综述:内皮细胞中的线粒体转移与血管健康

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:TRENDS IN Cell Biology 13.0

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  本文综述线粒体在血管健康中的关键作用,聚焦线粒体转移这一细胞间通讯机制,涵盖隧道纳米管(TNTs)、细胞外囊泡(EVs)等自然途径及线粒体移植等人工方法,探讨其对血管修复的作用、临床潜力与现存挑战,为血管疾病治疗提供新视角。

  
线粒体作为细胞能量代谢的核心,其功能直接影响内皮细胞(EC)的生物能量学状态与结构完整性,在血管健康调控中扮演关键角色。近年来,线粒体转移作为一种新兴的细胞间通讯机制,逐渐成为生命科学领域的研究热点,其在血管系统中的作用备受关注。

线粒体转移:内皮细胞功能调控的新机制


线粒体转移是指线粒体在细胞间的主动运输过程,可通过自然机制与人工干预两种途径实现。自然机制中,隧道纳米管(TNTs)作为细胞间的 “纳米高速公路”,允许线粒体在细胞间进行长距离传递。例如,在氧化应激或能量匮乏条件下,健康细胞可通过 TNTs 将功能性线粒体转移至受损的内皮细胞,恢复后者的线粒体膜电位与 ATP 生成能力,从而增强内皮细胞在缺血等病理状态下的存活能力。

细胞外囊泡(EVs)则是另一种重要的自然传递载体。EVs 携带的线粒体可通过内吞作用进入受体内皮细胞,不仅补充能量代谢所需的 “动力工厂”,还能传递抗氧化酶等物质,调节受体细胞内活性氧(ROS)水平,减轻氧化损伤。研究显示,间充质干细胞来源的 EVs 通过转移线粒体,可显著促进糖尿病模型小鼠的血管新生,为糖尿病血管病变的治疗提供了实验依据。

人工干预策略:线粒体移植的治疗潜力


除自然机制外,线粒体移植作为一种人工干预手段,正逐渐从实验室走向临床探索。该技术通过分离健康供体的线粒体,利用微注射等方法将其直接导入受损的内皮细胞或组织内,以弥补受体细胞的线粒体功能缺陷。在缺血性疾病模型中,线粒体移植可改善内皮细胞的血管生成能力,促进侧支循环建立,减轻组织缺血损伤。例如,在心肌缺血再灌注损伤模型中,移植健康线粒体可显著降低心肌细胞凋亡率,改善心脏功能,显示出对抗血管衰老与缺血性损伤的潜力。

线粒体功能的多维度调控作用


线粒体对血管健康的影响不仅限于能量代谢领域。作为细胞内的 “信号枢纽”,线粒体通过调控 ROS 信号传导、免疫反应与机械转导等过程,维持内皮细胞的结构与功能完整性。ROS 作为线粒体代谢的副产物,其动态平衡失调可导致内皮细胞功能紊乱,而线粒体通过调节超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶的表达,可维持 ROS 稳态。此外,线粒体 DNA(mtDNA)释放引发的炎症反应,以及线粒体膜电位变化介导的机械应力感知,均表明线粒体在血管稳态调控中的核心地位。

临床转化挑战与未来方向


尽管线粒体转移在基础研究中展现出显著的治疗潜力,但其临床应用仍面临诸多挑战。首先,线粒体在体外分离与保存过程中易发生功能损伤,如何维持移植线粒体的稳定性与活性仍是关键技术瓶颈。其次,宿主来源线粒体的规模化制备与质量控制体系尚未完善,限制了其在临床中的广泛应用。此外,线粒体转移的长期安全性与免疫原性问题亦需深入研究,例如异体线粒体是否会引发宿主免疫排斥反应等。

早期临床研究已初步验证了线粒体治疗的可行性。在一项针对慢性下肢缺血患者的 Ⅰ 期临床试验中,自体骨髓间充质干细胞来源的线粒体移植显示出良好的安全性,并可改善患者的下肢血流灌注。然而,如何优化线粒体递送系统(如开发靶向内皮细胞的载体)、提高线粒体在体内的定植效率,仍是未来研究的重点方向。

结语


线粒体转移通过自然传递途径与人工干预策略,为血管疾病的治疗提供了全新的思路与手段。从基础机制解析到临床转化应用,该领域的研究不仅深化了对血管稳态调控的认知,更有望催生以线粒体为靶点的新型治疗策略。未来,跨学科技术的融合(如纳米生物技术、基因编辑技术)将为线粒体转移的临床应用提供强大动力,推动其从实验室走向临床,为缺血性疾病、血管衰老等重大健康问题的解决带来新希望。
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