一项最新研究发现，富含健康线粒体的囊泡可以显著增强组织修复并对抗慢性疾病，为下一代再生疗法铺平了道路。
在最近发表于《科学进展》（Science Advances）的一项研究中，研究人员报告了一种新机制，其中富含线粒体的细胞外囊泡（命名为“Ti-mitoEVs”）将其功能性线粒体货物转移到受损细胞中，可能逆转能量需求组织中的损伤和疾病。研究还表明，高强度间歇训练（HIIT）在小鼠中增加了Ti-mitoEV的分泌，表明这些囊泡在组织稳态和修复中具有生理作用。
研究结果显示，小鼠骨骼肌来源的Ti-mitoEVs在急性肌肉损伤和慢性肾病模型中显著减少了炎症并促进了组织修复。机制研究表明，这些益处是由于线粒体生物发生增加，为再生医学建立了一个有前景的新型治疗平台。虽然非线粒体囊泡（mitoEVs）（线粒体含量较低的囊泡）在减少炎症方面也显示出一定益处，但Ti-mitoEVs在促进组织修复和恢复线粒体功能方面明显更有效。
背景
线粒体（mt）是我们细胞的能量工厂，产生所有正常生理功能所需的能量。线粒体损伤会触发细胞能量短缺，导致严重的心脏、肾脏和肌肉组织损伤。恢复线粒体功能是一个紧迫且时间敏感的优先事项，但几十年的研究仍未产生可靠的治疗方法。
目前的临床政策涉及使用小分子药物，如Q10（抗氧化辅酶）和白藜芦醇（Sirt1激活剂），通过线粒体活性氧（mtROS）减轻氧化应激等有害结果。然而，这些药物缺乏组织特异性，并且通常生物利用度差。虽然线粒体移植听起来是一个合理且明显的治疗方法，但其在当前医疗系统中实施的物流和免疫复杂性仍然过高。
最近的再生医学研究旨在满足恢复线粒体功能的需求，同时绕过线粒体移植的局限性。越来越多的证据正在研究细胞外囊泡（EVs）的潜力，这些微小的膜结合囊泡是细胞自然用于传递分子货物的特殊药物递送系统。该研究还显示，肌肉来源的Ti-mitoEVs与间充质干细胞（MSC）来源的EVs相比，具有更高的产量和改进的功能性。
关于研究
本研究假设如果从能量需求高的来源（如骨骼肌）直接分离出富含健康功能性线粒体的EVs，并转移到线粒体损伤部位，这些EVs可能会成为一种有效的天然组织修复工具。
为了验证这一假设并分离富含线粒体的EVs，研究人员从健康的C57BL/6小鼠（雄性，年龄= 6-8周）中收获骨骼肌。这些肌肉被消化以分解细胞外基质并使用胶原酶IV和分散酶释放囊泡。然后采用多步差速超速离心协议，根据相对重量分离（沉淀）囊泡部分。
此外，在部分实验中使用了尺寸排阻色谱法（SEC）纯化，以确保分离的Ti-mitoEVs的特异性，并排除共分离污染物的影响。
透射电子显微镜（TEM）用于视觉识别含有高浓度“组织来源线粒体丰富细胞外囊泡（Ti-mitoEVs）”的部分。线粒体蛋白浓度使用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）进行定量。长距离聚合酶链反应（PCR）分析和MitoTracker Deep Red染料测定用于确定mtDNA的数量和覆盖范围，并评估其功能完整性。
最后，使用人肾（HK-2）细胞进行体外治疗效果估计，并使用C57BL/6小鼠进行体内治疗效果估计。具体而言，使用Seahorse XF分析仪（测量细胞耗氧量）估计Ti-mitoEVs对HK-2细胞的疗效，而通过注射蛇毒诱导的急性肌肉损伤和通过叶酸诱导的慢性肾病（CKD）的小鼠疾病模型在囊泡给药后监测其健康变化。生物分布研究表明，系统给药的Ti-mitoEVs会归巢到受损肾脏并与肾细胞共定位。
研究结果
差速超速离心协议识别出一个低重力力（2,000g至30,000g）的部分，其中富含Ti-mitoEVs。TEM图像证实了这些发现，指出该部分的线粒体含囊泡比任何其他分离部分都多得多。令人印象深刻的是，LC-MS/MS测定与长距离PCR显示，Ti-mitoEVs携带的mtDNA比高离心力分离物多约663倍，并且最重要的是，显示了完整的mtDNA基因组覆盖。
体外实验揭示，Ti-mitoEVs成功地将线粒体货物传递给受损的人类肾细胞，共聚焦显微镜实时可视化这一过程（囊泡与受体细胞融合并释放其mtDNA）。值得注意的是，Seahorse XF测定显示，这种“捐赠”（转移）显著提高了受体细胞的生物能量能力，提高了最大和ATP连接的呼吸（p < 0.05）。观察到Ti-mitoEV治疗有助于恢复由过氧化氢诱导的氧化应激引起的mtDNA水平的损伤。
动物实验的结果更为显著，蛇毒诱导的急性肌肉损伤模型显示组织损伤和免疫细胞浸润显著减少，而CKD模型显示肾纤维化和炎症显著减少。
免疫组织化学染色证实了这些发现，与未治疗对照组相比，治疗组肌肉显示出更高水平的线粒体生物发生标记物（TFAM和TOM20），表明肌肉能量机械的积极重建。受损的肾细胞也显示出线粒体质量和功能的恢复。
作者强调，为了临床转化，未来的工作应澄清Ti-mitoEVs的具体细胞来源，进一步优化分离和储存协议，并严格确保生物安全和质量保证。
结论
本研究展示了一种新型再生医学方法：使用组织来源的囊泡将健康的、功能性线粒体传递给受损细胞。它验证了该过程在逆转急性肌肉损伤和CKD方面的可行性和有效性，跨越了体外（人类）和体内（小鼠）模型。
这项工作代表了一种稳健的概念验证，为利用体内细胞间传递系统进行自我修复的新一类治疗药物奠定了基础。未来的研究所应确定这些强效囊泡的具体细胞来源，并确认该疗法在更大动物模型中的疗效，然后再应用于人类再生医学。
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