综述：从线粒体到免疫：线粒体来源的囊泡和小细胞外囊泡在细胞通讯和疾病中的新兴作用

《Journal of Extracellular Vesicles》：From Mitochondria to Immunity: The Emerging Roles of Mitochondria-Derived Vesicles and Small Extracellular Vesicles in Cellular Communication and Disease

线粒体衍生的外泌体（MDVs）与常规外泌体（sEVs）在起源、形成机制、功能及免疫调控中存在显著异同。MDVs通过线粒体膜出芽形成，携带线粒体损伤相关蛋白及mtDNA，经lysosome或peroxisome降解，参与细胞质量调控及抗原呈递。其形成依赖ESCRT非依赖性通路（如ceramide和RAB31）及mitophagy相关蛋白（PINK1/Parkin、SNX9、DRP1），并与神经退行性疾病、癌症及自身免疫病相关。MDVs与sEVs共享vesicle结构特征及免疫激活功能，但MDVs更侧重于内源性损伤清除，而sEVs侧重于细胞间通讯。两者均通过表面标记（如TOM20、CD63）及生物标志物（mtDNA、Parkin）区分，在疾病诊断与治疗中具有潜力，但分离技术仍需优化。

　　在细胞生物学领域，细胞器之间的相互作用和信号传递一直是研究的热点。特别是线粒体作为细胞能量代谢的核心，其在维持细胞功能和调控免疫反应方面的作用越来越受到关注。近年来，研究发现线粒体不仅参与细胞内的物质运输和能量供应，还能够通过生成线粒体来源的囊泡（MDVs）参与细胞外的信号传递和免疫调节。这些MDVs与经典的细胞外囊泡（sEVs）在某些方面具有相似性，但在生物发生机制、内容物构成和功能上也存在显著差异。本文将从MDVs的起源、生物发生过程、功能特性及其在免疫调节中的作用等方面，深入探讨MDVs与sEVs之间的异同，并展望其在疾病诊断和治疗中的潜在应用。

### 一、MDVs的起源与生物学意义

根据内共生学说，线粒体起源于一种α-变形菌（α-proteobacterium），它通过与原始真核细胞形成共生关系，逐渐演变为细胞内的线粒体。这一进化过程不仅赋予了线粒体自我维持的能力，也使其保留了部分原细菌的特征，如通过膜泡释放（extracellular vesicles, EVs）进行物质交换和细胞间通信。正如其他细菌一样，α-变形菌可以产生外源性囊泡（EVs），这一特性在进化过程中被线粒体继承，使其具备生成MDVs的能力。MDVs与EVs在形态、大小和功能上具有相似性，通常直径在30至200纳米之间，携带能够被溶酶体和过氧化物酶体降解的物质。MDVs的生物发生机制与EVs的某些过程存在重叠，如靶向物质运输、膜泡形成、抗原呈递等。同时，MDVs也可能像EVs一样被释放到细胞外，参与细胞间通信和免疫调控。

MDVs的形成与线粒体质量控制密切相关。线粒体作为高度动态的细胞器，不断经历分裂与融合的过程，以维持其正常的结构和功能。当线粒体受损时，如出现大量活性氧（ROS）积累或线粒体膜电位丧失，线粒体会通过多种机制清除有害物质。其中包括线粒体自噬（mitophagy）和MDVs的形成。MDVs能够将线粒体内部的受损蛋白或脂质选择性地包装并运输至溶酶体或过氧化物酶体进行降解，从而防止这些有害物质在细胞内积累并引发炎症或疾病。这种机制类似于线粒体自噬，但MDVs在某些情况下可以更迅速地响应线粒体损伤，成为一种快速的线粒体质量控制方式。

此外，MDVs在维持线粒体功能和细胞稳态方面也具有重要作用。它们能够将线粒体内部的特定蛋白和脂质运输至其他细胞器，如内质网（ER）或过氧化物酶体，以促进细胞内物质的循环利用。MDVs还可能通过将线粒体抗原呈递给免疫细胞，参与免疫反应的调控。例如，某些MDVs能够携带线粒体抗原，并通过主要组织相容性复合体（MHC I）呈递给T细胞，从而激活细胞免疫反应。这种机制在某些免疫相关疾病中可能起到关键作用，如系统性红斑狼疮（SLE）等。

### 二、MDVs与sEVs的生物发生机制比较

MDVs和sEVs在生物发生过程中都依赖于特定的分子机制，如膜泡形成、囊泡包装和细胞膜融合等。然而，它们的形成路径和调控因子存在显著差异。sEVs主要来源于多囊泡体（MVBs）或细胞膜的直接芽生，其生物发生通常分为依赖于内吞体分选复合物（ESCRT）和非依赖于ESCRT两种方式。ESCRT依赖性途径涉及一系列蛋白质，如TSG101、Alix、CHMPs和VPS蛋白等，这些蛋白通过调控膜泡形成、内吞体融合和囊泡释放，影响sEVs的生成和功能。而非依赖于ESCRT的途径则可能涉及其他分子，如鞘氨醇（ceramide）或RAB31等，这些分子通过调控膜曲率和囊泡形成，促进sEVs的生成。

相比之下，MDVs的生物发生机制则更加复杂，且受到多种线粒体相关蛋白的影响。例如，MDVs的形成可能依赖于SNX9蛋白，它在膜曲率调控和囊泡释放中发挥重要作用。此外，RAB9和RAB7等小GTP酶也参与MDVs的形成和运输，其中RAB9促进MDVs的释放，而RAB7则调控MDVs与内吞体的融合。这种机制与sEVs的生物发生存在一定的相似性，但也体现出MDVs的独特性。例如，MDVs的形成可能受到PINK1和Parkin等线粒体相关蛋白的影响，而这些蛋白在sEVs的生物发生中并不直接参与。

值得注意的是，尽管MDVs和sEVs的形成机制存在差异，但它们在某些方面具有共同的生物学功能。例如，两者都可以作为细胞间通信的媒介，携带特定的信号分子或抗原，影响受体细胞的功能。此外，它们在调控免疫反应方面也具有相似的潜力，能够通过携带病原体相关分子（PAMPs）或损伤相关分子模式（DAMPs）激活先天免疫系统，促进炎症反应或抗感染免疫。

### 三、MDVs在免疫调节中的作用

MDVs和sEVs在免疫调节中的作用是其研究的核心内容之一。它们不仅能够作为抗原递送的载体，还可能通过携带特定的免疫调节分子，影响免疫细胞的活性和功能。例如，MDVs能够将线粒体抗原运输至溶酶体或过氧化物酶体，并通过MHC I分子呈递给T细胞，从而激活细胞免疫反应。这种机制在某些疾病中可能具有重要意义，如神经退行性疾病（如帕金森病）或癌症。

此外，MDVs还可以通过携带某些炎症因子或病原体相关分子，触发先天免疫反应。例如，线粒体DNA（mtDNA）在MDVs中被发现可以激活Toll样受体（TLRs）信号通路，进而促进NF-κB的激活，导致炎症因子的释放。这一过程可能在某些感染或炎症条件下发挥关键作用。与此同时，sEVs也被发现能够携带类似的分子，如RIG-I和STING，这些分子在激活先天免疫反应中具有重要作用。因此，MDVs和sEVs在免疫调节中的作用存在一定的重叠，但它们的形成机制和功能特点又有所不同。

MDVs的形成与线粒体自噬（mitophagy）密切相关。在某些情况下，线粒体受损后，MDVs可以作为替代的清除机制，将有害物质运输至溶酶体或过氧化物酶体进行降解。然而，这种机制也可能被调控，以防止有害物质的过度释放。例如，在某些免疫疾病中，如系统性红斑狼疮（SLE），MDVs的形成可能被干扰，导致线粒体DNA（mtDNA）的异常释放，进而引发免疫系统的过度激活。这表明MDVs在免疫稳态维持中可能具有重要的调控作用。

### 四、MDVs与sEVs的生物学功能差异

尽管MDVs和sEVs在某些方面具有相似性，但它们的生物学功能仍存在显著差异。sEVs主要作为细胞间通信的媒介，携带多种分子，包括miRNA、蛋白质和脂质，影响受体细胞的功能。它们在多种生理和病理条件下发挥作用，如肿瘤进展、心血管疾病和神经退行性疾病等。相比之下，MDVs的功能更多地与线粒体质量控制和免疫调控相关。MDVs主要负责将线粒体内部的受损蛋白或脂质运输至溶酶体或过氧化物酶体进行降解，从而防止这些物质在细胞内积累并引发炎症或细胞死亡。

此外，MDVs和sEVs在细胞外释放的频率和机制上也存在差异。sEVs的释放是相对常见的，通常通过内吞体与细胞膜的融合或直接芽生实现。而MDVs的释放则较为罕见，通常发生在特定的病理条件下，如氧化应激或线粒体功能障碍。这种差异可能与MDVs的形成机制和细胞内定位有关。例如，MDVs通常在细胞内被运输至溶酶体或过氧化物酶体，而不是直接释放到细胞外。

MDVs还可能通过不同的分子机制影响免疫反应。例如，某些MDVs可能携带线粒体抗原，如MHC I分子，从而激活T细胞。而sEVs则可能携带不同的抗原或免疫调节分子，如RIG-I或STING，这些分子在激活先天免疫反应中发挥重要作用。因此，MDVs和sEVs在免疫调节中的作用可能存在一定的协同效应，但也可能具有各自独特的功能。

### 五、MDVs与sEVs的生物发生路径与调控机制

MDVs的生物发生路径和调控机制与sEVs存在一定的相似性，但也存在显著差异。例如，MDVs的形成可能依赖于特定的线粒体蛋白，如TOM20、PDH和Core2等，而sEVs的形成则主要依赖于内吞体分选复合物（ESCRT）和相关蛋白，如RAB GTPases。此外，MDVs的形成可能受到多种调控因子的影响，如SNX9、RAB9和RAB7等。这些因子在MDVs的形成和释放中起着关键作用，但它们的调控机制与sEVs的生物发生可能存在一定的不同。

值得注意的是，MDVs的形成和释放可能受到某些疾病的干扰。例如，在帕金森病中，PINK1和Parkin的缺失可能导致MDVs的异常形成，进而影响线粒体质量控制和免疫调节。此外，MDVs的形成也可能受到其他因素的影响，如氧化应激、线粒体功能障碍或感染等。这些因素可能通过影响MDVs的形成路径或调控因子的活性，改变MDVs的生物发生和功能。

在某些情况下，MDVs和sEVs的形成可能相互影响。例如，sEVs的释放可能受到MDVs形成的影响，反之亦然。这种相互作用可能在某些病理条件下具有重要意义，如炎症或癌症。此外，某些研究表明，MDVs的形成可能受到sEVs相关蛋白的调控，如SNX9和RAB7等，这表明MDVs和sEVs之间可能存在一定的联系。

### 六、MDVs的生物标志物与应用前景

MDVs的生物标志物是其研究的重要方向之一。由于MDVs与线粒体具有密切关系，它们的形成和释放可能受到线粒体相关蛋白的影响。例如，TOM20、PDH和Core2等蛋白可能作为MDVs的特异性标志物，帮助区分MDVs与其他类型的EVs。此外，MDVs可能携带其他独特的分子，如线粒体DNA（mtDNA）或某些特定的蛋白，这些分子可能在疾病诊断中具有重要价值。

在疾病诊断方面，MDVs可能成为早期检测神经退行性疾病、癌症和自身免疫性疾病的重要工具。例如，在某些癌症模型中，MDVs的释放可能与线粒体功能障碍或氧化应激相关，而这些MDVs可能携带特定的蛋白或RNA，作为疾病标志物。此外，在自身免疫性疾病如系统性红斑狼疮（SLE）中，MDVs的异常释放可能导致线粒体DNA的异常运输，进而引发免疫系统的过度激活。

从治疗角度来看，MDVs可能成为一种新的治疗靶点。例如，通过调控MDVs的形成或释放，可能能够干预线粒体质量控制或免疫反应。此外，MDVs可能被用作线粒体靶向的治疗载体，用于递送药物、修复线粒体DNA或调控免疫反应。这些应用前景为MDVs的研究提供了新的方向。

### 七、MDVs的研究挑战与未来展望

尽管MDVs的研究取得了显著进展，但其在实际应用中仍面临诸多挑战。首先，MDVs的分离和纯化仍然是一个技术难题。由于MDVs与sEVs在大小和形态上存在重叠，传统的分离方法如超速离心和超滤可能无法有效区分两者。此外，MDVs的形成和释放可能受到多种因素的影响，如细胞类型、病理条件和调控因子的活性，这使得其研究更加复杂。

其次，MDVs的功能和作用机制尚未完全阐明。虽然MDVs已被发现与线粒体质量控制、抗原呈递和免疫调节相关，但其具体的作用路径和调控机制仍需进一步研究。例如，MDVs在免疫调节中的具体作用，如如何通过携带特定的分子影响免疫细胞的活性，仍然需要更多的实验数据支持。

此外，MDVs在不同细胞类型中的功能可能存在差异。例如，在某些细胞中，MDVs可能主要参与线粒体质量控制，而在其他细胞中，它们可能更多地参与免疫调节。这种细胞特异性可能影响MDVs的应用前景。

未来的研究方向可能包括：（1）开发更高效的MDVs分离和纯化方法，以促进其在疾病诊断和治疗中的应用；（2）进一步阐明MDVs的生物发生机制和调控因子，以揭示其在细胞稳态和免疫反应中的具体作用；（3）探索MDVs在不同病理条件下的功能变化，以评估其作为生物标志物或治疗靶点的潜力。

总之，MDVs作为线粒体来源的囊泡，在细胞质量控制和免疫调节中发挥着重要作用。尽管其研究仍面临诸多挑战，但随着技术的进步和研究的深入，MDVs有望成为未来疾病诊断和治疗的重要工具。