《Mitochondrion》：Exogenous mitochondrial transfer alleviates neurodegeneration in Parkinson’s disease model by improving mitochondrial function
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本研究首次证实外源性线粒体（Mito）可通过修复线粒体功能并整合调节神经炎症和铁死亡通路，有效改善帕金森病（PD）模型中神经元损伤及运动协调障碍，为PD治疗提供新策略。
余思|穆罕默德·阿比德·海亚特|倪英银|张静文|郭涛|曹玉迪|洪彦成|左浩|孙欣|李铮|陈波|贾婉|王勇|胡家博
中国江苏省无锡市无锡大学附属医院医学创新与转化研究所再生医学与组织工程研究中心，邮编214200
摘要
帕金森病（PD）是第二常见的与线粒体功能障碍相关的神经退行性疾病。近期研究表明，细胞间的线粒体转移是自然发生的，并且可以有效缓解线粒体功能障碍。在本研究中，研究人员提取了功能性外源线粒体（Mito），并将其应用于体外和体内的PD模型，探索了Mito对受损神经元的治疗效果。观察发现，在体外PD模型中，Mito改善了细胞形态，细胞存活率从25.06%提高至42.44%（p < 0.001），同时通过JC-1红/绿荧光比值的增加（201%）增强了细胞内的线粒体活性（p = 0.02）。进一步分析表明，Mito的神经保护作用可能通过调节神经炎症和铁死亡途径来实现。体内PD模型的结果显示，Mito使旋转测试中的运动协调能力提高了71%（p < 0.01），并减轻了抑郁样行为，蔗糖偏好增加了13.4%（p < 0.001）；组织学检查显示Nissl染色脑切片中存在神经保护作用，线粒体功能显著恢复（31.6%（p = 0.01））。本研究首次证明Mito能够进入PD细胞模型，在体内和体外环境中修复神经元和线粒体损伤，转录组分析揭示了与神经炎症和铁死亡相关的关键分子途径的参与。这为PD的治疗提供了新的见解和策略，并为未来的临床医学研究奠定了基础。
引言
帕金森病（PD）是第二常见的神经退行性疾病，平均发病年龄约为70岁。PD可分为家族性和散发性类型，其中绝大多数为散发性。其病因复杂且尚未完全明了（Poewe等人，2017；Macleod等人，2018；Blauwendraat等人，2020；Ben-Shlomo等人，2024；Trevisan等人，2024；Menozzi和Schapira，2025）。PD的主要病理变化是黑质中多巴胺能神经元的退化和死亡，导致纹状体中的多巴胺（DA）含量显著减少，从而引发疾病。重要的是，PD现在被认为是一种由多种相互关联的病理过程驱动的复杂疾病，包括神经炎症、氧化应激、兴奋性毒性和表观遗传失调，这些因素共同破坏了蛋白质稳态和基因表达（Naren等人，2023）。有效的PD治疗方法仍然迫切需要。目前的治疗手段无法阻止疾病进展，更无法治愈它，长期用药往往会导致一系列副作用（Leta等人，2023）。
线粒体功能障碍被认为直接导致神经元自主死亡（Bose和Beal，2016）。PD患者的死后脑样本也显示出氧化损伤的证据（Pichla等人，2020）。线粒体生物能功能障碍——尤其是电子传递链和线粒体复合体I（MCI）的损伤——使神经元容易受到氧化应激和能量耗竭的影响（Tryphena等人，2023）。在这种压力下，活性氧（ROS）的增加会损害线粒体成分，引发PD中常见的氧化损伤和炎症（Rajan等人，2023）。这一过程还受到线粒体功能障碍与神经炎症途径之间相互作用的影响；例如，与线粒体损伤相关的分子模式可以激活NLRP3炎性体，从而维持神经炎症反应（Khot等人，2022）。
此外，许多实验结果表明，修复线粒体功能障碍是治疗PD的有效策略（Xi等人，2018；Jang等人，2019；Rakshit等人，2023；Wang等人，2023）。最近的研究发现了几种在PD中失调的线粒体相关miRNA，这些miRNA可以在脑脊液（CSF）和血清等生物流体中检测到，这突显了它们作为诊断生物标志物的潜力，并进一步强调了线粒体在PD发病机制中的核心作用（Tryphena等人，2023）。然而，目前尚未确定有效的治疗策略和特定目标来修复PD神经元中的受损线粒体（Miozzo等人，2022）。因此，使用完整的、健康的线粒体替换可能因各种机制而受到可逆或不可逆损伤的PD神经元中的受损线粒体，可能是一种潜在的治疗策略。我们的初步研究表明，神经干细胞的细胞外分泌物含有大量线粒体成分，并在PD模型中表现出治疗效果（Ni等人，2022）。
星形胶质细胞具有高代谢活性，为神经元提供支持和营养。它们的功能包括调节血脑屏障、清除神经递质以及提供能量和抗氧化保护（Ioannou等人，2019）。在生理条件下，星形胶质细胞通过多种机制将线粒体运输到神经元，这种吸收外来线粒体的方式对神经元的修复和存活起着重要作用（Hayakawa等人，2016）。这为线粒体移植策略提供了重要支持。此外，越来越多的证据表明，健康细胞向受损细胞间的线粒体转移在共培养过程中具有显著的治疗效果（Zaninello和Bean，2023）。细胞移植代表了细胞间线粒体转移临床转化的可行策略。然而，为了提高治疗效果，直接分离和将功能性外源线粒体（Mito）输送到受损神经元中可能是一种更精准和高效的方法。
因此，本研究假设Mito的转移可以通过恢复线粒体功能和调节关键病理途径来有效缓解PD模型中的神经元损伤。为了验证这一假设，研究人员提取了Mito并将其转移到体外和体内的PD模型中，以评估其对受损神经元和线粒体的影响。结果表明，Mito成功进入了PD细胞模型，并在体外和体内均表现出显著的神经保护和线粒体保护作用。转录组分析进一步表明了神经炎症和铁死亡途径的参与。这些结果提供了新的机制见解，并支持线粒体转移作为PD新型治疗策略的潜力。
Mito的制备和表征
为了确保提取的Mito的完整性和功能性，首先使用Mito-Tracker Red CMXRos染色方法评估了线粒体膜电位。结果显示，大部分提取的Mito保留了其膜电位。然而，与明场图像相比，一些Mito在提取过程中失去了膜电位（图1A-B）。Mito的表面电位约为?40 mV（图1C）。此外，分离出的Mito的纯度……
讨论
先前的研究一致表明，针对线粒体的疗法在缓解6-OHDA诱导的PD模型中的有害效应方面具有潜力（Kim等人，2024；Li等人，2023；Que等人，2021；Wang等人，2021；Si等人，2024）。越来越多的证据表明，线粒体功能障碍在PD的进展中起着关键作用，线粒体基因组的损伤是其中的一个因素（Fonseca Cabral等人，2021）；这表明……
结论
总之，本研究成功证明了Mito可以显著减轻PD模型中的神经元和线粒体损伤。此外，从星形胶质细胞向受损神经元转移线粒体以补偿其功能损失已成为一种潜在的治疗方法。这种方法为PD的治疗提供了新的见解和策略，并为未来的临床医学研究奠定了基础（图11）。
细胞
细胞（大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤PC12，iCell-r024；大鼠脑星形胶质细胞CTX，iCell-r007；小鼠海马神经元HT-22，iCell-m020；小鼠小脑星形胶质细胞C8D1A，iCell-m100，iCell Bioscience Inc.，上海，中国）在添加了10%胎牛血清（FBS）的Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM）中培养，并在CO2培养箱中孵育。当细胞汇合率达到90%时，用0.25%胰蛋白酶消化细胞，然后通过轻轻吸管收集……
伦理批准
本研究得到了江苏省（镇江）伦理审查委员会的批准（批准编号：SCXK 2018-0012）。
CRediT作者贡献声明
余思：撰写——原始草稿、验证、数据整理。
穆罕默德·阿比德·海亚特：撰写——审阅与编辑。
倪英银：方法学。
张静文：方法学。
郭涛：方法学。
曹玉迪：洪彦成：左浩：资金获取。
孙欣：资金获取。
李铮：方法学。
陈波：方法学。
贾婉：方法学。
王勇：方法学。
胡家博：监督、资金获取、正式分析、概念构思。
资助
本研究得到了健康生物医学科技合作基金会（资助编号20200605）、镇江科技计划（社会发展项目SH2024015）、江苏省研究生研究与实践创新计划（KYCX23_3763）以及江苏省博士后基金（5361280460）的资助。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢江苏大学的张卫宁教授和王佳教授在动物实验中的帮助。
