《Frontiers in Immunology》：Mitochondrial transplantation ameliorates experimental autoimmune encephalomyelitis by modulating the Th17/Treg balance and restoring metabolic homeostasis
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这篇综述性研究探讨了线粒体移植作为一种创新疗法，在实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE，一种多发性硬化症（MS）模型）中的应用。研究表明，静脉输注健康线粒体不仅能改善疾病临床评分、减轻脊髓炎症和脱髓鞘，还能通过恢复免疫细胞（特别是调节性T细胞（Treg）和辅助性T17细胞（Th17））的代谢稳态，重塑Th17/Treg免疫平衡，抑制纤维化，并调节肠道菌群。该研究为同时靶向免疫失衡和代谢功能障碍的MS治疗策略提供了新思路。
线粒体移植在实验性自身免疫性脑脊髓炎中的治疗作用与机制探究
引言
多发性硬化症（MS）是一种以中枢神经系统（CNS）脱髓鞘为特征的慢性自身免疫性疾病。目前的治疗主要针对免疫调节，但在阻止神经变性或促进修复方面疗效有限，尤其是在以轴突损伤和线粒体功能障碍为主的进展型MS中。线粒体是负责通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生ATP、调节钙稳态、细胞凋亡和活性氧（ROS）生成的关键细胞器。在MS和EAE中，免疫细胞（如致病性Th17细胞和调节性Treg细胞）的命运和功能与其代谢状态密切相关。Th17细胞依赖糖酵解，而Treg细胞偏好线粒体OXPHOS以维持免疫耐受。线粒体功能障碍会导致炎症通路持续激活和免疫耐受失败。因此，线粒体移植作为一种有前景的策略，不仅可能提供组织完整性保护，还可能通过恢复代谢稳态和重编程免疫细胞表型带来系统性益处。
材料与方法
研究使用7周龄雄性C57BL/6小鼠，通过髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG35–55）肽段免疫诱导EAE模型。线粒体从L6大鼠骨骼肌细胞中分离，通过尾静脉每周一次给小鼠注射。评估指标包括临床评分、脊髓组织学（H&E和LFB染色）、脾脏和脊髓中免疫细胞亚群（通过流式细胞术分析Th17和Treg细胞）、线粒体活性标志物（TOM20、TFAM、PINK1的免疫组化）、纤维化标志物（iNOS、COL1A1、α-SMA、纤维连接蛋白、细胞表面波形蛋白（CSV））以及肠道微生物群组成（16S rRNA测序）。此外，从复发缓解型多发性硬化症（RRMS）患者分离的外周血单个核细胞（PBMCs）与线粒体共培养，以检测ATP产生、线粒体ROS水平和T细胞分化。
结果
1. 线粒体移植减轻EAE疾病进展和脊髓病理
与媒介物处理的EAE组相比，接受线粒体移植的小鼠临床评分显著降低，疾病严重程度得到抑制。血清中MOG特异性IgG水平和脾细胞中线粒体ROS（通过MitoSOX检测）均显著下降。脊髓组织学分析显示，线粒体移植组炎症细胞浸润和脱髓鞘程度均显著减轻。
2. 线粒体移植促进调节性T细胞分化并抑制Th17应答
在脾脏中，线粒体移植组Th17（CD4+IL-17+）细胞频率显著降低，而Treg（CD4+CD25+FOXP3+）细胞频率显著增加。在脊髓组织中，免疫荧光染色结果一致，显示线粒体移植减少了Th17细胞的浸润，同时增加了Treg细胞的浸润，表明疗法在全身和病灶局部均能重塑Th17/Treg平衡。
3. 线粒体移植增强脊髓中线粒体活性
免疫组化分析显示，线粒体移植显著增加了脊髓病灶中关键线粒体生物合成和质量控制标志物（TOM20、TFAM和PINK1）的表达。同时，促炎细胞因子IL-17和TNF-α的表达显著降低。这表明移植不仅提供了外源性线粒体支持，还可能激活了内源性的线粒体生物发生和质量控制系统，并抑制了局部神经炎症。
4. 线粒体移植抑制脊髓损伤中的纤维化标志物
线粒体移植显著降低了脊髓中诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、胶原蛋白1A1（COL1A1）和α平滑肌肌动蛋白（α-SMA）的表达。同时，免疫荧光染色显示，纤维连接蛋白和CSV阳性细胞数也显著减少。这些结果表明，线粒体疗法能有效抑制病理性的纤维化反应和胶质瘢痕形成。
5. 线粒体移植改变肠道菌群组成
对粪便微生物群的分析表明，线粒体移植虽然未显著改变总体α多样性，但基于Bray-Curtis距离的主坐标分析（PCoA）显示处理组与对照组形成了独立的集群，表明菌群整体结构发生了显著改变。具体而言，处理组中与健康肠道功能相关的毛螺菌科（Muribaculaceae）相对丰度增加，而与促炎环境相关的乳杆菌科（Lactobacillaceae）、瘤胃菌科（Ruminococcaceae）和芽孢杆菌纲（Bacilli）等分类群丰度降低。
6. 线粒体转移增强MS患者免疫细胞中Treg分化
在体外实验中，用MTDR预标记的线粒体能被MS患者的PBMCs有效内化。共培养后，患者细胞的ATP含量和合成增加，线粒体ROS水平降低。流式细胞术分析显示，Th17细胞频率被抑制，而Treg细胞分化增加。细胞因子检测进一步证实，培养上清中IL-17水平下降，而抗炎细胞因子IL-10水平上升。这表明线粒体移植能够修复MS患者免疫细胞的代谢缺陷，并促使其从促炎状态向调节状态转变。
讨论
本研究揭示了线粒体移植在调节EAE模型免疫应答、减轻炎症和保护组织完整性方面的潜力。其有益效果在输注后3-5天内显现，并持续整个22天观察期。静脉注射分离的线粒体降低了疾病严重程度，这与脊髓内炎症和脱髓鞘减少相关，并伴有MOG特异性IgG和线粒体ROS产生减少。疗法重塑了Th17/Treg平衡，增加了Treg细胞并减少了Th17细胞。脊髓中线粒体标志物表达上调提示线粒体功能和生物合成增强，同时促炎细胞因子表达下降。
在中枢神经系统中，线粒体对于维持轴突运输、突触传递和神经元存活至关重要。线粒体功能障碍会破坏轴突能量稳态和钙调节，导致轴突变性和继发性脱髓鞘。通过外源性线粒体补充恢复功能，可能重建局部生物能量稳定，减少ROS积累，从而减轻轴突损伤。这可能是本模型中观察到的髓鞘保护和抗炎效应的机制。
EAE中促炎Th17细胞和Treg细胞之间的失衡导致了免疫失调。线粒体在调节Treg和Th17细胞平衡中起着关键作用，这两种细胞的分化和功能与细胞代谢途径密切相关。Th17细胞主要依赖糖酵解，而Tregs依赖OXPHOS和脂肪酸氧化（FAO）。本研究中观察到的免疫调节与这种代谢重编程一致。
纤维化是进展型MS的一个标志，过度的瘢痕形成限制了组织修复。线粒体移植降低了α-SMA和COL1A1等纤维化标志物，这可能通过恢复电子传递链效率和清除过量ROS来实现。降低的ROS水平保护线粒体DNA免受损伤，维持细胞稳态，为轴突修复和髓鞘再生创造了更有利的环境。
肠道微生物群与粘膜细胞（包括上皮细胞和免疫细胞）的线粒体之间存在通信。本研究中观察到的线粒体移植后肠道菌群组成的变化，暗示了线粒体功能与肠道微生物组之间存在潜在的相互作用。Muribaculaceae等有益菌的增加和潜在致病菌的减少，可能通过肠-脑轴贡献于疗法的组织保护和免疫调节效应。
结论
该研究证明，线粒体移植能有效调节EAE模型的免疫反应、恢复线粒体动力学、并减轻炎症和纤维化。通过同时解决免疫失衡和结构性损伤，线粒体移植可能成为治疗多发性硬化症等自身免疫性疾病的一种有前景的策略。进一步了解线粒体在MS发病机制中的作用，可能为旨在保护神经元完整性和功能的治疗干预提供潜在途径。
