线粒体是细胞能量代谢和信号传导的中心，在调控物质和能量代谢、氧化还原状态、信号传递和细胞存活与死亡等过程中发挥了关键作用。虽然线粒体被认为是调控免疫反应、炎症和组织再生的重要细胞器，但在体内生理或疾病状态下细胞/器官间的线粒体功能调控机制尚不清楚，这阻碍了靶向线粒体的疾病治疗策略研究。近年来，大量研究发现线粒体组分包括线粒体DNA，线粒体RNA，线粒体蛋白和线粒体片段等广泛存在于特定细胞外囊泡（EV）亚群，这些EVs可调节受体细胞的代谢状态及细胞表型，其含量或组成随多种疾病如肿瘤、衰老、精神和自身免疫疾病等的进展而变化。此外，EV介导的线粒体转移也被证实具有修复损伤受体细胞的代谢功能等作用。虽然已有研究显示富含线粒体的EV可能用于多种疾病的诊断或治疗，但目前领域内对其发生机制、生物特征和功能的整体认识、已有研究局限性和未来研究展望等还有待阐明。
近日，四川大学华西医院刘敬平研究员团队在国际细胞外囊泡学会（ISEV）的官方期刊Journal of Extracellular Vesicles发表了题为“MitoEVs: a new player in multiple disease pathology and treatment”的综述论文（DOI: 10.1002/jev2.12320）。该论文提出采用MitoEVs来统一描述这些具有高度异质性、富含线粒体组分的EV群体，并阐述了mitoEVs的生物发生机制及分离、表征方法，mitoEVs介导的线粒体转移对受体细胞的代谢和免疫调节作用，及其在多种疾病中的可能致病作用。此外，还阐述了mitoEVs作为多种疾病的生物标志物和治疗策略的研究现状，为探究线粒体相关疾病的致病机理和治疗策略提供了新的见解。该文通讯作者是四川大学华西医院国家卫健委移植工程与移植免疫重点实验室刘敬平研究员，第一作者是该实验室的研究助理周希月。研究团队长期致力于基于EV的靶向治疗和细胞代谢调控的基础与转化研究，已在ACS Nano、JEV、Acta Pharmaceutica Sinica B、Journal of Controlled Release、Acta Biomaterialia等国际期刊发表多项相关研究成果。
该论文首先阐述了mitoEV的生物合成、线粒体组分分选及mitoEV释放的调控机制。目前已发现的mitoEVs包括线粒体来源的囊泡（MDVs）、mitovesicles和其它常规EV亚群重叠。通常细胞应激可促进mitoEVs分泌，多条信号通路如CD38/cADPR、SNX9、OPA1、LC3、DRP1、PINK1和ARRDC1参与调控了mitoEVs的释放，此外mitoEVs与常规EVs共享部分合成和释放过程。某些mitoEVs亚群不表达Exosome或MV的标志物，说明其可能具有独特的合成途径、生物特征和生理效应。然而，调节mitoEVs合成和释放的详细机制还有待深入研究。目前，超高速梯度离心仍是分离mitoEVs的最常用方法，而最新研究表明高分辨的密度梯度离心法可有效分离高纯度的mitoEVs。因此，还急需开发能有效分离mitoEVs的新技术方法。目前对mitoEVs的表征还采用经典EV的常用表征方法，如纳米示踪分析（NTA）、电镜（EM）、流式分析和免疫印迹。但由于mitoEVs高度异质，且其大小、结构、表面标记物和线粒体组分分布尚不明确。因此，除上述常规方法外，还需对mitoEVs对受体细胞的线粒体功能和表型的影响进行特异性检测。
图1 mitoEVs的生物合成、释放和摄取途径
此外，该论文还详细介绍了mitoEVs对受体细胞功能的调节作用，如代谢调节与免疫调节。作为物质和能量代谢的中心，mitoEVs介导的功能性线粒体组分转移除了可修复受体细胞的受损线粒体功能外，还能诱导受体细胞的代谢重编程，恢复其物质代谢过程。然而，损伤细胞来源的mitoEVs也可能加剧受体细胞线粒体功能的损伤。此外，mitoEVs介导的线粒体组分转移还可调节受体免疫细胞的免疫功能，不同条件下来源的mitoEVs可表现为促炎或抗炎作用。因此，干预mitoEVs介导的线粒体转移具有治疗线粒体损伤相关疾病的潜能。
图2 mitoEVs的分选机制和靶细胞调节作用
由此可见，mitoEVs介导线粒体组分转移似乎是一把“双刃剑”。该论文还详细阐述了mitoEVs在多种疾病如肿瘤、肝脏疾病、感染性疾病、心血管疾病和呼吸疾病等中的重要致病作用及机制。此外，多项临床研究也发现mitoEVs的含量或组成在多种疾病如肿瘤、衰老相关疾病、精神疾病、自身免疫性疾病、心血管疾病和感染性疾病等疾病患者的体液中呈动态变化，可在一定程度上作为疾病预防、发生发展和预后预测的生物标志物。此外，作者还详细介绍了特定细胞如MSC、iCM和NSC等来源的mitoEVs在多种疾病模型如AKI、ALI、ARDS和IRI等的治疗作用，包括恢复线粒体能量代谢，刺激线粒体生物合成，调节氧化还原平衡及降低炎症反应等。总之，mitoEVs的多效作用提示其在多种疾病的早期诊断或治疗干预中的临床转化潜能。
图3 mitoEVs的临床转化潜能
尽管已有研究表明生理或病理情况下mitoEVs介导的线粒体组分转移是线粒体质量控制和细胞间沟通的新方式，且具有疾病诊断和治疗潜能，但很多问题尚需进一步阐明。如mitoEVs在生物样本中的动态变化是否是供体细胞释放的调节信号，是否其它机制也参与线粒体组分到mitoEVs的分选。mitoEVs调节受体细胞表型和功能的详细机制仍不清楚，不同体内微环境或供体细胞来源的mitoEVs是否具有不同生物功能还需研究。此外，mitoEVs作为临床生物标志物反映疾病进程、评估治疗效果和预后还需更多的临床证据支持。为了更好的临床转化，mitoEVs在疾病发生中的作用及机制和其在疾病治疗中的潜能还需深入研究。此外，如何高效地分离、纯化、鉴定和保存mitoEVs也是亟待解决的问题。
参考文献：
“MitoEVs: A new player in multiple disease pathology and treatment.” Journal of extracellular vesicles vol. 12,4 (2023): e12320. doi:10.1002/jev2.12320
外泌体资讯网 JEV | 四川大学华西医院刘敬平团队：富含线粒体组分的细胞外囊泡（MitoEVs）：疾病发生和治疗中的新兴角色
