《Frontiers in Physiology》：Novel therapeutic strategies targeting mitochondrial quality control for metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease
流行病学证据表明，代谢功能障碍相关脂肪性肝病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD）已成为全球范围内最普遍的慢性肝脏疾病之一，构成严峻的公共卫生挑战。从机制角度来看，MASLD的启动主要由多种因素驱动。胰岛素抵抗、氧化应激和炎症反应等多种病理过程均与线粒体功能障碍这一核心问题密切相关。线粒体作为细胞能量代谢的中枢，其功能障碍已被广泛认为是MASLD发生和发展的关键枢纽。维持线粒体稳态是线粒体质量控制（mitochondrial quality control, MQC）系统的核心使命。MQC系统通过对线粒体生物发生（mitochondrial biogenesis, MB）、线粒体动力学（融合与分裂）和线粒体自噬（mitophagy）等通路的精确调控来维持线粒体稳态。因此，MQC系统的失调可能促进MASLD的病理进展。在MASLD过程中，持续的代谢应激破坏MQC的平衡，而MQC的失调进一步加剧肝细胞脂毒性损伤，形成恶性循环。本综述阐明了MQC在MASLD中的作用机制及最新研究进展。同时，研究人员深入分析了MQC各组分的调控机制，并进一步探讨了靶向线粒体的治疗策略。
2 线粒体质量控制机制
线粒体是真核细胞中普遍存在的双层膜结合细胞器，在能量代谢、氧化应激反应、离子稳态和信号转导等多种必需生物学过程中发挥核心作用。作为细胞的"动力工厂"，线粒体不仅产生ATP，还是调控代谢网络的中枢枢纽。在肝细胞中，线粒体是脂质生成、脂肪酸β-氧化和糖异生等关键代谢途径不可或缺的动态细胞器，其功能状态直接影响肝脏代谢稳态。线粒体在结构上由四个不同的区室组成：线粒体外膜（outer mitochondrial membrane, OMM）、线粒体内膜（inner mitochondrial membrane, IMM）、线粒体膜间隙和线粒体基质。OMM作为线粒体与细胞质之间的边界，含有多个线粒体外膜通道（mitochondrial outer membrane channels, MOMCs）。这些MOMCs配备有相对较大的孔道，促进小分子（如氧气、水、离子和分子量小于5 kDa的蛋白质）在OMM上的自由扩散。这种高通透性使线粒体膜间隙的离子环境与细胞质保持动态平衡。IMM向内折叠形成嵴，显著扩大了IMM的表面积，从而为内膜上的酶和蛋白质复合物提供更多的反应空间。IMM通过控制离子通道活性维持细胞内外离子平衡，进一步调节线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential, MMP）和代谢。此外，线粒体基质中含有多种代谢酶，不仅直接参与碳水化合物、脂质和蛋白质的代谢，同时还调节细胞内外钙离子稳态。IMM也是线粒体氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）发生的场所。电子传递链（electron transport chain, ETC）复合物I至V有序排列在IMM上，通过电子传递过程将电子从NADH转移到分子氧。这一过程不仅将氧还原为水，还在膜两侧建立质子梯度，该梯度驱动ATP合酶（复合物V）产生ATP，从而实现化学能向生物可利用能量的高效转化。
2.1 线粒体生物发生
MB是指线粒体通过自我复制进行增殖的复杂生物学机制，涉及生长和分裂以产生新的线粒体。作为MQC系统不可或缺的组成部分，MB是细胞应对代谢需求变化和线粒体功能障碍的关键适应性反应机制。这一过程不仅包括线粒体数量的增加，更重要的是介导具有完整功能的线粒体的生成，以维持细胞代谢稳态和能量平衡。
在MASLD中，由PGC-1α调控的线粒体生物合成受到强烈抑制，导致线粒体OXPHOS、线粒体呼吸和β-氧化减弱，从而加剧脂肪积累并促进疾病进展。值得注意的是，PGC-1α受NAD
+依赖性去乙酰化酶沉默信息调节因子1（Sirtuin 1, SIRT1）的刺激，进而启动下游转录级联反应。PGC-1α激活后进入活性状态，通过与核呼吸因子1（Nuclear respiratory factor 1, Nrf-1）、Nrf-2和雌激素相关受体α（Estrogen-related receptor alpha, ERRα）等关键转录因子协同作用，调控线粒体转录因子A（Mitochondrial transcription factor A, TFAM）的表达。TFAM的上调是驱动线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）复制和转录的关键步骤，从而促进MB。在脂毒性条件下，过量脂肪酸（fatty acids, FAs）抑制AMPK、SIRT1、eNOS和MAPK等关键调控节点的活性，从而负向调控PGC-1α的转录水平和功能活性，最终抑制MB。
2.2 线粒体动力学
线粒体动力学（mitochondrial dynamics, MD）是指通过融合和分裂的协调过程维持线粒体形状、结构、数量和功能平衡的调控机制。在生理条件下，线粒体分裂主要由动力蛋白相关蛋白1（Dynamin-related protein 1, Drp1）驱动，线粒体融合主要由促进外膜融合的线粒体融合蛋白1和2（Mitofusin 1/2, Mfn1/2）以及控制内膜融合的视神经萎缩蛋白1（Optic atrophy protein 1, Opa1）介导。线粒体通过融合和分裂的协调过程维持IMM和OMM的动态平衡，确保高效的ATP产生、适当的脂肪酸β-氧化和ROS生成的适当控制。
研究表明，线粒体融合和分裂在肥胖和MASLD中存在失调。过量脂肪酸负荷驱动这一过程，上调分裂相关基因表达，表现为线粒体分裂增加和融合减少。此外，肝细胞中线粒体分裂增强与MASLD的早期阶段相关。抑制这一过程可减轻肝脏炎症和纤维化，已在动物模型中得到验证。体外暴露于脂肪酸（如油酸和棕榈酸）导致肝细胞脂肪变性、线粒体分裂增加、MMP降低、细胞色素C（Cytochrome C, Cyt C）释放和ROS升高。
2.3 线粒体未折叠蛋白反应
除了典型的线粒体自噬途径外，线粒体还具备识别错误折叠或氧化线粒体蛋白的蛋白酶，促进线粒体降解，这一过程称为线粒体未折叠蛋白反应（mitochondrial unfolded protein response, UPRmt）。线粒体基质中错误折叠或未折叠蛋白的积累触发向细胞核的逆行信号反应，增加蛋白酶和蛋白质折叠分子伴侣的产生。UPRmt是MQC系统中的关键机制，既由线粒体功能障碍触发，又发挥恢复线粒体功能和缓解细胞应激的作用。
在临床样本和动物模型中，研究人员观察到MASLD患者UPRmt相关基因和蛋白的表达增加。这些发现证实了MASLD进展与UPRmt激活之间的联系。然而，一些研究表明，MASLD持续或严重的代谢应激（如内质网应激和氧化应激）可减弱UPRmt反应，从而加剧肝损伤。Yuan等人使用Amylin Liver NASH饮食建立了MASLD小鼠进展模型。干预14周后，小鼠显示肝脏脂质沉积显著增加，同时UPRmt标志分子包括热休克蛋白70（Heat shock protein 70, HSP70）、热休克蛋白60（HSP60）、酪蛋白水解蛋白酶（Caseinolytic protease, ClpP）和Lon肽酶1（Lon peptidase 1, LONP1）的基因和蛋白表达明显上调，UPRmt明显激活。干预18周后，肝脏脂质沉积进一步恶化，UPRmt相关蛋白表达显著下降，UPRmt功能受损且无法发挥代偿效应，病变进展为晚期MASLD并进一步发展为代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（metabolic dysfunction-associated steatohepatitis, MASH）。
2.4 线粒体自噬
线粒体自噬是指将受损线粒体选择性包裹进自噬体，随后运送至溶酶体进行降解的清除机制。当MMP下降或功能异常时，PTEN诱导激酶1（PTEN-induced kinase 1, PINK1）活化并在OMM上积累，通过磷酸化招募Parkin RBR E3泛素蛋白连接酶（Parkin）和泛素。活化的Parkin对OMM蛋白进行泛素化，这些泛素化的线粒体被自噬受体蛋白识别和结合，随后与自噬体膜上的微管相关蛋白轻链3（Light chain 3, LC3）结合形成线粒体自噬体，最终被溶酶体水解酶完全降解。
累积证据表明，线粒体自噬缺陷阻碍受损线粒体的有效清除，从而加剧肝细胞损伤。同样，线粒体自噬调节因子BNIP3的敲除可诱导脂质合成，同时降低小鼠肝脏脂肪酸β-氧化水平。来自肥胖诱导肝脂肪变性小鼠模型的支持证据表明，这些模型表现出肝脏线粒体自噬水平显著降低，这提示肝线粒体自噬受损与MASLD的发展之间存在潜在联系。
2.5 线粒体衍生囊泡
线粒体衍生囊泡（Mitochondria-derived vesicles, MDVs）是补充线粒体自噬的替代途径。它们是通过线粒体膜向外出芽产生的小囊泡，通过将其内容物运输至溶酶体降解或释放到细胞外空间来维持MQC，从而确保正常的细胞功能。MDVs可选择性装载线粒体组分，包括来自外膜、内膜和基质的成分。不同物种和细胞类型中MDVs携带的货物存在显著差异；某些MDV亚群可携带mtDNA。此外，MDVs还可募集细胞质和其他细胞器的接头蛋白参与其自身的靶向运输过程。这一过程能够及时清除受损的线粒体组分，有助于恢复细胞内稳态和维持线粒体结构和功能完整性。
3 靶向线粒体调控作为MASLD的潜在治疗方法
3.1 直接靶向线粒体质量控制治疗MASLD的策略
3.1.1 促进线粒体生物发生
MB激动剂通过激活特定信号通路上调PGC-1α、Nrf-1和Nrf-2等关键调控因子，从而增加线粒体生物发生、改善肝功能、减少脂质积累并延缓MASLD进展。AMPK通过激活PINK1/Parkin通路促进线粒体自噬，实现受损细胞器的选择性清除和脂质过氧化损伤的减少，这一过程与PGC-1α介导的MB协同作用，建立完整的MQC循环。目前，Rezdiffra是美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗中重度MASH的药物，其通过调节MB/自噬、脂肪酸β-氧化和脂质自噬相关基因来降低肝脏甘油三酯水平，从而减少脂毒性和改善线粒体功能。
3.1.2 调节线粒体动力学平衡
恢复线粒体形态和功能的治疗策略涉及调控关键融合蛋白（Mfn-1/2、Opa1）和分裂蛋白（Drp1、Fis1）的表达。AMPK信号通路在线粒体融合调控中发挥核心作用，磷酸化AMPK通过激活下游PGC-1α信号通路促进Mfn1、Mfn2和Opa1等融合蛋白的表达，同时维持线粒体超结构和稳态，上调ATP合成并增强整体功能。Drp1抑制剂Mdivi-1可有效抑制过度线粒体分裂，增加PGC-1α及其下游转录因子（Nrf-1/2、TFAM）的表达和核转位，促进MB。
3.1.3 增强线粒体自噬
多种药物和天然化合物可通过靶向不同信号通路有效激活线粒体自噬。例如，芹菜素作为一种黄酮类化合物，通过刺激自噬-线粒体通路缓解肝脏脂质沉积；虫草素通过激活Parkin介导的线粒体自噬清除受损线粒体；木兰花碱通过激活线粒体自噬同时抑制NLRP3炎症小体活性来保护MASLD小鼠。
3.2 通过间接调节线粒体功能治疗MASLD的策略
3.2.1 抗氧化策略
在MASLD中，氧化应激与线粒体功能障碍相互加剧形成恶性循环。增强抗氧化防御已成为MASLD治疗的潜在策略。Nrf-2作为抗氧化反应的核心调节因子，通过诱导多种抗氧化蛋白和氧化酶的表达提供对抗线粒体ROS的主要防线。多种天然产物如 Polygonum cuspidatum 提取物、桑枝生物碱、槲皮素等已显示出通过Nrf-2通路发挥抗氧化和肝脏保护作用的潜力。
3.2.2 调节胆汁酸代谢
胆汁酸（Bile acids, BAs）代谢紊乱及其细胞毒性效应与线粒体功能受损密切相关。多种治疗策略已出现针对胆汁酸代谢紊乱及其相关线粒体毒性。例如，熊去氧胆酸（Ursodeoxycholic acid, UDCA）作为肝脏保护剂，通过抑制脂质与疏水性BAs在肝细胞颗粒膜上的结合来防止BAs对肝脏的攻击，减少线粒体细胞色素释放，降低线粒体膜通透性，从而保护肝细胞并防止凋亡。
3.2.3 调节肠道菌群
肠道菌群及其代谢产物已成为线粒体代谢、MB和氧化还原平衡的关键调节因子。通过粪便微生物群移植、功能性食品或特定寡糖靶向调节肠道菌群组成，可改善线粒体代谢功能，已成为MASLD治疗的有前景的新策略。
3.2.4 纳米颗粒靶向治疗策略
纳米技术凭借其精确靶向和控释能力，为恢复线粒体功能和治疗MASLD提供了有前景的平台。目前，多种靶向线粒体的纳米颗粒已被设计用于通过清除ROS、改善能量代谢和调节自噬来有效缓解肝细胞脂质沉积和氧化损伤。例如，线粒体靶向黑磷/铈纳米酶（TBP@CeO
2）具有抗氧化和能量调节双重功能；微环境响应性可编程纳米治疗剂（CsA@Dex-Gal/TPP）通过抑制线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore, mPTP）开放、维持MMP和减少ROS生成来改善线粒体功能障碍。
3.2.5 生活方式干预：饮食和运动
生活方式干预是目前预防和管理MASLD及其进展为MASH的一线策略，主要包括低热量饮食、增加体育活动和减轻体重。运动通过调节线粒体功能发挥抗氧化和抗炎作用，减少肝脏脂肪积累并降低体重。具体而言，运动通过激活AMPK/SIRT1/PGC-1α信号通路同步调节线粒体生物发生、线粒体融合与分裂、能量代谢和线粒体自噬，从而恢复MQC稳态。低碳水化合物饮食在降低肝脏脂肪含量方面优于传统低脂饮食。地中海饮食作为一种典型的健康饮食模式，以低碳水化合物为特征，同时增加单不饱和脂肪酸和ω-3脂肪酸摄入，可有效减少MASLD患者的肝脏脂肪沉积。
4 结论与展望
线粒体作为细胞动力工厂，是能量代谢的核心和氧化应激的主要来源。因此，维持线粒体功能稳态与MASLD的发生和发展密切相关。MQC已成为MASLD病理机制中的关键焦点。目前，大多数MQC靶向干预研究集中在AMPK激活剂、小分子线粒体自噬增强剂和天然活性成分上，为MASLD的预防和治疗提供了初步思路。然而，仍存在干预方式单一的局限性。
随着新兴实验技术的快速发展，MASLD靶向MQC的研究迎来了新的突破机遇。线粒体移植疗法可通过移植健康线粒体恢复肝细胞代谢；人工智能与线粒体生物标志物的深度融合为MASLD的临床精准诊断开辟了新途径。同时，以PGC-1α、PINK1、Parkin、Mfn2为靶基因，采用腺相关病毒（AAV）肝脏靶向基因过表达、CRISPR基因编辑技术，以及siRNA沉默负调控基因、miRNA模拟物/抑制剂和反义核酸等RNA靶向治疗策略，可在转录、转录后和遗传水平上精确调控MQC全过程。
然而，当前研究仍面临诸多挑战：MQC与遗传因素相互作用的调控机制尚未完全阐明，细胞焦亡与线粒体自噬之间的动态平衡关系仍需深入探索，MQC靶向策略的临床转化受到作用机制不明和单靶点干预局限性的阻碍。未来研究应聚焦解决上述关键问题，深入解析MQC失调的核心分子机制，优化新兴技术的应用，系统探索基因治疗和RNA靶向治疗等新干预策略的潜力，推动多靶点、多维度干预方案的发展，最终实现基础研究成果向临床应用的高效转化。
