线粒体治疗在线粒体相关疾病治疗中的应用及展望
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关键词：细胞器 移 植；线 粒 体 治 疗；线 粒 体 疾 病；机 制；线 粒 体；线粒体传递
线粒体是哺乳动物细胞内重要的“工厂”，能生产 ＡＴＰ 和多种生物合成中间体。同时，其作为细胞生理功能网络中 的一个重要节点，能参与 到 许 多 细 胞 生 理 生 化 过 程 中，如 Ｃａ２＋稳态、凋亡、胞内信号传导等。因此，线粒体功能障碍可 以引发包括神经退行性病变和代谢性疾病在内的一系列疾 病。通过保护和恢复线粒体的功能，可以使细胞恢复正常功 能并延缓疾病进程［１］。然而，在线粒体疾病的发生发展过程 中，线粒体往往受到了不可逆的损伤，所以线粒体保护剂或 稳定剂的作用非常有限。此外，也有许多研究表明线粒体在 肿瘤的形成与发生过程中具有十分重要的作用，针对线粒体 治疗癌症也成为了目前的一个研究热点。
尽管已经观察到了外源线粒体可直接进入细胞这一事 实，但这种现象的可靠性依旧引起了很大争议，甚至有部分 文献报道在共孵育过程中无法检测到分离的线粒体进入细 胞［６］。近年来，随着显微镜观测技术的进步和发展，已有多 个实验室报道能够观察到线粒体可直接、快速地进入体外培 养的细胞。例如，Ｋｉｔａｎｉ等 通 ［７－８］ 过红色荧光蛋白 ＤｓＲｅｄ和 绿色荧光蛋白 （ｇｒｅｅｎｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｐｒｏｔｅｉｎ，ＧＦＰ）对 线 粒 体 进 行荧光标记，随 后 将 荧 光 标 记 的 线 粒 体 与 被 破 坏 了 线 粒 体 ＤＮＡ（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌＤＮＡ，ｍｔＤＮＡ）的 细 胞 进 行 共 孵 育，结 果 表明线粒体可以被该细胞摄取并恢复细胞的活力，其作用可 以持续数日。我们实验室将从人肝癌细胞 ＨｅｐＧ２中提取的 线粒体与人神经母细胞瘤 ＳＨＳＹ５Ｙ细胞进行共孵育，结果 证实 ＨｅｐＧ２线粒体可以进入 ＳＨＳＹ５Ｙ细胞，见 Ｆｉｇ１［９］。以 上结果均证实了外源线粒体可直接进入另一细胞。
目前，已有多个实验室观察到，线粒体可以在不同细胞间 进行转移，这种现象被命名为线粒体传递（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｔｒａｎｓ ｆｅｒ）［２］。同时，我们实验室的研究结果以及许多文献表明，分 离纯化的线粒体可快速、直接进入到哺乳动物细胞中，并在受 体细胞内正常地发挥自身的功能。这种向体内外细胞中进行 线粒体传 递 的 方 法，被 称 为 线 粒 体 移 植 （ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｔｒａｎｓ
中国药理学通报 ＣｈｉｎｅｓｅＰｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｌｌｅｔｉｎ ２０１８Ａｐｒ；３４（４）：４５９～６３
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网络出版时间：２０１８－３－２８９：２７ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３４．１０８６．Ｒ．２０１８０３２７．１５４２．０１０．ｈｔｍｌ
Ｆｉｇ１ ＭｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｅｎｔｅｒｅｄＳＨＳＹ５Ｙ ｃｅｌｌｓ Ａ：ＥｘｏｇｅｎｏｕｓｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｗｅｒｅｐｒｅｓｔａｉｎｅｄｗｉｔｈＭｉｔｏｔｒａｃｋｅｒＲｅｄ ＣＭＸＲｏｓ；Ｂ：Ｅｘｏｇｅｎｏｕｓｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｗｅｒｅｉｓｏｌａｔｅｄｆｒｏｍ ｐＣＭＶ／ｍｉｔｏ／ ＧＦＰｔｒａｎｓｄｕｃｅｄＨｅｐＧ２ｃｅｌｌｓ．
线粒体治疗在线粒体相关疾病治疗中的应用及展望
张华菁，赵孟楠，付 琛，付爱玲
（西南大学药学院，重庆 ４００７１５）
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－１９７８．２０１８．０４．００５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－１９７８（２０１８）０４－０４５９－０５ 中国图书分类号：Ｒ０５；Ｒ３２９２４；Ｒ５８９９０５ 摘要：线粒体是哺乳动物细胞中供应能量、维持胞内稳态等 多种功能的细胞器。目前已知有上百种疾病与线粒体功能 缺陷有关。研究 表 明，外 源 线 粒 体 可 直 接 进 入 哺 乳 动 物 细 胞，并可通过局部注射或静脉注射快速转移到动物或人体细 胞内。线粒体治疗 （ｍｉｔｏｔｈｅｒａｐｙ）是 通 过 将 正 常 有 功 能 的 线 粒体移植到具有线粒体缺陷的细胞中，从而对相关疾病进行 防治的新策略。移植的线粒体在受体细胞内可发挥能量生 成、维持自由基平衡、恢复细胞活力等功能。由于目前对线 粒体相关疾病尚缺乏有效的治疗方法，线粒体治疗将为其防 治提供一个新的途径。
ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）［３］。而使用线粒体作为治疗药物，通过移植线粒体 以替换细胞内原有的缺陷线粒体，从而恢复细胞内正常的线 粒体功能的方法，被称为线粒体治疗（ｍｉｔｏｔｈｅｒａｐｙ）。该方法 为线粒体相关疾病的治疗提供了一条具有潜力的新途径。 １ 外源线粒体能够直接进入体外培养的细胞 １９８２年，Ｃｌａｒｋ等［４］从 耐 受 氯 霉 素 的 细 胞 中，提 取 纯 化 出含有抗氯霉素基因的线粒体，并将该线粒体与对氯霉素敏 感的细胞共孵育 ２周，结果发现原本对氯霉素敏感的细胞表 现出了对氯霉素抗性。这证明外源线粒体能够进入细胞并 发挥作用。此外，该实验还提示外源线粒体可能是通过内吞 作用进入细胞。令人遗憾的是，该实验结果一直未能引起关 注。直至 ２００７年，Ｋａｔｒａｎｇｉ等［５］将小鼠肝脏线粒体与缺乏线 粒体 ＤＮＡ的人非小细胞肺癌 Ａ５４９细胞（Ａ５４９ρ０ｃｅｌｌｓ）共 孵育，结果表明，异源的鼠线粒体可进入到线粒体缺陷的人 细胞中，并且可以明显恢复后者的呼吸功能。
收稿日期：２０１８－０１－１５，修回日期：２０１８－０２－２４ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ８１２７３４１６） 作者简介：张华菁（１９９１－），女，硕士生，研究方向：生物化学和分子
生物学，Ｅｍａｉｌ：ｓｕｍｍｅｒｅｎｄ９１１２１０＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ； 付爱玲（１９７３－），女，博士，教授，博士生导师，研究方向： 神经药理学、生物化学和分子生物学，通讯作者，Ｔｅｌ／Ｆａｘ： ０２３６８２５１２２５，Ｅｍａｉｌ：ｆｕａｉｌｉｎｇ１００８＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
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中国药理学通报 ＣｈｉｎｅｓｅＰｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｌｌｅｔｉｎ ２０１８Ａｐｒ；３４（４）
线粒体是哺乳动物细胞内重要的“工厂”，能生产 ＡＴＰ 和多种生物合成中间体。同时，其作为细胞生理功能网络中 的一个重要节点，能参与 到 许 多 细 胞 生 理 生 化 过 程 中，如 Ｃａ２＋稳态、凋亡、胞内信号传导等。因此，线粒体功能障碍可 以引发包括神经退行性病变和代谢性疾病在内的一系列疾 病。通过保护和恢复线粒体的功能，可以使细胞恢复正常功 能并延缓疾病进程［１］。然而，在线粒体疾病的发生发展过程 中，线粒体往往受到了不可逆的损伤，所以线粒体保护剂或 稳定剂的作用非常有限。此外，也有许多研究表明线粒体在 肿瘤的形成与发生过程中具有十分重要的作用，针对线粒体 治疗癌症也成为了目前的一个研究热点。
尽管已经观察到了外源线粒体可直接进入细胞这一事 实，但这种现象的可靠性依旧引起了很大争议，甚至有部分 文献报道在共孵育过程中无法检测到分离的线粒体进入细 胞［６］。近年来，随着显微镜观测技术的进步和发展，已有多 个实验室报道能够观察到线粒体可直接、快速地进入体外培 养的细胞。例如，Ｋｉｔａｎｉ等 通 ［７－８］ 过红色荧光蛋白 ＤｓＲｅｄ和 绿色荧光蛋白 （ｇｒｅｅｎｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｐｒｏｔｅｉｎ，ＧＦＰ）对 线 粒 体 进 行荧光标记，随 后 将 荧 光 标 记 的 线 粒 体 与 被 破 坏 了 线 粒 体 ＤＮＡ（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌＤＮＡ，ｍｔＤＮＡ）的 细 胞 进 行 共 孵 育，结 果 表明线粒体可以被该细胞摄取并恢复细胞的活力，其作用可 以持续数日。我们实验室将从人肝癌细胞 ＨｅｐＧ２中提取的 线粒体与人神经母细胞瘤 ＳＨＳＹ５Ｙ细胞进行共孵育，结果 证实 ＨｅｐＧ２线粒体可以进入 ＳＨＳＹ５Ｙ细胞，见 Ｆｉｇ１［９］。以 上结果均证实了外源线粒体可直接进入另一细胞。
目前，已有多个实验室观察到，线粒体可以在不同细胞间 进行转移，这种现象被命名为线粒体传递（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｔｒａｎｓ ｆｅｒ）［２］。同时，我们实验室的研究结果以及许多文献表明，分 离纯化的线粒体可快速、直接进入到哺乳动物细胞中，并在受 体细胞内正常地发挥自身的功能。这种向体内外细胞中进行 线粒体传 递 的 方 法，被 称 为 线 粒 体 移 植 （ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｔｒａｎｓ
中国药理学通报 ＣｈｉｎｅｓｅＰｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｌｌｅｔｉｎ ２０１８Ａｐｒ；３４（４）：４５９～６３
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网络出版时间：２０１８－３－２８９：２７ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３４．１０８６．Ｒ．２０１８０３２７．１５４２．０１０．ｈｔｍｌ
Ｆｉｇ１ ＭｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｅｎｔｅｒｅｄＳＨＳＹ５Ｙ ｃｅｌｌｓ Ａ：ＥｘｏｇｅｎｏｕｓｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｗｅｒｅｐｒｅｓｔａｉｎｅｄｗｉｔｈＭｉｔｏｔｒａｃｋｅｒＲｅｄ ＣＭＸＲｏｓ；Ｂ：Ｅｘｏｇｅｎｏｕｓｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｗｅｒｅｉｓｏｌａｔｅｄｆｒｏｍ ｐＣＭＶ／ｍｉｔｏ／ ＧＦＰｔｒａｎｓｄｕｃｅｄＨｅｐＧ２ｃｅｌｌｓ．
线粒体治疗在线粒体相关疾病治疗中的应用及展望
张华菁，赵孟楠，付 琛，付爱玲
（西南大学药学院，重庆 ４００７１５）
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－１９７８．２０１８．０４．００５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－１９７８（２０１８）０４－０４５９－０５ 中国图书分类号：Ｒ０５；Ｒ３２９２４；Ｒ５８９９０５ 摘要：线粒体是哺乳动物细胞中供应能量、维持胞内稳态等 多种功能的细胞器。目前已知有上百种疾病与线粒体功能 缺陷有关。研究 表 明，外 源 线 粒 体 可 直 接 进 入 哺 乳 动 物 细 胞，并可通过局部注射或静脉注射快速转移到动物或人体细 胞内。线粒体治疗 （ｍｉｔｏｔｈｅｒａｐｙ）是 通 过 将 正 常 有 功 能 的 线 粒体移植到具有线粒体缺陷的细胞中，从而对相关疾病进行 防治的新策略。移植的线粒体在受体细胞内可发挥能量生 成、维持自由基平衡、恢复细胞活力等功能。由于目前对线 粒体相关疾病尚缺乏有效的治疗方法，线粒体治疗将为其防 治提供一个新的途径。
ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）［３］。而使用线粒体作为治疗药物，通过移植线粒体 以替换细胞内原有的缺陷线粒体，从而恢复细胞内正常的线 粒体功能的方法，被称为线粒体治疗（ｍｉｔｏｔｈｅｒａｐｙ）。该方法 为线粒体相关疾病的治疗提供了一条具有潜力的新途径。 １ 外源线粒体能够直接进入体外培养的细胞 １９８２年，Ｃｌａｒｋ等［４］从 耐 受 氯 霉 素 的 细 胞 中，提 取 纯 化 出含有抗氯霉素基因的线粒体，并将该线粒体与对氯霉素敏 感的细胞共孵育 ２周，结果发现原本对氯霉素敏感的细胞表 现出了对氯霉素抗性。这证明外源线粒体能够进入细胞并 发挥作用。此外，该实验还提示外源线粒体可能是通过内吞 作用进入细胞。令人遗憾的是，该实验结果一直未能引起关 注。直至 ２００７年，Ｋａｔｒａｎｇｉ等［５］将小鼠肝脏线粒体与缺乏线 粒体 ＤＮＡ的人非小细胞肺癌 Ａ５４９细胞（Ａ５４９ρ０ｃｅｌｌｓ）共 孵育，结果表明，异源的鼠线粒体可进入到线粒体缺陷的人 细胞中，并且可以明显恢复后者的呼吸功能。
收稿日期：２０１８－０１－１５，修回日期：２０１８－０２－２４ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ８１２７３４１６） 作者简介：张华菁（１９９１－），女，硕士生，研究方向：生物化学和分子
生物学，Ｅｍａｉｌ：ｓｕｍｍｅｒｅｎｄ９１１２１０＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ； 付爱玲（１９７３－），女，博士，教授，博士生导师，研究方向： 神经药理学、生物化学和分子生物学，通讯作者，Ｔｅｌ／Ｆａｘ： ０２３６８２５１２２５，Ｅｍａｉｌ：ｆｕａｉｌｉｎｇ１００８＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
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中国药理学通报 ＣｈｉｎｅｓｅＰｈａｒｍａｃｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｌｌｅｔｉｎ ２０１８Ａｐｒ；３４（４）