（240、3）线粒体自噬途径及其在人类疾病中的意义

衰老表型与机制及生殖衰老和性腺早衰系列第（204、3）篇。专辑总目录在文末。

这是广州医科大学第六附属医院，清远市人民医院；中南大学湘雅医院；加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿阿尔伯塔大学医学和牙科学院脂质分子和细胞生物学小组和儿科系等发表在Signal Transduct Target Ther. 2023 Aug 16;8(1):304. 的一篇Review文章。

摘要 

线粒体是具有多种功能的动态细胞器。它们参与细胞坏死和程序性凋亡，并且对细胞代谢和存活至关重要。线粒体自噬作为一种细胞保护机制，能够清除多余的或功能失调的线粒体，维持线粒体数量的精细调节，以平衡细胞内稳态。越来越多的证据表明，线粒体自噬作为一种急性组织应激反应，在维持线粒体网络健康方面发挥着重要作用。由于及时清除异常线粒体对于细胞存活至关重要，细胞进化出了多种线粒体自噬途径，以确保在各种环境中能够及时激活线粒体自噬。更好地理解线粒体自噬在各种疾病中的机制对于疾病的治疗和治疗靶点设计至关重要。在这篇综述中，我们总结了线粒体自噬介导的线粒体清除的分子机制，线粒体自噬如何在系统层面和器官层面维持线粒体稳态，以及线粒体自噬的改变与包括神经、心血管、肺、肝、肾疾病等疾病的发展有何关联的最新进展。最后，我们总结了潜在的临床应用，并概述了线粒体自噬调节剂进入临床试验的条件。线粒体自噬信号转导的研究进展将在开发精准医疗的新治疗策略方面发挥重要作用。

HUWE1

SAMM50

分选装配机械组件50 （SAMM50）是OMM上SAM复合体的重要组成部分之一，它与线粒体接触位点和嵴组织系统（MICOS）复合体相互作用，调节线粒体嵴稳定性（图3）。142SAMM50介导的碎片式线粒体自噬可以不断取代“磨损”的SAM和MICOS复合体，维持线粒体稳态。与程序性线粒体自噬（例如，红细胞或父亲精子中的线粒体去除）和应激诱导的线粒体自噬（例如，PINK1-Parkin通路激活）相比，片段式线粒体自噬作为基础线粒体自噬的一种形式，通过将特定线粒体成分靶向溶酶体降解，使其能够进行更新。142,143 SAMM50通过其n端区域的LIR基序与ATG8结合，并与P62相互作用，从而传递需要清除到溶酶体以维持线粒体完整性的SAM和MICOS复合物蛋白（图4b）。SAMM50的衰竭导致线粒体异常，减少ATP的产生，并增加ROS水平此外，在细胞代谢从糖酵解到氧化磷酸化（OXPHOS）的转变过程中，samm50介导的片段线粒体自噬的增加提高了MICOS蛋白和嵴的活性和应变，这有助于维持线粒体网络的稳定状态，以提供足够的atp

作为线粒体铁储存蛋白，线粒体铁蛋白（FTMT）具有氧化亚铁活性，并参与铁流失介导的线粒体自噬。尽管铁流失如何介导线粒体自噬仍不清楚，但其与缺氧反应性转录因子 HIF1α 的稳定有关，且与 PINK1-Parkin 通路无关。145，146 铁流失会损害 HIF1α 的降解，通过 HIF1α 特异性蛋白 1（SP1）轴上调 FTMT 的表达。定位于线粒体外膜的 FTMT 与核受体共激活因子 4（NCOA4，铁蛋白的特异性货物受体）的相互作用增加了 FTMT 与 LC3 的共定位，从而促进线粒体自噬（图 4b）。146，147

PHB2 

PHB2 是一种内膜线粒体自噬受体，它与 PHB/PHB1 结合形成一个交替的四聚体新基因（RING）指结构域样复合物（图 3）。96 当线粒体去极化时，PHB2 与 PARL 结合，阻止其直接在内膜线粒体膜（IMM）上处理 PINK1；同时，PHB2 与 PGAM5 结合，维持 PGAM5 的长链形式，该长链形式暂时与全长 PINK1 相连，将 PINK1 保留在外膜线粒体膜（OMM）上（图 2）。148 它们共同稳定 OMM 上的 PINK1。PHB2 敲低会激活 PARL，使其切割 PGAM5 和 PINK1 的长链，从而减少 PINK1。稳定的 PINK1 磷酸化并激活 Parkin，导致蛋白酶体依赖性的 OMM 破裂，随后暴露 PHB2。暴露的 PHB2 通过其 LIR 基序与 LC3 结合，增强 PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬（图 4b）。15 此外，PHB2 还能独立于 PINK1-Parkin 介导线粒体自噬。线粒体极光激酶 A（AURKA）可磷酸化 PHB2 的 Ser39 位点，从而形成 AURKA 和 MAP1LC3 的三联体复合物以诱导线粒体自噬。149 PHB2 介导的线粒体自噬在父系线粒体清除中起着关键作用。父系 PHB2 失活后，精子来源的线粒体会积累。然而，其确切的潜在机制仍不清楚。

心磷脂（Cardiolipin）

心磷脂（CL）是一种存在于线粒体内膜（IMM）中的独特磷脂，其特征在于甘油骨架与两个磷脂酰脂质相连。150 心磷脂与呼吸链蛋白相互作用并使其稳定，这些蛋白包括 ATP 合酶、复合物 IV、III 和 I。在正常情况下，心磷脂在内膜（3%）和外膜（97%）之间高度不对称分布，形成梯度以响应线粒体稳态的变化。151,152 当线粒体受到鱼藤酮（抑制复合物 I）或 CCCP 的损伤时，心磷脂会与六聚体膜间隔蛋白 NDPK-D（也称为 NM23-H4）结合，然后从 IMM 外化到 OMM，增加 OMM 上的心磷脂含量。152,153 外膜心磷脂含量升高后会被 LC3A/B 识别，从而引发心磷脂介导的线粒体自噬（图 4b）。LC3A N 端区域独特的 A14 和 K18 残基使其能够与心磷脂高度相互作用。154 敲低 CRLS1（负责心磷脂从头合成）或 scramblase-3（负责心磷脂向 OMM 的转运）会明显减少 OMM 上的心磷脂和线粒体自噬信号。155 有趣的是，与 CCCP 处理的 HeLa 细胞相比，受损的原代神经元中外部化线粒体 CL 的倍数更高。153 这一观察结果与以下发现一致：在原代神经元中，对 CCCP 处理作出反应的 Parkin 转位减少或延迟，表明外部化线粒体 CL 参与特定线粒体自噬途径存在细胞类型依赖性阈值。156,157

线粒体生物合成和线粒体自噬共同维持线粒体稳态

线粒体的主要功能是分子氧化和偶联磷酸化以生成三磷酸腺苷（ATP）。同时，线粒体在能量代谢过程中通过链式反应产生活性氧（ROS）。正常工作的线粒体能够及时清除多余的活性氧，将活性氧维持在较低水平，这有利于细胞增殖。当线粒体受损时，清除活性氧的能力受损，导致活性氧水平升高和细胞凋亡。因此，通过线粒体自噬有效清除受损线粒体而不损害健康线粒体至关重要（表 1）。线粒体始终处于动态变化中，通过持续的分裂和融合改变形状和大小。在分裂和融合过程中，位于线粒体外膜的 MFN1 和 MFN2 与位于线粒体内膜的 Opa1 一起调节线粒体融合，而 Drp1 主要调节线粒体分裂。158 受损的线粒体可导致不对称分裂，形成两个膜电位不同的子代线粒体，一个去极化，另一个完全极化。去极化的线粒体随后通过线粒体自噬被清除，以保留正常工作的线粒体。159然而，线粒体自噬会减少线粒体的数量，从而降低为身体提供的能量。腺苷酸活化蛋白激酶（AMP/ATP）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD/NADH）比例的增加会及时激活线粒体生物合成。+160,161线粒体自噬与线粒体生物合成之间的平衡对于维持线粒体稳态是必要的。

表 1 PINK1-Parkin 独立的线粒体自噬调节因子及其生理功能概览

PGC-1α-NRF-1/2-转录因子 A、线粒体（TFAM）通路调节线粒体生物发生。PGC-1α mRNA 水平在冷反应下于产热组织中显著升高，导致线粒体 DNA（mtDNA）含量增加。162 PGC-1α 过表达显著促进转基因小鼠心肌细胞中 mtDNA 和线粒体的含量。163,164 PGC-1α 现已被认为是线粒体生物发生的主调节因子，通过转录因子 NRF1/2 协调线粒体生物发生所需的关键蛋白质表达。值得注意的是，在 PGC-1α 表达发生变化之前，线粒体蛋白质含量已增加。165 这种快速反应可能是由于 PGC-1α 的激活而非其表达量的增加。NRF1/2 与包括 TFAM 在内的多种线粒体基因的启动子区域结合。NRF1 的 N 端片段缺失或 NRF2 缺乏会阻断 PGC-1α 对线粒体生物发生的影响，表明 NRF1/2 位于 PGC-1α 的下游。164,166 TFAM 属于高迁移率族盒结构域家族，对 mtDNA 复制至关重要。TFAM 与转录起始位点上游结合，确保线粒体 RNA 聚合酶结合线粒体 DNA 启动子所需的 mtRNA 解旋和弯曲。167,168 此外，TFAM 包含两个 DNA 结合位点，通过环形成和跨链结合使 mtDNA 紧密化，以便在核小体中包装。169 TFAM 的紧密形式能显著增加完全紧密化的 mtDNA 分子数量，参与 mtDNA 的储存。TFAM 的松散形式则参与活跃的复制和转录。因此，TFAM 的功能对于线粒体生物合成至关重要。此外，由于 TFAM 的表达与线粒体生物合成的参数平行，TFAM 被广泛认为是线粒体生物合成的标志物。170 然而，最近有报道指出 TFAM 水平作为生物合成标志物的不确定性，因为它无法适应线粒体 DNA 编码多肽的表达和 mtDNA 数量。

有几种信号级联反应可通过影响 PGC-1α-NRF-1/2-TFAM 通路来调节线粒体生物合成。其中，AMP/ATP 比值、Ca2+水平和 NAD/NADH 比值最为相关。AMP 升高会激活 AMPK，AMPK 直接磷酸化 PGC-1α，从而增加 PGC-1α 和 TFAM 的表达。此外，AMP 可通过腺苷酸环化酶（AC）转化为环磷酸腺苷（cAMP），通过 cAMP-PKA-CREB 通路调节 PGC-1α，促进线粒体生物合成。Ca2+可刺激钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaMK），CaMK 进而磷酸化 p38 丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK），从而增加 PGC-1α 的活性和表达，进而促进线粒体生物合成。此外，CaMK 可通过 CREB 刺激 PGC-1α，表明 CREB 可能参与了 Ca2+依赖的线粒体生物合成。Sirtuin 1（Sirt1）去乙酰化 PGC-1α 以激活 PGC-1α，从而响应 NAD 促进线粒体生物合成（图 5）。值得注意的是，PGC-1α 的去乙酰化涉及 Ca2+、AMPK 和 Sirt1，这表明主要的线粒体生物合成刺激可能是相互关联的。

图 5

线粒体生物合成和线粒体自噬共同维持线粒体稳态。线粒体生物合成受 PGC-1α-NRF-1/2-TFAM 通路调控。AMP 水平升高会激活 AMPK，AMPK 直接磷酸化 PGC-1α，从而增加 PGC-1α 和 TFAM 的表达。此外，AMP 可转化为 cAMP，通过 cAMP-PKA-CREB 通路调节 PGC-1α。Ca2+ 刺激 CaMK 磷酸化 p38 MAPK。此外，CaMK 还可通过 CREB 刺激 PGC-1α。响应 NAD，Sirt1 去乙酰化 PGC-1α 以激活 PGC-1α+

线粒体自噬与疾病 

线粒体自噬与神经退行性疾病

神经退行性疾病是一组由神经组织慢性进行性退化所引起的疾病的统称，是老年人中最常见的神经系统疾病，其特征是中枢神经元的选择性退化和丧失。大多数患者通常会出现认知能力下降、记忆力减退以及言语和日常活动能力受损等症状。常见的神经退行性疾病包括帕金森病（PD）、阿尔茨海默病（AD）、亨廷顿病（HD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）。神经元需要大量能量，线粒体结构和功能的异常会导致神经元退化。最新研究表明，线粒体自噬与神经退行性疾病密切相关。176,177,178 

帕金森病（PD） 

帕金森病是由黑质多巴胺能神经元退化所引起的。其主要表现为全身肌肉紧张度增加、动作迟缓以及面部表情呆滞，常伴有静止性震颤。179帕金森病（PD）的发生与一些关键蛋白质的突变有关，比如α-突触核蛋白（α-syn）、180 腺苷酸环化酶 10（LRRK2）、181 蛋白 DJ-1（DJ-1）、182 F-Box 蛋白 7（Fbxo7）183 以及溶酶体相关膜蛋白 35（VPS35）。184 邓等人发现，在帕金森病动物模型中，线粒体增大且水肿，表明存在线粒体自噬紊乱。185 α-syn 已被报道在突变型 A53T 小鼠中通过增加线粒体自噬诱导神经元死亡。在酵母细胞中，α-syn 的毒性可通过由酵母 SIRT1 同源物 Sir2 介导的线粒体自噬进行传递。186,187 后来的研究报道，α-syn、188 LRRK2、189 DJ-1、190 Fbxo7191 和 VPS35192 均通过与 Parkin 介导的线粒体自噬相关的途径影响帕金森病的发生。例如，突变型 A53Tα-syn 的过表达会导致 p38 MAPK 激活，从而在丝氨酸 131 处磷酸化 Parkin，随后导致线粒体功能障碍和神经元死亡。188 此外，这些蛋白质还通过其他机制介导线粒体自噬。LRRK2 的 G2019S 突变可减缓 Miro 从线粒体外膜（OMM）的移除，从而延迟线粒体停滞和线粒体自噬。193该突变还会增加帕金森病患者中 RAB10 在苏氨酸 73 位点的磷酸化，从而减少 OPTN 在去极化线粒体上的积累，并损害去极化诱导的线粒体自噬。194 LRRK2 激酶抑制剂可独立于 PINK1-Parkin 通路纠正 G2019S 诱导的线粒体自噬缺陷。195 这些观察结果表明，与帕金森病相关的蛋白质可通过改变线粒体自噬来影响帕金森病的进展，而这种改变可通过药物调节剂进行纠正，为未来帕金森病的治疗开辟了新的途径。

阿尔茨海默病（AD） 

AD 是由神经元损失和突触损伤引起的，其特征是β-淀粉样蛋白（Aβ）异常沉积和过度磷酸化的 Tau 蛋白（pTau）积累。196 其主要临床特征是大脑皮质退化，导致记忆丧失和认知功能障碍。线粒体功能障碍由线粒体自噬诱导，是 AD 发病机制的核心之一。据报道，线粒体功能障碍可先于 Aβ 沉积的积累。197,198 正常功能的线粒体可以减少异常的淀粉样前体蛋白（APP）加工和 Aβ 斑块的积累。199 杨等人首次揭示了在突变 hAPP 神经元和 AD 患者大脑中由 Parkin 介导的线粒体自噬增强。200 此外，随着疾病的进展，AD 患者大脑中的胞质 Parkin 被耗尽，导致 PINK1 异常积累。Parkin 过表达可有效恢复线粒体自噬。此外，它还能减少缺陷线粒体的积累。201 恢复线粒体自噬有利于抑制和减少 Aβ 斑块，消除 Tau 蛋白过度磷酸化，并预防认知功能障碍。177,202

tau 蛋白的异常积累也会影响线粒体自噬的功能。tau 蛋白的 N 端片段能够稳定地与帕金蛋白和胞质泛素 C 端水解酶 L1（UCHL-1）结合，这会导致帕金蛋白和 UCHL-1 异常地被招募到线粒体，随后线粒体被过度清除，突触丢失，从而导致阿尔茨海默病的发生。203 tau 蛋白的积累还能通过直接插入线粒体膜来诱导线粒体自噬功能受损，从而导致线粒体膜电位升高，帕金蛋白的招募减少，进而增加神经元毒性。204 有趣的是，据报告，tau 蛋白并非通过调节线粒体膜电位来抑制帕金蛋白向线粒体的转移。205 相反，在 CCCP 处理下，转染 48 小时而非 24 小时后，tau 蛋白在细胞质中与帕金蛋白的异常相互作用会阻止帕金蛋白的转移。205 这些报告表明，在其早期积累阶段，tau 能够与特定蛋白质（如 UCHL-1）结合，将帕金蛋白招募到线粒体，清除受损的线粒体。一旦过度线粒体自噬发生，Tau 蛋白可通过在细胞质中与 Parkin 结合或增加膜电位来阻止 Parkin 转位并抑制线粒体自噬。然而，仍需进一步研究来阐明 Tau 调节线粒体自噬的分子机制。

亨廷顿病（HD） 

亨廷顿病是一种与运动协调能力丧失有关的神经退行性疾病。亨廷顿病的病因与亨廷顿蛋白（Htt）编码基因的突变有关，其主要特征是亨廷顿蛋白 N 端多聚谷氨酰胺（polyQ）重复序列的扩增。206 扩增的 polyQ 重复序列会异常地与参与糖酵解的甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）相互作用，从而降低 GAPDH 诱导的线粒体自噬的激活。176 此外，扩增的 polyQ 重复序列会干扰 ULK1/PtdIns3K 的形成以及与 OPTN/NDP52 的相互作用，从而影响线粒体自噬的触发以及 LC3 向线粒体的募集。207 线粒体自噬缺陷会导致受损线粒体的积累和细胞死亡的增加，从而促进亨廷顿病的进展。因此，及时有效地清除受损线粒体是关键之一。增强 PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬途径可以改善亨廷顿病中线粒体的完整性并提供神经保护。208 值得注意的是，线粒体自噬的过度激活也会促进亨廷顿病的发展。VCP 是 ATP 酶的 II 类成员，能够与突变型亨廷顿蛋白结合并在线粒体中积累，导致 PINK1-Parkin 依赖性线粒体自噬过度激活，最终导致神经元死亡。209 

肌萎缩侧索硬化症（ALS） 

ALS 是由运动神经元退化引起的，主要表现为进行性肌肉无力和萎缩，其中约 10%为家族性。210 多个基因的突变会导致 ALS 的进展。SOD1（编码铜/锌超氧化物歧化酶的基因）是第一个被发现的基因。211 突变型 SOD1 会阻碍神经元中线粒体的逆向运输。它还会聚集并隔离 OPTN，抑制线粒体自噬体的形成，进而抑制线粒体自噬流。212,213 这些综合效应导致受损线粒体在轴突末端堆积，降低神经元的存活率。据报道，在 ALS 突变型 SOD1 小鼠模型中，Parkin 介导的线粒体自噬途径被激活。PINK1-Parkin 双重敲除会导致受损线粒体的积累，降低线粒体功能，并导致 ALS 神经肌肉接头的退化。214相反，帕洛莫等人报告称，在 SOD1-G93A 小鼠模型中，帕金基因的缺失可减少线粒体耗竭并延缓肌萎缩侧索硬化症的进展。178 然而，迄今为止，对于这些差异尚无合理的解释。

线粒体自噬与心血管疾病 

心脏分化

由于其特殊性，心脏需要不断收缩和舒张，因此是一个能量需求很高的器官。所以，健康线粒体对心脏至关重要，正常的线粒体自噬有利于心脏的正常分化。杨等人报告称，tamm41 通过 PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬调节心脏瓣膜的分化，tamm41 缺失会导致心脏瓣膜异常。215 龚等人证明，在围产期小鼠心肌细胞中，线粒体的正常成熟由 Parkin 介导的线粒体自噬引导，这有利于心脏代谢的成熟。216 有趣的是，在心脏祖细胞分化过程中，线粒体网络重塑不需要 PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬途径，而是由 BNIP3L/NIX 和 FUNDC1 介导。217 这些结果表明，心脏的正常分化需要多种线粒体自噬途径的参与。

心肌病 

线粒体自噬异常会损害线粒体功能，导致心肌细胞能量不足，从而引发一系列心肌疾病。比利亚等人观察到，PINK1 缺陷小鼠存在线粒体肿胀和线粒体功能异常，最终导致左心室功能障碍以及病理性心肌肥大。宋等人发现，在成年小鼠中，敲除 Drp1 会中断线粒体分裂，并显著提高 Parkin 水平，增强 Parkin 介导的线粒体自噬。过度激活线粒体自噬会导致线粒体耗竭和致命的心肌病。敲除 Parkin 可减少 Drp1 缺陷诱导的线粒体自噬，并延缓心肌病的发生。此外，胰岛素样生长因子受体 II（IGF-IIR）通过激活细胞外信号调节激酶（ERK）促进 Drp1 磷酸化，导致线粒体过度分裂。IGF-IIR 信号传导还会触发 Rab9 依赖性自噬体的形成。过度的线粒体分裂通过 Rab9 途径增强受损线粒体的吞噬作用，最终降低心肌细胞的存活率。尽管上述两个实验中 Drp1 的表达水平有所不同，但结果本质上都是由于线粒体自噬过度激活，吞噬了过多的线粒体，影响了心肌细胞的能量供应，从而导致其受损。如何确保 Drp1 的表达水平有利于心肌细胞的保护，还需要进一步研究。此外，Bhandari 等人发现，果蝇中缺乏帕金蛋白会导致心肌细胞线粒体形态异常和去极化，从而引发扩张型心肌病。221 与小鼠不同，果蝇中Parkin 蛋白冗余基因缺失，这更突显了 PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬在清除心肌细胞受损线粒体方面的重要性。

心力衰竭 

当心脏长期处于应激状态时，会导致心肌细胞线粒体受损。如果线粒体自噬不能及时清除受损的线粒体，就会导致心肌细胞凋亡，甚至引发心力衰竭。在应激条件下，线粒体蛋白酶 OMA1 的激活会促使 Opa1 从长链（L-Opa1）切割为短链（S-Opa1），抑制线粒体融合并使其碎片化，从而导致细胞坏死、纤维化以及心室重构。222 王等人发现，AMPKα2 促进 PINK1 在丝氨酸 495 位点的磷酸化，并激活 PINK1-Parkin 通路，增加心肌线粒体自噬，从而在应激状态下清除心肌细胞中的受损线粒体，防止心力衰竭的进展。223 此外，当心脏长期处于异常的血流动力学压力超负荷状态时，也可能发生心力衰竭。在由经胸主动脉缩窄引起的压力负荷增加的小鼠模型中，Shirakabe 等人发现，经过 30 天的长期观察，小鼠出现了心力衰竭。224在此期间，由于 Drp1 向线粒体的转移，在经胸主动脉缩窄后约 3 至 7 天，线粒体自噬会短暂激活。Drp1 基因敲除会消除线粒体自噬，从而加重经胸主动脉缩窄后线粒体功能障碍和心力衰竭的发展。进一步的研究发现，经胸主动脉缩窄后激活的线粒体自噬途径主要是 ULK、Rab9、Drp1 和受体相互作用蛋白 1（Rip1）依赖的替代线粒体自噬，而非 Parkin、LC3、ATG7 依赖的线粒体自噬。225 TAT-Beclin1 治疗可重新激活传统或替代线粒体自噬，从而延缓心力衰竭的发展。225 

心肌衰老 

衰老的时间决定了心肌细胞的功能时间，线粒体自噬在清除异常线粒体和抑制衰老相关疾病的发生中发挥着重要作用。马等人发现，在大鼠心肌细胞模型中，细胞衰老过程中线粒体中 PINK1 和 Parkin 的积累以及线粒体泛素化水平的降低，导致线粒体自噬减少，细胞损伤和衰老增加。226对心肌细胞进行抗氧化治疗可显著改善线粒体自噬反应，减轻细胞损伤。此外，高（音译）等人发现，在小鼠中，帕金蛋白通过诱导 TBK1 的 K63 链多聚泛素化激活帕金蛋白 - TBK1 - P62 信号通路，从而促进线粒体自噬并减少心脏衰老。227

线粒体自噬与肺部疾病 

急性肺损伤

急性肺损伤（ALI，Acute lung injury）是由不同损伤因素导致的肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞损伤，从而引发肺泡水肿和弥漫性肺间质病变。随着研究的深入，人们发现线粒体自噬在急性肺损伤中发挥着重要作用。228，229，230 在脂多糖（LPS）诱导的脓毒症所致小鼠急性肺损伤中，张等人发现脂多糖暴露会降低肺组织的线粒体膜电位。230 Parkin 蛋白从细胞质被招募到线粒体，这会降低 MFN2 蛋白质的表达并增加 Drp1 蛋白质的表达。PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬途径被激活并增强，以清除多余的线粒体，从而增加细胞凋亡，这一过程可通过线粒体分裂抑制剂 1（Mdivi-1）有效抑制。Mdivi-1 通过降低 Drp1 的表达来抑制线粒体自噬的激活，从而减少肺细胞凋亡，并保护 LPS 处理的大鼠肺组织免受氧化应激。229 这些发现表明线粒体自噬参与了急性肺损伤过程中肺组织损伤的过程。有趣的是，Letsiou等人在脂多糖诱导 18 小时后分析了 PINK1 和Parkin 蛋白的水平。他们发现 PINK1 表达增加，而帕金蛋白表达减少。帕金蛋白表达的降低减轻了线粒体自噬，促进了线粒体融合修复，并保护了线粒体。这表明帕金蛋白表达的下调可能是防止过度线粒体自噬清除过多线粒体的一种补偿机制。

在正常情况下，线粒体生物合成和线粒体自噬处于动态平衡，以确保线粒体质量和数量的适当控制。在急性肺损伤（ALI）中，线粒体自噬增加以清除受损线粒体，这会破坏正常的线粒体稳态并过度消除线粒体。在这种情况下，增加线粒体生物合成可以维持线粒体稳态并保护 ALI 中的肺组织。在脂多糖（LPS）暴露模型中，丝裂原活化蛋白激酶 3（MKK3）基因敲除会上调参与线粒体生物合成的调节因子表达，并增强线粒体生物合成，从而确保线粒体的正常质量和数量，导致小鼠肺损伤减轻和存活率提高。232 在另一由金黄色葡萄球菌诱导的 ALI 动物模型中，线粒体自噬和线粒体生物合成同时发生，这增加了线粒体的周转并减少了 II 型肺泡细胞的死亡。233 这些发现表明，通过增强线粒体生物合成来保护肺组织免受线粒体自噬增加的影响，为 ALI 开辟了一种新的治疗选择。

慢性阻塞性肺病

慢性阻塞性肺疾病（COPD）以持续的呼吸系统症状和气流受限为特征，是一种慢性炎症性疾病。COPD 的致病因素之一是长期接触香烟烟雾。长期接触香烟烟雾会导致线粒体结构和功能异常以及线粒体碎片的积累，表明线粒体自噬受损。然而，线粒体自噬在 COPD 发展中的作用仍存在争议。COPD 患者肺匀浆中的 Parkin 水平降低，并且与肺功能测试中的 FEV1/FVC 比值呈正相关。Parkin 表达降低会抑制香烟烟雾提取物（CSE）诱导的线粒体自噬，增加活性氧（ROS）的产生和人支气管上皮细胞（HBEC）的衰老。这表明由 Parkin 介导的线粒体自噬不足导致的细胞衰老可能是 COPD 进展的重要因素之一。相比之下，水村等人发现增强的线粒体自噬可导致程序性细胞死亡，这与慢性阻塞性肺疾病（COPD）的发展有关。236 这一过程主要由 PINK1 控制，但不需要 Parkin，表明其独立于 PINK1-Parkin 通路。这两份看似矛盾的报告可能表明 COPD 发展过程中存在两种不同的途径。两项研究中使用的 CSE 浓度分别为 1% 和 20%，这表明 COPD 发展过程中主要涉及的途径可能与线粒体损伤的程度有关。当暴露于高浓度的 CSE（20%）时，线粒体损伤超过补偿阈值。大量 PINK1 在 OMM 上积累，导致线粒体自噬过度激活，从而引发程序性细胞死亡。面对低浓度（1%）的 CSE，虽然短暂的线粒体损伤处于补偿调节范围内，但长期损伤会减少细胞质中的 Parkin 池，导致线粒体自噬不足，从而引发 COPD。尽管 Parkin 减少的机制尚不清楚，但可能涉及 PINK1 介导的蛋白酶体降解。237

特发性肺纤维化

特发性肺纤维化（IPF）是一种进行性的慢性间质性肺病。238 其特征为细胞外基质沉积增加、肺泡上皮反复受损以及最终的肺纤维化甚至器官死亡。线粒体自噬的变化与 IPF 肺纤维化的进展有关，但其影响取决于肺细胞的类型。对于肺泡巨噬细胞，在纤维化期间线粒体自噬增加以对抗细胞凋亡。同时，增强的线粒体自噬有利于巨噬细胞衍生转化生长因子-β1（TGF-β1）的表达。239 TGF-β1 是促进成纤维细胞分化的转化生长因子之一，并促进肺纤维化。对于成纤维细胞，在肺纤维化期间线粒体自噬减少，导致活性氧清除不足、肌成纤维细胞分化以及成纤维细胞灶的形成。240,241 对于 II 型肺泡上皮细胞，随着 IPF 肺的衰老，PINK1 的表达降低，这导致线粒体肿胀和线粒体自噬缺陷，促进肺纤维的变化。242,243 值得注意的是，这三种肺细胞在纤维化的进展过程中相互影响。例如，巨噬细胞衍生的转化生长因子-β1（TGF-β1）能够抑制成纤维细胞中 PINK1 的表达，从而抑制线粒体自噬并促进肺纤维化；而它又能诱导上皮细胞产生活性氧（ROS），导致细胞死亡和肺纤维化。244,245 

急性肾损伤中的线粒体自噬 

急性肾损伤（AKI）是一种临床综合征，由于各种原因在短时间内导致肾功能急剧下降，其中一些原因可能与线粒体自噬有关。众所周知，脓毒症是 AKI 最常见的病因之一。Takasu 等人分析了脓毒症患者的肾组织，发现肾小管细胞存在粗大或细小分散的空泡，表明线粒体和溶酶体肿胀以及线粒体自噬异常。246 随后，在由盲肠结扎穿孔（CLP）诱导的脓毒症 AKI 小鼠模型中，PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬通路在 CLP 早期阶段被激活。247 进一步的研究表明，PINK1-Parkin 缺陷会减少线粒体自噬，加重肾损伤和肾小管细胞凋亡。248 已有报道表明，脓毒症诱导的和造影剂（CI）诱导的（另一种常见原因）AKI 均会激活线粒体自噬。249在顺铂诱导的急性肾损伤（AKI）小鼠模型中，肾小管上皮细胞（RTECs）在接触顺铂后会触发线粒体自噬，通过降低线粒体活性氧（ROS）水平和抑制炎症性 NLRP3 激活，从而保护 RTEC 免受细胞凋亡和组织损伤。250 此外，雷等人发现，mTOR 抑制剂雷帕霉素通过抑制 mTOR 来增强线粒体自噬，进而减少顺铂诱导的肾小管细胞损伤。251 然而，在该领域中，这种上调线粒体自噬的方法仍存在争议，因为抑制 mTOR 会促进细胞凋亡并抑制肾小管细胞增殖，这对 AKI 的恢复不利。不过，值得注意的是，无论病因如何，线粒体自噬在 AKI 中都发挥着至关重要的保护作用。

顺铂是一种化疗药物，对多种癌症的治疗有效。然而，由于其显著的肾毒性，其使用仍受到限制。多年来，其潜在机制已得到广泛研究，但仍未明确。最近发现，在顺铂处理的人肾近端小管细胞中，线粒体自噬被激活。通过抑制 PINK1-Parkin 表达来抑制线粒体自噬会导致线粒体功能障碍和细胞损伤增加，而 PINK1-Parkin 过表达则能保护线粒体功能和减少细胞损伤。这表明线粒体自噬参与了顺铂介导的肾毒性过程。一致地，王等人发现敲除 PINK1 会损害肾线粒体自噬，导致更严重的细胞凋亡、组织损伤和肾功能丧失。然而，周等人报告称，PINK1 不能改善顺铂诱导的大鼠肾损伤。这些相互矛盾的结果可能是由于在动物实验中使用的顺铂剂量不同，导致线粒体损伤的严重程度不同。敲除 PINK1 可部分减少线粒体自噬，并使细胞免受凋亡。另一方面，在周的实验中，在顺铂处理的野生型大鼠中发现了许多自噬体和线粒体自噬体，这表明线粒体自噬过度。254 因此，当线粒体损伤在代偿范围内时，线粒体自噬的激活可能有效地清除顺铂引起的受损线粒体。一旦线粒体受到过度损伤，线粒体自噬就会过度激活，从而导致细胞凋亡。

在肾损伤后修复受损的肾小管时，存活的肾小管细胞会经历去分化、增殖、迁移和再分化，从而成为成熟的固有细胞。255 肾修复受阻会导致肾纤维化，这是最终导致终末期肾衰竭的常见途径。据我们所知，线粒体损伤与异常的肾修复密切相关。256 在单侧输尿管梗阻（UUO）肾纤维化中，PINK1 或 Parkin 缺乏不仅会导致线粒体自噬不足，还会增加 UUO 后肾小管细胞中线粒体活性氧的生成和损伤，从而加重肾纤维化。257 线粒体自噬激活剂 UMI-77 可通过激活线粒体自噬来减少肾小管上皮细胞的促纤维化反应。258 此外，在 UUO 诱导的实验中，PINK1 或 Parkin 缺失会导致巨噬细胞中异常线粒体的过度积累，从而加速巨噬细胞向促纤维化 /M2 巨噬细胞的转化，并促进肾纤维化的进展。这些发现表明，线粒体自噬对肾小管细胞和巨噬细胞具有抗纤维化作用，这有利于肾损伤的修复。259 总之，线粒体自噬在急性肾损伤的发生和修复中起着关键作用，可能成为预防和治疗急性肾损伤的一个转折点。

线粒体自噬与肝脏疾病 

酒精性肝病

酒精性肝病（ALD）是由长期过量饮酒引起的肝脏损伤。其最初表现为显著的肝脂肪变性，最终会发展成严重的肝脏疾病，如肝硬化。在人体内，酒精代谢主要在肝脏中进行。260 大量饮酒或长期接触酒精刺激会导致肝线粒体功能受损，从而造成肝脏损伤。线粒体自噬可通过清除异常线粒体来预防酒精引起的肝损伤。261,262 在急性酒精暴饮时，肝线粒体因酒精的代谢作用而发生去极化，且呈剂量依赖性。263 若线粒体去极化不能正常复极化，线粒体自噬会被激活，以清除解偶联和异常的线粒体，从而保持正常的线粒体功能，避免细胞凋亡和肝损伤。线粒体自噬还能通过维持正常的脂肪酸β氧化来减少酒精引起的肝脂质堆积和脂肪变性。264 长期酒精刺激会引发持续且过度的线粒体清除负荷信号以及随后的线粒体自噬紊乱。因此，线粒体损伤相关分子模式被释放到细胞质和细胞外环境中，从而刺激肝脏炎症和纤维化，并促进酒精性肝病的发展。260 这一过程可能与 DNA 依赖性蛋白激酶催化亚基（DNA-PKcs）有关，它是肝脏线粒体稳态的新守护者。265 在慢性酒精诱导下，DNA-PKcs 促进 P53 激活，增加 Drp1 相关的线粒体分裂，同时抑制 FUNDC1 介导的线粒体自噬。过度分裂和自噬缺陷导致线粒体 DNA 损伤和细胞凋亡，这意味着线粒体自噬的影响与饮酒量和饮酒时间有关，并表明线粒体自噬的调控可能成为酒精性肝病的潜在治疗方法。265

非酒精性脂肪肝病

非酒精性脂肪肝病（NAFLD）是一种病因不明的代谢综合征，其主要成因是肝脏内脂质异常堆积。266 自噬线粒体有利于正常清除脂质，脂质堆积表明自噬线粒体异常。一致地，在非酒精性脂肪肝病患者中观察到肿胀的线粒体和嵴活性降低。267 在长期高脂肪/高热量饮食诱导的小鼠非酒精性脂肪肝病模型中，PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬在早期阶段增加，以对抗肝脏脂质堆积。268 长期喂养会降低 PINK1-Parkin 的 mRNA 和蛋白质水平，导致脂质堆积和非酒精性脂肪性肝炎。268 激活线粒体自噬可减轻肝脂肪变性和非酒精性脂肪肝病的进展。267,269 因此，在失代偿期间如何恢复线粒体自噬活性是治疗非酒精性脂肪肝病的关键。在非酒精性脂肪肝病的动物模型中，Mst1（一种与肝脏再生相关的细胞存活调节因子）的表达上调。敲低 Mst1 可恢复 Parkin 介导的线粒体自噬，从而减轻肝脏损伤并提高肝细胞活力。270 通过恢复 Parkin 独立的线粒体自噬途径也可以预防非酒精性脂肪肝病。例如，Sirtuin 3 过表达可通过 ERK-CREB 信号通路促进 BNIP3 介导的线粒体自噬，从而保护肝细胞免受细胞凋亡。271 另一方面，KEAP1 和 RING 框蛋白 1（Rbx1）是 cullin-RING 泛素 E3 连接酶复合物的两个亚基，它们由 P62 招募至线粒体，然后 P62-KEAP1-Rbx1 复合物促进线粒体泛素化以恢复线粒体自噬。272

骨骼肌衰老中的线粒体自噬

骨骼肌是人体运动系统的驱动力，骨骼肌发育调节的关键过程是肌生成。在早期肌生成分化过程中，Drp1 介导的线粒体分裂和 SQSTM1 介导的线粒体自噬协同清除线粒体，随后 PGC-1α 的激活介导线粒体生物合成以产生新的线粒体。最后，Opa1 的快速上调完成线粒体网络的重组，以满足原始肌母细胞分化为成熟肌管后的能量需求。273 抑制线粒体自噬会损害线粒体重塑和肌生成分化。据报道，小鼠骨骼肌中 MFN2 的表达随年龄增长而降低。MFN2 缺乏会导致线粒体自噬减少和受损线粒体堆积，从而导致肌肉减少症以及萎缩。274 一致地，Parkin 介导的线粒体自噬缺陷会损害线粒体功能并导致肌肉萎缩。另一方面，Parkin 的过表达会增加线粒体含量，并防止随着年龄增长而出现的肌肉质量和力量的丧失。275、276 Drp1 介导的线粒体分裂促进线粒体自噬，以清除果蝇中年飞行肌肉中的功能失调线粒体，从而延长其寿命。277 值得一提的是，与心脏和大脑不同，骨骼肌由于存在卫星细胞而具有再生修复能力，但卫星细胞修复受损肌肉的能力会随着年龄的增长而显著下降。278 年轻小鼠卫星细胞中线粒体自噬的遗传抑制会导致过早衰老。279 这一发现令人有些意外，因为线粒体自噬以前被认为是一种效应途径而非衰老的原因。同时，这也表明通过调节线粒体自噬有可能减缓卫星细胞的衰老。

长期适当的运动可以减缓肌肉衰老，而线粒体自噬则会导致肌肉衰老。然而，运动对线粒体自噬的影响却知之甚少。研究表明，在急性运动期间或运动后早期（0 - 1 小时），AMPK、ULK1 和 Drp1 会暂时磷酸化，从而激活线粒体自噬，在运动后的恢复期（3 - 6 小时）清除受损或功能失调的线粒体。280 缺乏 Drp1 会降低肌肉耐力和跑步表现。281 另一方面，Lo Verso 等人发现，在身体活动期间维持肌肉收缩并不涉及线粒体自噬，而是在线粒体受损收缩时发挥作用。282 在一项为期 6 周的小鼠自愿跑轮实验中，野生型小鼠在训练 6 周后，Parkin 表达上调，促进 PARIS（Parkin 相互作用底物）的降解，从而促进 PGC-1α 表达。线粒体生物合成和线粒体自噬的增加促进了线粒体更新。同一项研究还报告称，在面对相同的运动训练时，运动诱导的线粒体自噬会随着运动次数的增加而减少。283因此，线粒体自噬的激活可能取决于运动的类型和时长，或者更确切地说，取决于突然运动所需的能量。AMPK 通过感知细胞能量的变化来判断能量是否充足。如果细胞能够提供足够的能量来维持肌肉收缩，那么在运动后的恢复期间线粒体自噬就不会被激活。如果在恢复期间能量不足，线粒体自噬就会被激活，并与线粒体生物合成协同作用，以更新和生成质量更好的线粒体。这可以减少在下一次类似运动强度后的恢复期间线粒体自噬的激活。长期的运动训练更新线粒体以满足更多的能量供应，并延缓因衰老导致的骨骼肌能量不足的问题。

癌症中的线粒体自噬

癌症细胞

鉴于癌细胞不断快速分裂，它们依靠瓦伯格效应通过糖酵解而非线粒体氧化磷酸化获取充足能量，即便在有氧条件下也是如此。284 在 KRAS 突变型胰腺癌细胞中观察到线粒体活性氧减少、每个细胞的线粒体总膜电位降低以及线粒体质量下降，表明线粒体网络减少。然而，在此过程中，与线粒体生物合成相关的标志物并未显著变化。另一方面，与线粒体自噬（如 NIX、P62）相关的蛋白质的 mRNA 水平升高，这与线粒体含量呈负相关。285 这些观察结果表明，NIX 介导的线粒体自噬与胰腺癌细胞的进展有关。NIX 介导的线粒体自噬表达减少了线粒体网络，并增加了通过糖酵解将葡萄糖转化为乳酸的转化，为癌细胞提供了充足的能量。在小鼠中，NIX 缺乏极大地抑制了肿瘤生长并延长了生存期。在食管鳞状细胞癌和肺癌中也观察到了增强的线粒体自噬。相反，在包括胶质母细胞瘤、卵巢癌和乳腺癌细胞在内的许多肿瘤中都检测到了帕金蛋白的缺失或功能缺失突变，这会导致线粒体自噬缺陷和线粒体活性氧水平升高。活性氧可以稳定缺氧诱导因子 -1α 并激活糖酵解，促进瓦伯格效应和肿瘤进展。因此，癌细胞如何适应缺氧条件可能取决于细胞类型。

肿瘤干细胞

传统的癌症治疗方法是消灭大量增殖的癌细胞。然而，这种方法往往无法根除癌症，因为癌干细胞未被清除。癌干细胞是指具有干细胞特性的癌细胞，具有“干性”（包括自我更新、分化、增殖和转移潜能）的能力。大量研究报道，癌干细胞中线粒体呈核周分布，膜电位较高，线粒体 DNA 数量较少，细胞内活性氧浓度较低，氧/葡萄糖消耗量较低，这有利于更好地保持干性。例如，线粒体的核周分布有利于 ATP 的运输效率；较低的葡萄糖消耗表明癌干细胞相对静止，进入休眠状态以增强适应性并避免被破坏。由于线粒体自噬是控制线粒体和能量代谢的关键，因此线粒体自噬可能在维持癌干细胞的“干性”特征方面发挥重要作用。磷酸化的 P53 通过 PINK1 依赖的线粒体清除机制被降解，抑制线粒体自噬会导致磷酸化的 P53 在线粒体内积累。过多的 P53 会转移到细胞核中。此外，它还会与 NANOG 启动子结合，阻止 NANOG 的激活。NANOG 是维持肝癌干细胞干性的关键转录因子。抑制 NANOG 可抑制肝癌干细胞的增殖。此外，线粒体动力学有助于线粒体自噬完成癌症干细胞的“干性”表达。为了确保新生成的干细胞保持其特性，线粒体进行不对称分裂，健康的线粒体进入新的干细胞。线粒体分裂因子（MFF）的过表达会促进线粒体分裂，从而增强肝癌干细胞的干性和肿瘤起始能力。同样，在原始急性髓系白血病细胞中，激活线粒体自噬需要线粒体分裂 1（FIS1）的表达。FIS1 的缺失会减弱线粒体自噬，导致白血病干细胞自我更新能力严重丧失，并促进髓系分化。此外，FIS1 的表达还通过线粒体自噬促进人类肺癌干细胞的干性。301 如果能将线粒体自噬在癌症干细胞中的作用应用于治疗，或许能为癌症的治愈带来希望。

线粒体自噬与免疫 

先天免疫

先天免疫是指对异物病原体或损伤相关分子模式（DAMPs）的非特异性识别，是机体抵御病原体入侵的第一道防线。302,303 当识别到病原体或 DAMPs 时，干扰素、细胞因子和趋化因子的上调和释放会招募免疫细胞来控制感染或损伤，从而引发炎症反应。在 PINK1 和 parkin 基因敲除小鼠中，急性（由剧烈运动诱发）和慢性（由线粒体 DNA 突变诱发）的线粒体应激会诱导刺激干扰素基因（STING，一种对细胞质 DNA 的 I 型干扰素反应的中心调节因子）介导的 I 型干扰素反应。304 线粒体 DNA 在细胞质中积累后与环鸟苷酸-腺苷酸合成酶（cGAS）结合，cGAS 被激活并产生第二信使 2'3'-cGAMP，进而导致 STING 二聚化并激活下游的 TBK1。305,306,307,308 激活的 TBK1 在细胞质中磷酸化转录因子，促进其核转位，从而上调细胞因子和干扰素的生成。这些发现表明，PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬可能通过 STING 通路调节先天免疫反应。

炎性小体是一种由细胞质内模式识别受体组成的多蛋白复合物，其中 NLRP3 炎性小体作为先天免疫的重要组成部分，在机体免疫反应和疾病发生过程中发挥着重要作用。线粒体损伤所导致的活性氧（ROS）和线粒体 DNA（mtDNA）增加会通过激活 NLRP3 炎性小体和半胱天冬酶-1 来启动炎症反应，促进促炎细胞因子白细胞介素-1β（IL-1β）和 IL-18 的成熟和分泌。因此，线粒体自噬能够通过及时清除受损线粒体来负向调节 NLRP3 炎性小体的激活。例如，在脂多糖（LPS）处理的巨噬细胞中，前体 IL-1α 转移到线粒体并与心磷脂（CL）直接相互作用，中断了激活巨噬细胞中依赖于 CL-LC3B 的线粒体自噬，从而增强 NLRP3 炎性小体的激活。NLRP3 炎性小体的激活会导致核因子κB 亚基（NFKB/NF-κB）选择性地诱导 SQSTM1 在线粒体上的积累，从而启动线粒体自噬以发挥其抗炎作用。研究还发现，一氧化碳可上调应激诱导蛋白 senstrin 2（Sesn2）的水平。Sesn2 标记受损的线粒体以介导 SQSTM1 聚集；另一方面，它还激活 ULK1 特异性线粒体自噬机制以清除受损线粒体，从而抑制 NLRP3 炎性小体的激活，并防止脂多糖诱导的感染性休克。312,313 这种细胞内抗炎机制的发现可能为抗感染提供新的思路。

NLRP3 炎性小体在清除病毒方面的功能已得到广泛认可。多项新研究报道，病毒能够特异性地调节线粒体自噬与 NLRP3 炎性小体之间的平衡，以促进自身复制。parkin基因敲除小鼠通过增加线粒体活性氧介导的 NLRP3 炎性小体激活，表现出增强的先天抗病毒炎症反应和病毒清除能力。而 NLRP3 的缺失则逆转了parkin基因敲除小鼠中增强的抗病毒反应。314 增强线粒体自噬似乎是病毒避免被 NLRP3 炎性小体早期清除的一个良好选择。甲型流感病毒蛋白 PB1-F2 通过 TOM40 通道转运至线粒体。它降低线粒体膜电位，诱导线粒体碎片化，从而减弱视黄酸诱导基因 I（RIG-I）信号，并破坏 NLRP3 炎性小体通路。315 由于 RIG-I 样受体是启动和调节抗病毒免疫的传感器，减弱其信号会损害甲型流感病毒（IAV）的清除。然而，据某些报道，Ripk2（受体相互作用蛋白激酶 2）通过磷酸化 ULK1 来激活线粒体自噬。在小鼠中敲除 Ripk2 会损害线粒体自噬，增强 NLRP3 的激活，并在感染甲型流感病毒时增加死亡率。值得注意的是，这只是甲型流感病毒大量繁殖后对宿主细胞致病性的一种表现。此外，HIV 长末端重复序列区域（ssRNA40）可通过激活 NLRP3 炎性小体抑制人类原代小胶质细胞中的线粒体自噬，通过增强活性氧的生成促进神经毒性及神经退行性病变。向感染甲型流感病毒的小鼠注射小檗碱可通过激活线粒体自噬和抑制 NLRP3 炎性小体的激活来减轻肺部的炎症病变。

巨噬细胞是先天免疫系统中的重要免疫细胞，具有可塑性和多能性。根据不同的激活状态和功能，巨噬细胞可分为 M1 型（经典活化巨噬细胞）和 M2 型（替代活化巨噬细胞）。M1 型巨噬细胞由脂多糖（LPS）和干扰素γ（IFNγ）信号诱导，产生并释放促炎细胞因子（如 TNFα 和 IL-1β）以及细胞副产物（如活性氧、溶酶体酶和一氧化氮），参与炎症反应并清除病原体。M2 型巨噬细胞由局部微环境中 Th2 型细胞因子刺激诱导，通过分泌细胞因子（如 IL-10）介导抗炎作用，并参与受损组织的修复和纤维化。此外，由于 M1/M2 巨噬细胞的能量需求不同，线粒体代谢也会影响 M1/M2 的转换。M1 巨噬细胞的强促炎作用依赖于糖酵解和戊糖磷酸途径，并伴有葡萄糖摄取的增加。M2 巨噬细胞的抗炎功能在很大程度上依赖于线粒体氧化磷酸化、三羧酸循环流量和脂肪酸氧化。320 

最近发现，在糖尿病肾病小鼠中，巨噬细胞表现出 M1 型。同样，当用高糖处理时，巨噬细胞会转变为 M1 型，且自噬溶酶体介导的线粒体自噬减少。321 雷帕霉素诱导的自噬溶酶体介导的线粒体自噬增强可防止 M1 极化，表明线粒体自噬的激活可促进巨噬细胞向 M2 型转化。在高脂饮食喂养的小鼠中，ATG5 基因敲除会增加肝脏巨噬细胞的 M1 极化和炎症。322 因此，线粒体自噬可能会影响线粒体代谢并调节巨噬细胞的表型。M1 巨噬细胞的激活会抑制线粒体功能和氧化磷酸化，导致 M1 巨噬细胞无法重新极化为 M2 型。323 IL-10 通过抑制 mTOR 信号激活线粒体自噬，防止脂多糖刺激诱导的受损线粒体积累，同时抑制糖酵解流量，从而刺激巨噬细胞向 M2 型极化。324外源性白细胞介素 - 10 刺激生成的 M2 巨噬细胞可通过减轻心肌梗死（MI）后的炎症反应促进伤口愈合。325 另一方面，NIX 缺乏会降低 M1 巨噬细胞中与 M1 相关的促炎细胞因子表达和糖酵解。110 因此，线粒体自噬如何以及是否调节巨噬细胞表型极化是复杂的，且仍难以理解。

适应性免疫

适应性免疫通常指的是体内 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞及其亚群在受到“非己”物质刺激后，被激活、增殖、分化为效应细胞，并产生一系列生物学效应的整个过程。对 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞及其亚群在分化和激活各阶段的线粒体功能进行比较，发现它们在线粒体活性氧、线粒体膜电位、线粒体质量以及线粒体自噬程度方面存在显著差异。326 这一发现表明线粒体自噬参与了 T 淋巴细胞和 B 淋巴细胞的发育和分化。在对病毒感染的初次免疫反应中，CD8 T 细胞因 T 细胞抗原受体（TCR）信号而下调 NIX 表达，导致线粒体自噬不足，去极化线粒体堆积，从而产生超氧化物激活 CD8+ T 细胞。327 然而，抗原特异性 CD8+ T 细胞会提高 NIX 的表达，以清除处于收缩状态的去极化线粒体，从而促进 CD8+ T 效应记忆细胞的形成。NIX 的缺失会导致去极化线粒体清除不足、HIF1α 积累、效应记忆细胞代谢改变（从长链脂肪酸氧化转变为短链/支链脂肪酸氧化）以及 ATP 合成减少。能量不足会抑制 CD8+ T 细胞效应记忆的形成，并降低对细胞致病性病毒感染的回忆反应。同样，NIX 和 BNIP3 的敲低会导致线粒体堆积、减少线粒体自噬并增强脂肪酸合成，从而导致细胞质中脂滴增多以及 IgG+ 记忆 B 细胞的丢失。抑制脂肪酸生成或沉默坏死性凋亡基因 Ripk3 可以挽救 NIX-/-BNIP3-/- B 细胞中的 IgG 记忆。此外，自然杀伤（NK）细胞是具有适应性免疫特征的先天性淋巴细胞。与 CD8+ T 细胞类似，在病毒感染期间，NK 细胞的线粒体自噬水平会暂时下调。在收缩期，线粒体自噬的增强可清除活性氧并使线粒体去极化，从而在病毒感染后诱导 NK 细胞记忆的形成。总的来说，线粒体自噬对于免疫细胞分化为相应的记忆细胞至关重要。迄今为止，由于无法诱导强大的记忆细胞，我们仍处于各种疫苗研发停滞不前的阶段。许多免疫疾病无法得到有效治疗，原因就在于记忆细胞的问题尚未解决。加强对细胞记忆中线粒体自噬的研究，能够推动疫苗和免疫疾病领域的发展。

线粒体自噬与代谢综合征

代谢综合征是指人体内代谢紊乱的病理状态。肥胖和胰岛素抵抗会影响葡萄糖和脂质等代谢途径，从而导致代谢综合征。在肥胖的人类或喂食高脂肪食物的大鼠中，与线粒体自噬相关的信号 LC3BII、Parkin、FUNDC1 和 BNIP3 的水平降低，这表明线粒体自噬可能与肥胖和胰岛素抵抗存在因果关系。330,331 FUNDC1 的缺失会导致合成型白色脂肪组织（WAT）中线粒体自噬缺陷，从而导致大量活性氧（ROS）生成，进而引发氧化应激驱动的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）激活。332 此外，MAPK 激活会阻断胰岛素信号传导，导致其他胰岛素反应器官出现胰岛素抵抗。抑制或消除 MAPK 可减轻肥胖和胰岛素抵抗表型。332,333 此外，线粒体自噬还会影响分解型棕色脂肪组织（BAT）的功能。PINK1 基因敲除小鼠表现出分解型 BAT 功能障碍，并易患肥胖症。334 在 PINK1 基因敲除（KO）小鼠的棕色脂肪细胞前体（BAPs）中观察到 NLRP3 的表达。出乎意料的是，NLRP3 的表达并未在 BAPs 中诱导典型的炎性小体活性。相反，它抑制棕色脂肪细胞特异性基因的表达，并促进白色脂肪细胞特异性基因的表达，导致棕色脂肪前体细胞分化为类似白色脂肪细胞。NLRP3 的缺失可逆转 PINK1 基因敲除小鼠的棕色脂肪组织功能障碍和肥胖。此外，全身而非棕色脂肪细胞特异性 PINK1 基因敲除的小鼠表现出胰岛素抵抗，这表明线粒体自噬在维持白色脂肪组织和棕色脂肪组织的胰岛素敏感性方面发挥着不同的作用。334

线粒体自噬在耳聋和眼病中的作用 

耳聋

耳聋是指由于听觉器官和听觉传导通路的器质性或功能性病变导致的不同程度的听力损伤的统称，常见于毛细胞（HC）损伤。氨基糖苷类是常用的抗生素，但对感觉毛细胞有毒性。据一些近期研究，线粒体功能缺陷和毛细胞内活性氧（ROS）过度积累是氨基糖苷类药物导致听力损失的关键机制。335,336 新霉素通过激活耳蜗毛细胞中的 ATF3 抑制 PINK1 mRNA 转录，并减少 PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬。336 线粒体自噬缺乏会导致大量线粒体功能障碍和活性氧积累，从而诱导毛细胞死亡并继而引发听力损失。使用线粒体自噬诱导剂去铁胺和 PINK1 激活剂激动素恢复线粒体自噬可保护毛细胞免受新霉素诱导的细胞凋亡，这表明线粒体自噬激活剂可能成为保护毛细胞免受氨基糖苷类药物损伤的潜在药物。336 此外，激活线粒体自噬还能预防年龄相关性或噪声性听力损失。337、338 NIX 介导的线粒体自噬表达在衰老过程中维持耳蜗细胞的稳态。337、338 SESN2 缺乏会阻碍线粒体自噬并加剧噪声引起的听力损伤。338 总之，线粒体自噬可能是治疗耳聋的新靶点。

眼病

在眼病中，人们逐渐意识到氧化损伤、线粒体功能障碍以及线粒体清除受损的重要性。多种眼病是由线粒体自噬引起的。干眼症的核心机制是泪液高渗。在高渗透压下培养的角膜上皮细胞（HCECs）中观察到线粒体氧化损伤和能量代谢紊乱。能量紊乱导致腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）激活，其磷酸化线粒体融合因子（MFF）以招募动力相关蛋白 1（DRP1）到线粒体外膜（OMM），从而启动线粒体分裂和线粒体自噬。线粒体分裂增加会提高活性氧（ROS）水平，加剧线粒体功能障碍，从而形成恶性循环。在老年人中，年龄相关性黄斑变性（AMD）是导致失明的主要原因。在 AMD 早期的视网膜色素上皮（RPE）中观察到线粒体自噬减少和 NFE2L2 抗氧化信号受损，这会触发抗凋亡的上皮间质转化。线粒体自噬和 NFE2L2 抗氧化信号这两条通路协同作用以抑制 RPE 转化。NFE2L2 或 PGAM5 的缺失会导致 RPE 中线粒体自噬和线粒体周转减少，从而加速 RPE 衰老。此外，线粒体自噬还会影响青光眼的发展，青光眼的特征是视网膜神经节细胞（RGCs）逐渐受损，可能导致不可逆的失明。其主要危险因素是眼内压（IOP）升高。在慢性高血压性青光眼模型中，3 天内就会出现由帕金蛋白介导的线粒体自噬的代偿性增加，以清除受损的线粒体。随着中度眼内压升高的累积损伤，线粒体自噬的代偿机制开始失效，线粒体自噬受损，视网膜神经节细胞逐渐受到损伤。帕金蛋白的过表达或解偶联蛋白 2 的缺失在眼内压升高的累积压力下部分恢复了线粒体自噬功能，从而保护了青光眼中的视网膜神经节细胞。

衰老中的线粒体自噬

衰老是一种生物学过程，指的是细胞增殖和生理功能随时间逐渐减弱。在衰老过程中，线粒体的结构和功能会发生广泛变化，产生的活性氧（ROS）无法有效清除，从而导致线粒体功能障碍。345 从形态和功能上看，果蝇和哺乳动物的衰老都表现为线粒体体积增大、嵴的大小和形状不规则、活性氧生成增加、三磷酸腺苷（ATP）合成减少以及线粒体数量减少。越来越多的研究表明，线粒体自噬对于细胞和生物体的衰老过程至关重要。据报道，线粒体自噬在青春期到成年期会增加，而在老年动物中则会急剧下降。346 4 周龄果蝇飞行肌肉中的基础线粒体自噬水平大约是 1 周龄果蝇的十倍。347 在小鼠齿状回（一个对记忆很重要的大脑区域），线粒体自噬在 3 个月到 21 个月之间显著减少。348 增加线粒体自噬有助于减缓细胞衰老和与年龄相关疾病的发展进程。在缺乏磷酸甘油酸激酶 5（PGAM5）的细胞中过表达突变型 DRP1-K38A 或 S637A 可促进线粒体自噬并抑制视网膜色素上皮细胞衰老。骨形态发生蛋白 4（BMP4）可激活线粒体自噬并防止成纤维细胞衰老，从而抑制成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，进而缓解肺纤维化的进展。此外，对衰老过程中线粒体自噬的深入理解对于改善以早衰为特征的遗传疾病具有重要意义。在Cockayne综合征、Hutchinson-Gilford Progeria早衰症和Werner综合征中，观察到线粒体自噬缺陷和持续的活性氧（ROS）生成。激活线粒体自噬可以抵抗细胞衰老和凋亡。据报道，在几种模式生物中，诱导线粒体自噬足以延长寿命并延缓加速衰老。NAD+ 可激活线粒体自噬以清除受损线粒体并恢复线粒体网络，抑制早衰并延长寿命。衰老是每个细胞不可避免的进程，与所有系统的疾病密切相关。深入了解线粒体自噬在衰老过程中的作用对于缓解和预防衰老进程非常重要。

线粒体自噬在靶向治疗中的局限性及发展

线粒体自噬过弱或过强都不利于细胞存活。过度的线粒体自噬会导致线粒体清除过度，能量供应不足，从而引发细胞死亡。另一方面，线粒体自噬过弱会导致清除不足，造成线粒体功能障碍，降低细胞存活率。鉴于线粒体自噬在多种人类疾病中发挥着重要作用（图 6），通过药物调节线粒体自噬可能是治疗线粒体相关疾病的有效途径。随着持续投入，越来越多的药物被发现（表 2）。然而，由于总体研究时间较短，线粒体自噬调节剂的研究仍处于初步阶段，且大多数数据来自临床前研究。在这些调节剂进入临床试验或研究出更有效的新型调节剂之前，应考虑以下两个条件。

图 6

各种疾病中线粒体自噬的机制

表 2 与线粒体自噬调节剂相关的药物

• Feruloylspinosin阿魏酰斯皮诺素，Rhapontigenin丹叶大黄素，Tetrahydroberberrubine四氢小檗红碱

首先，要成为治疗靶点，这些调节剂必须特异性地作用于线粒体以调节线粒体自噬。然而，迄今为止发现的调节剂对线粒体自噬的特异性有限，因为它们对线粒体自噬靶点的药理学特异性较低。寻找间接调节线粒体自噬的调节剂是一种合乎逻辑的方法。然而，由于其强大的脱靶效应，可能不适合用于治疗。最近的一项研究报道了首个线粒体自噬特异性降解产物 AUTAC。AUTAC 是一种自噬靶向嵌合体，带有降解标签（鸟嘌呤衍生物）和提供靶点特异性的弹头。357 当 AUTAC 作用于线粒体时，它通过非 PINK1-Parkin 途径去除受损线粒体，从而改善线粒体质量。此外，基因编辑是特异性靶向线粒体自噬的另一种有前景的治疗方法。在动物模型中，实现“功能获得”特异性转基因和“功能丧失”基因消融以在时间和空间上调节线粒体自噬是可行的。333,358,359,360 然而，这只是个开始，许多问题仍有待解决。

其次，为了确保线粒体自噬受到严格且精准的调控，并能够简便、实用地评估治疗效果，找到能够可靠且特异性检测线粒体自噬流量的生物标志物至关重要。目前，LC3-II/I 和 SQSTM1 的测量常被用于反映线粒体自噬流量。人类线粒体自噬评估仅限于基因检测（如检测 PINK1、Parkin 等的 mRNA 转录本）或组织学分析（提供病变小样本的组织照片）。尽管这些方法能够反映线粒体自噬流量的变化，但结果难以解读。例如，这些变化究竟是由线粒体过度降解还是线粒体自噬受阻所致，有时这些变化不一定反映线粒体自噬活性，也不一定特异性地代表线粒体自噬情况。已有报道指出，一些线粒体靶向荧光标记物，如 mt-Keima 和 Mito-QC，能够动态反映线粒体自噬流量。348,361,362,363 Keima 是一种 pH 敏感型荧光蛋白，可靶向线粒体基质，通过荧光显微镜在体内和体外对线粒体降解进行分析，其激发光谱峰值取决于 pH 值。348,361,362 在从线粒体运输至溶酶体的过程中，mt-Keima 的激发峰从中性 pH 值下的 438 纳米变化至酸性 pH 值下的 550 纳米，从而实现双激发比值成像。由于 mt-Keima 能在酸性环境中保持荧光且具有抗溶酶体降解的特性，它已被用于检测哺乳动物细胞和组织中的线粒体自噬。然而，由于 mt-Keima 双激发比值成像的特点，其激发峰会随着发射光谱的重叠而逐渐变化。361,363 光谱重叠使得线粒体自噬的解读变得复杂。此外，使用 mt-Keima 小鼠模型进行分析需要新鲜切片并立即观察组织，因此无法同时检测组织中经过免疫标记的感兴趣细胞的线粒体自噬情况。

Mito-QC 是一种带有 mCherry-GFP 标签的荧光标记物，与 mt-Keima 类似，对 pH 值敏感。它与外膜锚定蛋白 FIS1 的跨膜结构域相融合。363 当含 Mito-QC 的线粒体（mCherry 和 GFP 均呈阳性）被运输至溶酶体后，mCherry 能够耐受酸性 pH 值，而 GFP 在酸性条件下会被淬灭。因此，仅含 mCherry（GFP 阴性）的焦点表明发生了线粒体自噬。值得注意的是，Mito-QC 连接到外膜的细胞质一侧，且 GFP-mCherry 融合体易受蛋白酶体攻击。经 CCCP 处理后，外膜标记物基本消失，再加上 EGFP 和 mCherry 之间可能存在荧光共振能量转移（FRET），这表明 FIS1 标签可能不适合用于监测线粒体自噬。363 尽管 mt-Keima 和 Mito-QC 目前是流行的线粒体自噬探针，但由于其不可避免的缺陷，它们难以用于临床检测线粒体自噬流量。最近，一种新开发的线粒体自噬探针 mito-SRAI 能够检测固定和活细胞样本中的线粒体自噬流量，并已被用于体外高通量筛选治疗性线粒体自噬诱导剂。364Mito-SRAI 是一种定位于线粒体基质的 TOLLES-YPet 荧光蛋白，对溶酶体环境具有抗性。无论线粒体自噬活性如何，TOLLES 均保持完整，而 YPet 则会被线粒体自噬有效降解，从而能够对 FRET 测量进行定量。由于 Mito-SRAI 具有良好的荧光和生化特性，其发现将极大地加速线粒体自噬调节剂的研究，并且甚至可能为线粒体自噬通量的临床检测带来巨大希望。

目前针对线粒体自噬的疗法正在进行或刚刚完成临床试验，旨在改善线粒体自噬并缓解线粒体功能障碍。尿石素 A 是一种首创的天然化合物，可在体内和体外诱导线粒体自噬。尿石素 A 可激活线粒体自噬以改善神经炎症并延缓衰老。365,366 目前正在招募患者的尿石素 A 免疫健康临床试验（NCT05735886）。白藜芦醇是一种具有抗氧化特性的天然多酚化合物。367 已证实其可通过调节线粒体自噬在多种疾病中发挥作用，并已在不同临床试验中进行了广泛测试（NCT02123121、NCT04449198、NCT03728777、NCT02245932）。更多临床研究总结在表 3 中。总体而言，直接调节线粒体自噬的临床试验较少，且大多数临床试验中的线粒体自噬诱导剂具有多效性，其机制尚不明确。了解如何特异性地靶向线粒体以调节线粒体自噬以及如何特异性检测线粒体自噬通量，可能会为线粒体自噬诱导剂靶向治疗在临床试验中的应用带来突破。

表 3 针对线粒体自噬和线粒体功能的临床试验

结论与展望 

由于线粒体功能障碍是许多疾病的根源，线粒体自噬目前是一个迅速发展的领域。近年来，在细胞层面上对于线粒体自噬在何种特定条件下被激活以及其激活机制的理解取得了显著进展。线粒体自噬在多种疾病中的重要性已得到充分证实。然而，线粒体自噬要复杂得多，会因代谢状态、应激条件以及组织发育阶段的不同而有所变化。由多种途径介导的线粒体自噬表现出平行性、替代性和功能冗余性。关于不同线粒体自噬途径之间的相互作用、不同生理和病理条件下不同线粒体自噬受体的时空调节规律以及线粒体自噬成分在体内的作用等问题仍然存在，有待解决。一种可行的方法是研究缺乏单个或多个线粒体自噬受体的不同生物体，用各种条件刺激它们，并将其与遗传疾病模型杂交，以了解在生理或病理条件下特定途径的作用。此外，随着体内模型与各种荧光报告探针的近期发展，对活体组织中线粒体自噬的研究已成为可能。利用不同的模型来研究自噬能够为线粒体自噬机制的研究提供不同的视角和可靠的方法。将疾病动物模型与体内线粒体自噬成像系统相结合，有助于揭示疾病的病因和进展，并促进转化研究。

目前，将线粒体自噬机制研究转化为有效的靶向药物方面仍存在差距。在体外触发线粒体自噬的经典常见方法是通过化学试剂诱导线粒体膜电位去极化。目前大多数线粒体自噬诱导剂仍是线粒体解偶联剂或线粒体毒素，存在诸多局限性。最重要的是，线粒体自噬调节剂的临床疗效尚未完全确立。随着新技术和人工智能的发展，新的线粒体自噬调节剂的发现可以基于天然产物的发现、特定靶蛋白的合理药物设计以及表型筛选。深度学习和更好地利用现代检测技术将有利于未来对各种线粒体自噬调节剂的研究和验证。尽管关于线粒体自噬仍有许多未解之谜，但我们相信这些问题能够得到解决，针对线粒体自噬的治疗对于目前尚无有效疗法的疾病来说是一种很有前景的治疗方法。

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