综述：线粒体传递在缺血性脑卒中中的作用：敌还是友？

本综述系统探讨了线粒体传递在缺血性脑卒中中的双重角色：功能失调的线粒体片段释放会激活cGAS-STING、NLRP3/AIM2炎症小体和TLRs等模式识别受体（PRRs），加剧神经炎症和细胞死亡；而功能性线粒体通过隧道纳米管（TNTs）和细胞外囊泡（EVs）进行细胞间转移，可恢复能量代谢（ATP）、减轻氧化应激（ROS）、抑制凋亡并维持血脑屏障（BBB）完整性。文章还展望了靶向线粒体传递（如抑制片段释放、促进功能线粒体转移及线粒体移植）的治疗策略潜力。

　　

线粒体传递在缺血性脑卒中中的双重作用

缺血性脑卒中是全球第二大死亡原因和第三大致残原因，其病理核心是脑血流中断导致的能量代谢崩溃和随之而来的氧化应激驱动性炎症。线粒体作为细胞能量代谢的中心，其正常分布和功能维持对于脑缺血再灌注损伤期间的能量稳态和炎症调节至关重要。本综述详细探讨了功能失调和功能性线粒体在缺血性脑卒中中的细胞内和细胞间传递，及其对卒中结局的显著影响。

缺血性脑卒中的病理生理学

缺血性脑卒中由血栓或栓塞导致动脉闭塞后，神经血管单元（NVU）因缺氧和缺糖迅速耗尽三磷酸腺苷（ATP），引发离子梯度破坏、膜去极化和兴奋性钙超载。尽管再灌注部分恢复了脑灌注，但它通过活性氧（ROS）的过量产生加剧了线粒体氧化应激，导致线粒体DNA（mtDNA）、膜蛋白和脂质成分的结构和功能损伤。这些过程破坏了能量代谢并放大了神经炎症反应，从而加速了缺血性损伤的进展。

线粒体片段的释放与功能性线粒体的转移

线粒体通过释放功能失调的线粒体片段和介导功能性线粒体的细胞间传递，在缺血性脑卒中中扮演着动态且双重性的角色。

功能失调的线粒体在应激下通过三种主要透化途径释放各种损伤相关分子模式（DAMPs）：线粒体通透性转换孔（mPTP）的开放、Bcl-2相关X蛋白（BAX）/Bcl-2同源拮抗杀手（BAK）介导的外膜透化以及gasdermin D（GSDMD）形成的膜孔。这些线粒体DAMPs激活胞质模式识别受体（PRRs），如cGAS-STING轴、NLRP3/AIM2炎症小体和Toll样受体（TLRs），从而放大神经炎症并导致细胞死亡。

相比之下，功能性线粒体的转移则扮演着保护性角色。受损细胞通过隧道纳米管（TNTs）和细胞外囊泡（EVs）从相邻细胞接收功能性线粒体。这种特殊的细胞间通讯模式不仅为能量耗竭的细胞补充ATP，还有助于通过保持线粒体质量、抑制凋亡途径和维持血脑屏障（BBB）完整性来实现功能恢复。

神经血管单元中功能失调的线粒体片段

在脑缺血等病理条件下，功能失调的线粒体片段通过多种途径释放到细胞外空间，包括mPTP开放、BAK/BAX寡聚化和GSDMD介导的孔形成。mtDNA、ROS、细胞色素c（Cyt c）和ATP等线粒体成分作为DAMPs，激活PRRs，包括cGAS-STING轴、NLRP3和AIM2炎症小体以及TLRs，从而启动炎症级联反应。最终，这些通路的激活通过放大神经炎症、破坏BBB完整性和诱导神经元细胞死亡来促进疾病进展。

cGAS-STING通路

cGAS-STING通路是胞质DNA的关键传感器，是线粒体功能障碍与神经炎症之间的联系纽带。胞质mtDNA与cGAS结合后，催化生成2′3′-环GMP-AMP（cGAMP），后者与内质网上的STING蛋白结合。激活的STING从内质网转运至高尔基体，在此过程中招募并激活TBK1和IKK，进而磷酸化并激活转录因子IRF3和NF-κB，驱动I型干扰素和各种促炎细胞因子的表达。

NLRP3炎症小体

NLRP3炎症小体是炎症小体家族中被研究最广泛的成员，是关键的胞质先天免疫传感器。小胶质细胞中泄漏的mtDNA激活cGAS-STING通路，随后促进NLRP3炎症小体激活。此外，小胶质细胞中的mtDNA极易被mtROS氧化，形成氧化线粒体DNA（ox-mtDNA）。ox-mtDNA和小胶质细胞mtROS激活NLRP3炎症小体，进而诱导caspase-1的切割并促进成熟IL-1β的分泌。

AIM2炎症小体

AIM2炎症小体是识别源自病原体或受损宿主细胞的胞质DNA的关键细胞内先天免疫传感器。检测到胞质中的双链DNA（dsDNA）（包括mtDNA）会导致炎症小体组装、caspase-1激活以及促炎细胞因子IL-1β和IL-18的蛋白水解成熟，从而放大炎症反应。

Toll样受体（TLRs）

TLRs是位于细胞表面或内体区室中的模式识别受体。除了在内吞进入小胶质细胞后激活cGAS-STING通路外，神经元mtDNA还与内体中的TLR9结合。TLR9激活触发NF-κB信号传导，导致IL-1β、IL-18和TNF-α的产生。

缺血性脑卒中中的功能性线粒体转移

缺血性脑卒中的特点是脑血流中断导致的能量衰竭。神经元是大脑细胞类型中线粒体密度最高的，严重依赖线粒体氧化磷酸化产生的ATP来支持其代谢需求。因此，保护线粒体功能和恢复代谢稳态代表了关键的治疗策略。幸运的是，功能性线粒体可以通过TNTs和EVs等细胞间结构从健康细胞转移到受损神经元。转移的线粒体通过减轻氧化应激、维持线粒体质量控制、抑制凋亡、恢复ATP产生和维持BBB完整性来支持细胞恢复。

功能性线粒体转移的机制

迄今为止，缺血性脑卒中中线粒体转移的分子和信号机制尚未完全阐明。大多数研究表明，TNTs和EVs是功能性线粒体转移的主要途径。

隧道纳米管（TNTs）

TNTs是动态的、膜结合的管状结构，能够实现直接的细胞间通讯和货物运输。TNTs起源于质膜，在几分钟内形成，并在细胞之间保持稳定的连接数分钟至数小时。TNTs由细胞膜结构组成，由F-肌动蛋白、肌球蛋白和微管蛋白支撑，维持其结构完整性和运输能力。

缺血会损害线粒体能量代谢并破坏电子传递链（ETC），导致电子泄漏和过量ROS（如O₂•^-、H₂O₂和•OH）的产生。H₂O₂激活神经元中的p38 MAPK，触发增强肿瘤抑制蛋白p53活性的级联反应，p53是TNTs生物发生的中心调节因子。p53通过两种机制促进TNTs形成：其一，上调表皮生长因子受体（EGFR），激活PI3K/Akt/mTOR通路；其二，p53介导的caspase-3激活促进S100钙结合蛋白A4（S100A4）的蛋白水解切割。产生的S100A4梯度在应激供体细胞和受体细胞之间为TNTs延伸提供方向性线索。

细胞外囊泡（EVs）

EVs是由所有细胞类型分泌的异质性膜颗粒，根据生物发生、大小和组成分为三类：微囊泡（100 nm-1 μm）、外泌体（30-100 nm）和凋亡小体（1-2 μm）。研究表明，EVs将功能性线粒体递送至受体细胞，恢复受损细胞的生物能量学。

缺血/缺氧诱导的能量缺乏破坏离子稳态，最终通过L型电压门控Ca²⁺通道的激活导致Ca²⁺超载。这种病理性Ca²⁺激增诱导神经元释放谷氨酸，从而刺激星形胶质细胞CD38上调。CD38催化环ADP-核糖（cADPR）的合成，通过兰尼碱受体（RyR）激活增强Ca²⁺释放。通过这种CD38/cADPR信号级联，星形胶质细胞启动EVs介导的功能性线粒体向神经元的转移，从而恢复神经元生物能量学并提高细胞存活率。

功能性线粒体转移的功能

在缺血性脑卒中中，将功能性线粒体转移到受损细胞可抑制氧化应激、维持线粒体质量稳态、恢复神经元能量代谢、抑制凋亡并保持BBB完整性。

抑制氧化应激

在缺血性脑卒中中，氧化应激既是损伤的执行者，也是信号级联的放大器。作为ROS产生的主要场所，线粒体通过功能状态 critically 决定细胞损伤的程度。功能性线粒体转移发挥多维抗氧化作用，其核心机制包括：恢复能量代谢稳态、直接清除ROS和线粒体自噬。

维持线粒体质量控制

线粒体质量控制（MQC）对于保持线粒体功能和细胞稳态至关重要。它包括一个调控过程网络，包括线粒体生物发生、分裂和融合动力学以及线粒体自噬。

作为缺血性脑卒中的关键补偿反应，线粒体生物发生减少了脑血流量，导致神经元能量供应不足。在这种情况下，神经元通过增加线粒体含量来满足升高的能量需求。当内在的线粒体生物发生不足时，从邻近细胞招募线粒体可能作为一种替代的补偿机制。

恢复神经元能量代谢

细胞能量代谢包含细胞产生和利用能量以维持基本生理功能的生化过程。线粒体，通常被称为细胞的动力源，是ATP产生的主要场所。在神经系统中，ATP主要通过糖酵解和氧化磷酸化途径产生。

功能性线粒体转移据报道可改善细胞能量代谢。缺氧损伤后，PC12细胞中的ATP水平与常氧条件相比显著降低。功能性线粒体转移增强了缺氧PC12细胞中的ATP产生。当与间充质干细胞（MSCs）共培养时，缺氧PC12细胞中的ATP含量增加，并且供体来源的线粒体可见定位于受体细胞内。

抑制细胞凋亡

缺血性脑卒中中的神经元凋亡通过两条通路进行：内在和外在凋亡通路。内在通路是线粒体依赖性的，涉及细胞内应激信号传导。在缺血条件下，线粒体释放细胞色素c，一种关键的促凋亡分子。释放到细胞质后，细胞色素c与凋亡蛋白酶激活因子-1（Apaf-1）和其他辅因子结合形成凋亡体，导致caspase酶的激活和凋亡级联的启动。

研究表明，将功能性线粒体转移到受损神经元后，凋亡线粒体的比例显著降低。这些发现表明，功能性线粒体转移可能抑制内在凋亡通路并发挥保护性、抗凋亡作用。

维持血脑屏障完整性

作为一个选择性渗透界面，血脑屏障（BBB）主要由脑内皮细胞形成，保护大脑免受有害物质侵害，同时维持颅内稳态。星形胶质细胞、内皮细胞、周细胞和小胶质细胞共同调节血脑交换并参与细胞间通讯，协同产生对保持BBB完整性和中枢神经系统稳态至关重要的存活信号。

维持内皮细胞和星形胶质细胞的存活和功能对于保持BBB完整性和整体神经功能至关重要。研究表明，星形胶质细胞可以在共培养中从周细胞和内皮细胞获得功能性线粒体。在后续实验中，星形胶质细胞经受OGD，然后在完全培养基中再氧合24小时。当与一定数量的健康周细胞共培养时，星形胶质细胞表现出增强的线粒体摄取，这有效地将它们从OGD/R诱导的凋亡中拯救出来。

靶向治疗策略

神经元损伤是缺血性脑卒中的关键病理过程。如前所述，抑制受损线粒体及其相关成分的释放以及促进功能性线粒体的转移对于减少神经元损伤至关重要。此外，线粒体移植已成为一种有前景的治疗方法，可改善缺血性损伤后的神经功能缺损。基于这些机制见解，治疗策略分为三种主要模式。

抑制线粒体片段的释放

在缺血缺氧条件下，线粒体损伤经常超过线粒体自噬的补偿能力，导致线粒体膜通透性增加以及随后功能失调的线粒体片段的释放。这种病理级联激活炎症信号并促进神经元细胞死亡，加剧缺血性脑卒中进展并恶化临床结果。

干预功能性线粒体转移

神经能量需求由广泛的线粒体网络支持，该网络通过细胞间功能性线粒体转移动态重新分布，以维持代谢稳态并防止应激诱导的凋亡。健康线粒体的内源性转移是恢复受伤或能量剥夺细胞中线粒体功能的关键补偿机制。

线粒体移植

线粒体移植是一种过程，其中线粒体从细胞来源中分离出来，并在出生后递送给个体，以引起治疗反应。研究表明，线粒体移植在缺血性脑卒中模型中具有显著的治疗潜力。其机制包括增强线粒体功能、减轻氧化应激、抑制细胞死亡、调节免疫反应和促进组织修复。

具体而言，研究证实线粒体移植有效增强全身抗氧化能力。此外，这些抗氧化效应与有效抑制凋亡通路同时发生，特别是调节关键凋亡因子如Bax/Bcl-2比率、caspase-3和细胞色素c。线粒体移植可能通过涉及减少氧化应激和调节细胞死亡的机制调节免疫细胞激活、分化和存活。

结论与展望

功能失调和功能性线粒体对缺血性脑卒中的发病机制、进展和临床结果产生关键影响。本综述系统地描绘了功能失调线粒体片段释放与功能性线粒体转移的机制框架和功能后果，阐明了它们在调节神经炎症和介导细胞拯救中的相反作用。这些见解为理解缺血性脑卒中治疗中的线粒体病理生理学提供了新的概念基础。

尽管在阐明功能失调线粒体片段释放和功能性线粒体转移在脑病理学中的作用方面取得了实质性进展，几个关键问题仍未解决。解决这些未解决的问题将完善治疗策略并加深我们对线粒体多功能性的理解。最终，阐明控制功能失调线粒体释放和功能性细胞间转移的机制对缺血性脑卒中治疗具有重大前景。