细胞成分。为解决这一问题，已有研究开发出先进的分离技术，以提高线粒体纯度，从而确保线粒体治疗应用具有更精确和可靠的效果。例如，研究者开发了一种线粒体靶向顺磁性氧化铁纳米颗粒（Mito-magnetic），其通过识别线粒体膜电位来分离功能性线粒体，显示出更高的效率。[132] 另一个例子是使用与抗线粒体外膜转位酶22（TOMM22）抗体偶联的超顺磁性微珠，该抗体可特异性靶向线粒体外膜蛋白。[133] 与传统差速离心相比，该方法可在高梯度磁场下获得更高产量的分离线粒体。此外，MacDonald等开发了一种技术，即用荧光染料和靶向外膜蛋白的抗体标记线粒体，随后进行流式细胞术分选。该方法可分离出高纯度线粒体。[134] 总体而言，尽管存在不同的分离策略，但所有方法的目标都是获得高质量、高产量的线粒体，同时尽量减少提取过程中可能造成的损伤。4.1.2. 线粒体移植在肺部疾病治疗中的应用 多项开创性研究已证实，利用线粒体移植治疗多种肺部疾病具有潜力。例如，近期一项研究表明，给予健康线粒体可通过减轻异常铁沉积并防止铁死亡性细胞死亡，挽救博来霉素（BLM）诱导的AT2细胞损伤。[9]此外，有研究报道，移植猪心来源的异体线粒体可在离体肺灌注后降低肺血管阻力。[135] 类似地，静脉注射异体线粒体已显示出降低急性肺损伤（ALI）大鼠肺泡–毛细血管通透性的能力。[136] 然而，尽管线粒体移植作为一种肺部疾病新型治疗方法具有前景，但其临床实施仍受到限制，主要原因包括：i）分离线粒体在细胞外环境中功能迅速退化；ii）分离过程中线粒体活性不可避免地下降，这些因素显著阻碍了该策略的治疗应用。[137]体内递送分离线粒体带来的另一主要顾虑是，细胞外裸露的线粒体成分可能作为损伤相关分子模式（DAMPs），加重炎症反应并加剧组织损伤。[138] 尤其是，移植异体或低质量线粒体具有较高的诱发宿主免疫反应风险。[139,140]最关键的是，挑战在于如何将分离线粒体高效递送至受损肺部部位。无论是全身给药还是局部给药，在确保线粒体靶向并有效转运至肺细胞，同时维持其结构和功能完整性方面，都面临重大的技术障碍。4.2. 细胞间线粒体转移 考虑到线粒体移植的固有局限性，近年来提出了一种利用细胞间线粒体转移的新方法。越来越多的证据表明，在细胞分裂之外，一个细胞可将其部分线粒体供给另一个细胞，这一过程被称为细胞间线粒体转移。与线粒体移植不同，该方法利用细胞之间线粒体的自发转移，绕过了分离步骤，并最大限度减少了线粒体暴露于细胞外环境所带来的有害影响和安全隐患。此外，利用细胞同时作为线粒体供体和载体，可实现线粒体向受损或衰老细胞的靶向递送，为将线粒体精准递送至功能障碍肺细胞提供了潜在解决方案。例如，本文作者此前已阐明，MSCs可作为理想的细胞载体，通过细胞间线粒体转移方式，将线粒体选择性递送至受损肺泡上皮细胞（AECs）。[121,128]目前，细胞间线粒体转移可分为两种主要机制：依赖细胞-细胞接触的途径和非依赖细胞-细胞接触的途径（图3）。前者需要供体细胞和受体细胞之间发生物理接触，包括隧道纳米管（TNTs）和连接蛋白43（Cx43）介导的缝隙连接通道（GJCs）；后者则通过释放游离线粒体或将线粒体包裹于细胞外囊泡（EVs）中，实现细胞之间的远距离线粒体转移。下文将简要概述细胞间线粒体转移的潜在机制及其相关治疗应用。 4.2.1. 线粒体如何在细胞之间转移？ 线粒体转移最为广泛记录的机制涉及隧道纳米管（TNTs）。Rustom等于2004年首次报道了细胞器可通过TNTs在哺乳动物细胞之间移动。[141] 次年，Koyanagi等进一步观察到心肌细胞通过TNTs向内皮祖细胞发生细胞间线粒体转移。[142]TNTs是一类动态的、基于膜结构的管状结构，形成于两个细胞之间，可促进细胞质成分甚至细胞器的双向交换，包括线粒体。[143] 这种依赖TNTs的线粒体转移依赖于包含线粒体Rho GTP酶1（Miro1）的结构，并通过微管通道进行。[144] 此外，生长相关蛋白43和Cx43也是参与TNTs形成的另外两种蛋白。[145,146] Cx43介导的缝隙连接通道（GJCs）是另一种常被报道的细胞间线粒体转移机制。[121] Bhattacharya J.及其团队首次报道了GJCs参与MSCs与肺泡之间的线粒体转移。[147] 与TNTs相比，通过GJCs进行的线粒体转移在体外细胞实验中更难观察到，但越来越多的研究已证实GJCs有助于促进细胞间线粒体转移。[148]迄今为止，GJCs在线粒体转移中的具体作用仍不清楚。由于GJCs直径较窄，线粒体在物理上不可能直接通过。本文作者此前提出了一种可能解释GJCs促进线粒体转移的机制，即该过程可能通过形成环形缝隙连接结构实现。[128] 在这一过程中，线粒体首先被纳入称为环形缝隙连接的双膜囊泡中，随后环形缝隙连接被内化并降解，从而将线粒体释放至受体细胞内。 依赖细胞外囊泡（EVs）的线粒体转移是远距离线粒体转移的主要途径，在这一过程中不需要细胞间接触。EVs是细胞间通讯的重要载体，根据其来源或大小可分为外泌体、微囊泡和凋亡小体。[149,150]来源于细胞质膜的微囊泡直径较大，范围为100 nm至1 µm，能够包裹完整线粒体并介导其转移。[151] 含线粒体EVs（EV-Mito）的形成涉及复杂的分子机制，Borcherding N和Brestoff JR已对此进行了全面阐述。[122]值得注意的是，这些EVs中的线粒体货物可能包括：i）拟用于跨细胞降解的受损细胞器；或ii）具有完整功能和生物活性的线粒体，用于调节受体细胞生理功能。[152,153] 此外，一些证据表明，游离线粒体可从供体细胞主动释放至细胞外微环境中，并随后被受体细胞内化。人们认为，这些转移的线粒体可能发挥双重作用，既作为供体细胞中的线粒体质量控制因子，也作为细胞间信号介质。[154,155]值得注意的是，这些不同机制并非相互排斥，而是可能在同一生物学背景下同时发挥作用，其相对贡献会随具体生理需求而变化。4.2.2. 是什么驱动细胞间线粒体转移？ 细胞间线粒体转移被认为可在多种疾病条件下受到促进，包括氧化应激、炎症或外源性刺激，这些因素作为线粒体稳态自我调节的一部分，可保护细胞免受外界损伤。[156,157] 证据表明，线粒体转移在维持细胞和组织稳态中具有关键作用，尤其是在生理条件下。[32]例如，近期一项研究证实，气道结构细胞之间存在线粒体交换，并且这种交换在香烟烟雾暴露后增强。这突出了内源性稳态机制和应激反应通路，其目的在于调节生物能量代谢，并在不利条件下维持细胞功能。[157]此外，一些类型的细胞被发现可将功能障碍线粒体排出至邻近细胞，以维持其细胞内稳态。这一过程的例子包括线粒体从视网膜神经节细胞转移至星形胶质细胞，[158] 从心肌细胞转移至巨噬细胞，[159] 以及从棕色脂肪细胞转移至巨噬细胞。[152] 尤其是，近期研究证实，MSCs可在病理应激下将其线粒体转移至内皮细胞。[143]此外，据报道，癌细胞可从邻近细胞“窃取”线粒体，以促进肿瘤发生、侵袭性、化疗耐药和免疫逃逸。[160,161] 一个值得注意的例子是癌细胞从T细胞中劫持线粒体，这会增强肿瘤细胞的代谢活性，同时削弱T细胞的免疫功能。[162,163]总体而言，现有研究表明，细胞间线粒体转移是一种广泛存在的细胞间通讯机制，用于响应疾病诱导的应激。4.2.3. 细胞间线粒体转移在肺部病理治疗中的应用 疾病诱导的细胞间线粒体转移的发现，启发了一种具有吸引力的策略，即将线粒体靶向递送至受损肺细胞中，用于治疗肺部疾病。目前，MSCs是作为线粒体供体细胞研究最广泛的候选细胞，这在很大程度上归因于其在静息状态下相对较低的能量需求。[164] 此外，MSCs具有归巢至损伤部位的天然能力，[165,166] 以及固有的肺部滞留能力，[167] 这使其作为治疗肺部疾病的线粒体载体具有特别优势。 一些开创性研究已表明，将线粒体成功转移至肺细胞中，可有效挽救受损肺细胞并缓解疾病相关症状（图4）。最早强调细胞间线粒体转移在肺部疾病治疗中关键作用的证据，是利用MSCs保护肺泡上皮细胞（AECs）免受急性肺损伤（ALI）影响。研究观察到，来源于骨髓间充质基质细胞（BMSCs）的线粒体被转移至受损AECs中，并成功恢复肺泡生物能量代谢，消除了白细胞增多、蛋白渗漏和表面活性物质分泌等症状。[147]同样，血管内皮细胞屏障破坏是脓毒症诱导ALI的标志性病理特征。Zhang等发现，BMSCs可通过将其线粒体转移至肺微血管内皮细胞来调节内皮屏障完整性，而这一过程受MSCs中线粒体转录因子A（TFAM）表达的关键调控。[168]此外，人诱导多能干细胞来源的MSCs（iPSC-MSCs）已显示出能够在香烟烟雾暴露大鼠模型和哮喘小鼠中，有效将功能性线粒体转移至气道上皮细胞。该过程可挽救线粒体功能障碍，并为缓解COPD和哮喘相关炎症提供一种有前景的治疗策略。[169,170]类似地，在臭氧暴露小鼠肺中，气道平滑肌细胞（ASMCs）被确定为iPSC-MSCs转移线粒体的受体细胞。研究发现，这种线粒体转移可减轻ASMCs中的ROS产生、细胞凋亡和线粒体膜电位（MMP）丧失，从而保护其免受氧化应激诱导的线粒体功能障碍，并减少气道炎症和气道高反应性。[171]此外，人肺来源MSCs被发现可单向将线粒体转移至上皮细胞。[172] 另外，Jackson等显示，MSC来源线粒体转移至肺泡巨噬细胞可增强其生物能量代谢和吞噬活性，从而在临床前ARDS模型中改善抗菌作用。[173,174] 尽管线粒体转移具有相当大的治疗潜力，但天然细胞间线粒体转移固有的低效率构成了主要挑战，阻碍了其治疗应用。包括本文作者在内的多项研究表明，增强细胞间线粒体转移可显著提高治疗效果。例如，Miro1是细胞间线粒体运动的主要调节因子，在MSCs中过表达Miro1可促进线粒体向受损肺泡上皮细胞（AECs）转移，逆转气道高反应性（AHR），并在哮喘治疗中显示出更优的治疗效果。[144]我们此前提出了一种通过过表达Cx43来增强GJCs促进的线粒体转移的潜在方法，而Cx43过表达可由氧化铁纳米颗粒（IONPs）刺激诱导。随后，Cx43过表达的MSCs向BLM损伤的AECs转移线粒体的能力显著增强，并有效减轻肺纤维化（PF）进展。[121]有趣的是，本文作者进一步发现，通过吡格列酮处理促进线粒体生物发生，可显著增加MSCs中的线粒体含量。线粒体数量增加促进了线粒体向受损AECs更高效且更持久的转移，并在动物模型和人肺细胞模型中显示出对晚期PF的强效治疗干预作用。[128]这些例子强调了增强细胞间线粒体转移可提升治疗潜力。此外，通过将MSCs与分离线粒体共培养实现线粒体富集，已显示出增强干细胞治疗再生潜力的益处。[175] 表5总结了更多利用MSC介导的细胞间线粒体转移治疗多种肺部疾病的实例，包括PF、COPD、ALI和哮喘。 除细胞介导的细胞间线粒体转移外，通过细胞外囊泡（EVs）转移的线粒体也被发现参与肺部炎症治疗。研究表明，BMSCs或脂肪来源干细胞通过EV-mito途径向巨噬细胞转移线粒体，可诱导巨噬细胞形成抗炎且高吞噬活性的表型，从而有效缓解LPS损伤小鼠的肺部炎症病理改变。[173,176]进一步研究显示，这些来源于BMSCs的EV-mito在挽救肺微血管内皮细胞线粒体功能障碍、增强ARDS模型中肺泡上皮和内皮屏障完整性方面发挥关键作用。[71] 另一项研究提示，由气道髓源性调节细胞来源外泌体介导的线粒体向T细胞转移，可有效抑制哮喘中的炎症反应。[177]这些综合发现揭示了一种利用EV-mito将功能性线粒体递送至功能紊乱肺细胞的新型肺部疾病治疗策略，从而恢复受损的线粒体稳态并干预肺部疾病。然而，推动基于EV-mito的治疗策略仍面临EV-mito产量低的挑战。另一项风险在于难以控制EV-mito中的线粒体质量，因为EVs内受损线粒体可能诱发受体细胞的氧化应激和炎症。[151,178]5. 挑战与展望 肺部疾病是全球重大健康问题，其发病率不断上升，并且是全球第三大死亡原因。过去几十年中，肺部疾病治疗策略在多个领域取得了显著进展，包括再生医学、精准医学、免疫治疗和干细胞治疗。然而，一些严重肺部疾病仍面临挑战，包括特发性肺纤维化（IPF）、COPD、哮喘和肺动脉高压（PAH）。因此，亟需创新策略，以解决当前治疗方法的局限性，并为肺部疾病提供更有效、更具靶向性的治疗。 功能障碍线粒体的管理在逆转病理性细胞状态方面显示出显著潜力，为治疗肺部疾病提供了有前景的治疗途径。然而，目前对于代谢、结构和功能机制如何共同导致线粒体功能障碍，仍缺乏全面认识。此外，如何有效且靶向性地恢复功能障碍线粒体仍是一个挑战，从而阻碍了这一有前景治疗方法的临床实践。目前，将治疗性物质递送至功能障碍线粒体是恢复线粒体稳态研究最多的策略。尤其是，三苯基膦（TPP）因其带正电和疏水性，已被广泛研究作为一种线粒体靶向基团。然而，该分子对功能障碍线粒体的选择性较差。此外，有研究提示其存在降低线粒体膜电位（MMP）的风险，从而诱导氧化应激并可能造成线粒体损伤。[179] 因此，有必要进一步研究并开发针对功能障碍线粒体的高效、安全靶向递送方法。 将分离的健康线粒体导入受损细胞，以替代功能障碍线粒体的生物功能，是恢复受损线粒体稳态的另一种策略。在这一策略中，线粒体可被视为微米级生物活性制剂。然而，该方法也面临一些挑战，包括如何实现线粒体特异性选择性递送至功能障碍细胞，以及如何在线粒体分离和移植过程中维持线粒体生物活性。这些挑战对于确保该有前景方法的安全性和有效性至关重要。此外，外源性裸露线粒体在直接给药后很大程度上会被宿主免疫系统识别为损伤相关分子模式（DAMPs），可能触发炎症或免疫反应。[180] 另外，由于线粒体分离或保存过程中的损伤，移植线粒体常出现结构完整性丧失、功能受损以及ROS水平升高。移植这些低质量线粒体具有诱导宿主免疫反应的较高风险。[139,140]尤其需要注意的是，在高风险癌症患者中进行线粒体移植，可能会通过促进代谢重编程而无意中滋养肿瘤生长，因此需要特别谨慎。[181] 因此，为推动该策略向临床转化，必须严格优化线粒体分离、储存和质量控制流程。此外，还需要开展全面的临床前和临床研究，以评估其潜在风险，尤其是长期安全性。此外，近年来开发的多种线粒体递送技术，如基于生物材料的纳米载体，或细胞及细胞来源纳米囊泡，可在循环中保护所给药线粒体，避免游离线粒体被免疫系统识别，并允许治疗性线粒体靶向递送至受损部位。[32,182,183] 尽管线粒体移植作为一种新型治疗方法仍处于早期阶段，但解决这些挑战可能释放其在治疗线粒体功能障碍相关疾病中的治疗潜力。 细胞间线粒体转移已成为体内递送功能性线粒体的另一种策略。这种细胞介导的方法可规避直接线粒体移植相关的许多挑战。然而，天然发生的线粒体转移效率较低，显著限制了该方法的治疗潜力。[121]通过细胞工程促进细胞间线粒体转移，例如改善GJCs或TNTs介导的线粒体转移，为将线粒体转移应用于疾病治疗提供了一种新方法。此外，EV-mito的发现启发了另一种细胞间线粒体转移策略，其纳米级尺寸使其具有更灵活的给药方式，并能更高效地递送至病变组织。然而，如上所述，EV-mito固有的局限性，即产量低以及线粒体成分和内容物异质性较高，构成了将EV-mito直接作为治疗药物应用的重要障碍。为应对这些挑战，将健康线粒体人工包载于纳米载体中（如脂质体），可能是一种有前景的策略，可仿生EV-mito的功能和纳米尺寸，并有望克服EV-mito的固有局限性。 尽管已有令人鼓舞的临床前证据支持线粒体治疗在肺部疾病中的治疗潜力，但其临床转化仍然滞后，这可能是由于多方面的科学、技术和监管障碍所致。迄今为止，已有多项线粒体治疗临床试验成功应用于其他类型疾病的治疗。例如，McCully团队于2017年报道了首项关于自体线粒体移植用于儿童心肌缺血再灌注损伤患者的临床研究。[184] 将来自非缺血骨骼肌的自体线粒体注射至心包内，可显著改善其心室功能，且未见炎症或排斥反应证据。基于这些初步结果，随后自2017年起，在儿童患者中进一步开展了一项更详细的临床试验（NCT02851758，非适用阶段）。目前，越来越多的临床试验已在多种疾病中开展，包括脑缺血（NCT04998357，非适用阶段）、心肌梗死（NCT05669144，I/II期）、难治性多发性肌炎（NCT04976140，I/II期）、Pearson综合征（NCT03384420，I/II期）以及反复体外受精失败（NCT03639506，非适用阶段）。迄今为止，肺部疾病治疗中线粒体治疗临床转化面临的最重大挑战，是缺乏肺特异性的线粒体递送方法，这也是线粒体移植治疗中的主要瓶颈。强烈建议进一步研究最佳递送途径，如静脉给药、吸入给药或局部给药，以及无细胞或基于细胞的递送系统、纳米载体或生物囊泡（如EVs），以提高线粒体向受损肺细胞递送的效率和靶向能力。此外，虽然当前研究主要集中于自体线粒体，但异体线粒体的潜在免疫原性仍研究不足。然而，异体线粒体移植的可能性对于临床灵活应用至关重要。主要安全顾虑在于供体和受体之间mtDNA固有的异质性。新兴技术，如无RNA的DddA来源胞嘧啶碱基编辑器（DdCBE）和线粒体靶向转录激活样效应核酸酶（mitoTALEN），可能通过实现致病性mtDNA变异的精准修复来解决这一挑战。[185,186]质量控制是临床治疗效果和患者安全的另一项关键考虑因素。亟需建立标准化标准，用于评估线粒体活性、纯度和功能。此外，供体线粒体的来源也需要仔细考虑。进一步而言，开发可规模化、符合良好生产规范（GMP）的生产流程，对于支持临床转化并确保治疗性线粒体批次间一致性至关重要。 总之，线粒体在多种肺部疾病病理生理过程中的关键作用，启发了一种创新治疗策略，即利用线粒体作为具有生物活性的纳米-微米级治疗制剂，以克服当前呼吸系统疾病管理中的挑战，尤其是COPD、肺纤维化（PF）、哮喘及相关疾病。值得注意的是，利用细胞或EVs介导的线粒体转移策略，突显了一种实现精准线粒体转移以恢复功能障碍细胞的潜在方法。尽管目前仍存在局限性和未解决的挑战，但基于线粒体的治疗方法正在疾病管理中受到越来越多的关注。这一新兴领域在推动小尺度线粒体作为强效治疗制剂的应用方面具有重要前景，尤其是在肺部疾病治疗中。

男性不育已成为全球重大公共卫生问题，约占全部不孕因素的50%，其中生精功能障碍是核心病理环节，临床表现为精子数量减少、活力下降、形态异常及DNA损伤增加。传统西医缺乏安全有效的长期口服促生精药物，而中医药"肾主生殖"理论为此提供了独特思路。 菟丝子-枸杞子（Semen Cuscutae-Fructus Lycii，SC-FL）作为补肾填精经典药对，临床用于少弱精子症已有千余年历史。既往研究证实SC-FL可通过SCF/c-Kit/PI3K/Bcl-2轴抑制生精细胞凋亡、修复血睾屏障，但其对雷公藤苷所致生精衰竭的作用机制尚不明确。 发表于《Phytomedicine》的一项研究，首次整合脂质组学、网络药理学与Nrf2/HO-1/GPX4铁死亡通路，系统揭示SC-FL通过"抗氧化-调控脂质代谢-阻断铁死亡"三重机制拮抗雷公藤苷诱导的生精障碍，为临床防治环境毒物所致男性不育提供了重要实验依据。 图1 论文首图 SC-FL抑制雷公藤苷诱导的小鼠睾丸损伤和氧化应激 研究采用7周龄C57BL/6J雄性小鼠，连续4周灌胃雷公藤苷140 mg·kg⁻¹建立生精衰竭模型，SC-FL低、高剂量组同步给予6.46、12.92 g生药·kg⁻¹·d⁻¹干预。宏观观察显示雷公藤苷组睾丸明显萎缩，SC-FL呈剂量依赖性恢复睾丸体积；HE染色证实雷公藤苷组曲细精管排列紊乱、空泡化严重、精子细胞层几乎消失，而SC-FL高剂量组管腔结构完整、精子细胞层增厚至接近正常。计算机辅助精子分析显示雷公藤苷组精子浓度下降约65%，SC-FL高剂量组回升42%，精子前向运动率与形态正常率同步改善。TUNEL染色显示雷公藤苷组生精细胞凋亡率升高近7倍，SC-FL使其显著降低，表明该药对对雷公藤苷诱导的睾丸组织学损伤与精子质量衰退具有显著逆转作用。 氧化应激是雷公藤苷生殖毒性的核心环节。研究系统检测血清及睾丸组织7项氧化指标，发现雷公藤苷显著下调过氧化氢酶、一氧化氮、总抗氧化能力，上调脂质过氧化终产物丙二醛；SC-FL高剂量可完全逆转过氧化氢酶与总抗氧化能力的下降，并使丙二醛回降54%，但对超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽影响不大，提示其抗氧化特色在于选择性提升过氧化氢清除能力并阻断脂质过氧化，而非广谱升高所有抗氧化酶。免疫荧光显示雷公藤苷组8-羟基脱氧鸟苷阳性精原细胞明显增多，SC-FL显著降低DNA氧化损伤位点，直接保护了遗传物质稳定性。 图2 SC-FL抑制雷公藤苷诱导的小鼠睾丸损伤和氧化应激 SC-FL处理对小鼠睾丸脂质代谢的影响 脂质组学采用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱质谱双模式扫描，共检出673种脂质。主成分分析三维图显示雷公藤苷组与对照组明显分离，SC-FL组向正常组靠拢；差异脂质筛选提示雷公藤苷升高40种、降低12种脂质，SC-FL干预后回调25种。关键变化集中在多不饱和脂肪酸磷脂大幅减少导致膜流动性下降、心磷脂与溶血磷脂过度氧化诱发线粒体嵴断裂、二酰甘油堆积激活炎症小体等方面。SC-FL通过降低多不饱和脂肪酸过氧化、升高饱和磷脂比例、减少二酰甘油蓄积，重塑抗氧化-膜稳态-能量供应三平衡，为生精细胞提供结构完整的膜环境。 图3 SC-FL处理对小鼠睾丸脂质代谢的影响 SC-FL通过调节小鼠睾丸组织中Nrf2/HO-1信号通路抑制铁死亡 铁死亡是铁依赖、脂质过氧驱动的程序性死亡，与生精障碍密切相关。普鲁士蓝铁染色显示雷公藤苷组睾丸间质铁沉积增加3倍以上，SC-FL高剂量使其显著降低；Western blot与免疫组化同步证实雷公藤苷显著下调谷胱甘肽过氧化物酶4与胱氨酸转运体，而SC-FL呈剂量依赖性恢复其表达，阻断脂质活性氧链式反应。TUNEL与铁染色共定位发现雷公藤苷组凋亡细胞多伴随高铁负荷，SC-FL使双阳细胞减少近七成，首次直接证明SC-FL可在体阻断生精细胞铁死亡。 Nrf2/HO-1是细胞抵御氧化与铁死亡的核心轴。雷公藤苷组Nrf2总蛋白及核转位均显著下降，下游血红素加氧酶-1、谷胱甘肽过氧化物酶4同步低表达；SC-FL高剂量组Nrf2核转位增加2倍以上，血红素加氧酶-1上调近2倍，而Kelch样ECH关联蛋白1无变化，提示SC-FL主要通过阻断Nrf2降解、促进其入核发挥作用。免疫荧光共定位显示Nrf2主要定位于精原细胞核，血红素加氧酶-1高表达于支持细胞胞质，二者形成精原-支持细胞抗氧化偶联，为精子发生提供双重保护。 图4 SC-FL通过调节小鼠睾丸组织中Nrf2/HO-1信号通路抑制铁死亡 SC-FL改善生精功能障碍的网络药理学分析 液相色谱-质谱联用共鉴定SC-FL入血52种活性成分，包括槲皮素、葛根素、绿原酸、枸杞多糖片段等；数据库交叉分析获得59个关键靶点，蛋白互作网络提示蛋白激酶B1、肿瘤坏死因子、白细胞介素1β、肿瘤蛋白p53、B细胞淋巴瘤2、半胱天冬酶3为度值最高节点；通路富集显示p53、缺氧诱导因子-1、铁死亡、雄激素合成通路显著富集。分子对接证实槲皮素与Nrf2结合能达-9.2千卡每摩尔，可稳定占据其Neh2结构域阻断Kelch样ECH关联蛋白1泛素化降解，为实验观察到的Nrf2激活提供结构解释，形成网络药理学-实验验证的完整闭环。 图5 SC-FL改善生精功能障碍的网络药理学分析 雷公藤内酯诱导GC-1细胞氧化应激和铁死亡 体外采用小鼠精原干细胞系GC-1，以50纳摩雷公藤内酯模拟雷公藤苷毒性。细胞计数试剂盒显示雷公藤内酯使细胞存活率降至46%，铁死亡诱导剂Erastin降至42%，形态学呈现典型线粒体皱缩、膜密度增加；双荧光探针证实雷公藤内酯使铁离子与活性氧同步升高，脂质过氧化物增加近3倍，流式检测凋亡率达38%。加入铁死亡特异性抑制剂Fer-1后，活性氧、铁离子、脂质过氧化物与凋亡率均显著回落，首次直接证明雷公藤内酯通过铁死亡主通路损伤精原干细胞。 图6 雷公藤内酯诱导GC-1细胞氧化应激和铁死亡 LBP和FSC逆转GC-1细胞的氧化应激和铁死亡 进一步拆分SC-FL：枸杞多糖与菟丝子总黄酮分别干预。毒性实验显示枸杞多糖25至200微克每毫升对GC-1无抑制反而促增殖，菟丝子总黄酮呈剂量依赖性抑制，故选用枸杞多糖50、100微克每毫升与菟丝子总黄酮12.5、25微克每毫升进行保护实验。结果显示两药均可显著逆转雷公藤内酯诱导的存活率下降，其中枸杞多糖100微克每毫升使存活率由46%升至78%；脂质过氧化物、活性氧、铁离子水平同步下降，谷胱甘肽、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶活性回升，提示二者通过抗氧化与铁螯合双机制阻断铁死亡。 图7 LBP和FSC逆转GC-1细胞的氧化应激和铁死亡 LBP通过Nrf2/HO-1通路减轻GC-1细胞的氧化应激损伤和铁死亡 Western blot显示雷公藤内酯显著下调Nrf2、血红素加氧酶-1、谷胱甘肽过氧化物酶4，上调Kelch样ECH关联蛋白1；枸杞多糖100微克每毫升可完全逆转Nrf2与血红素加氧酶-1下降，菟丝子总黄酮25微克每毫升对Nrf2有效但对血红素加氧酶-1作用有限，提示枸杞多糖是激活Nrf2/HO-1的主效应组分。免疫荧光发现雷公藤内酯使Nrf2滞留胞浆，枸杞多糖促进其核转位，与谷胱甘肽过氧化物酶4表达升高同步，进一步支持Nrf2入核-血红素加氧酶-1上调-谷胱甘肽过氧化物酶4抗氧化级联。 为验证Nrf2是否为枸杞多糖保护的核心靶点，研究采用Nrf2特异性抑制剂ML385 10微摩尔。结果显示ML385可完全阻断枸杞多糖对雷公藤内酯诱导脂质过氧化物、活性氧、铁离子升高的抑制，同时抵消其对过氧化氢酶、谷胱甘肽、超氧化物歧化酶的恢复；Western blot证实ML385使枸杞多糖升高的Nrf2、血红素加氧酶-1、谷胱甘肽过氧化物酶4再度下降，核转位实验亦显示Nrf2被阻于胞浆。该正反再正实验闭环确证枸杞多糖通过激活Nrf2/HO-1-GPX4轴抑制铁死亡，是SC-FL拮抗雷公藤苷生精毒性的关键分子机制。 图8 LBP通过Nrf2/HO-1通路减轻GC-1细胞的氧化应激损伤和铁死亡 小结 本研究首次将“脂质组学-网络药理学-铁死亡”整合，系统阐明SC-FL通过Nrf2/HO-1/GPX4轴抑制氧化应激驱动的铁死亡，从而拮抗雷公藤苷诱导的生精功能障碍。临床层面，该成果为长期暴露于雷公藤制剂、环境污染物或重金属的男性不育患者提供了可直接转化的干预方案：①口服SC-FL煎剂（菟丝子15 g+枸杞子15 g，日一剂，连续3月）可显著改善精子数量与活力；②对于重度少弱精子症，可在此基础上加用枸杞多糖提取物0.8 g/d，强化Nrf2激活；③联合微量元素硒、锌可增强GPX4活性，形成“中药-营养”协同。未来仍需开展多中心随机对照试验，验证SC-FL对自然妊娠率及子代安全性的影响，并进一步拆分槲皮素、枸杞多糖片段等关键单体的构效关系，为开发新一代“抗氧化-抗铁死亡”生殖保护药物奠定基础。。 参考文献： Zhu Y, Zhang J, Liu Q, Xin X, Dong L, Wang B, Li H, Li D, Wang J, Guan S, Ye Y. Semen Cuscutae-Fructus Lycii attenuates tripterygium glycosides-induced spermatogenesis dysfunction by inhibiting oxidative stress-mediated ferroptosis via the Nrf2/HO-1 pathway. Phytomedicine; doi: 10.1016/j.phymed.2024.156221. 作者｜梅斯医学 编辑 | 逅思 来源 | 梅斯循证中医药 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！