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翻译：顾富丽
摘 要
脓毒症是一种严重的疾病，以全身炎症反应为特点，常导致多器官功能障碍和高死亡率。近年来，人们越来越认识到线粒体损伤在脓毒症进展中的重要作用。各种因素导致脓毒症期间线粒体损伤，包括活性氮/氧物质产生、线粒体吞噬抑制、线粒体动力学变化和线粒体膜通透性改变等机制。受损的线粒体通过触发关键信号通路，包括Toll样受体、NOD样受体和环GMP-AMP合酶介导的信号通路，参与塑造炎症环境。因此，人们尝试探索针对线粒体的治疗策略用于治疗脓毒症。本综述旨在深入探讨脓毒症期间线粒体功能障碍的复杂机制及其对免疫失调的关键影响。并且，重点介绍有前景的、已在临床前脓毒症模型中显示出治疗效果的靶向线粒体的治疗方法。
关键词：脓毒症、线粒体功能障碍、免疫反应、线粒体靶向治疗
为了强化对脓毒症和感染性休克的理解，欧洲重症监护医学学会和重症监护医学会工作组在2014年至2015年间引入了“Sepsis-3”这一概念。这一更新将脓毒症重新定义为对感染的炎症反应失调引起的危及生命的器官功能障碍。在4890万例报告病例中，有1100万人死于脓毒症，占2017年全球死亡人数的19.7%。在脓毒症管理中，对新治疗靶点的探究至关重要。
线粒体是主要的能量发生器，参与细胞过程，如维持氧化还原平衡、缓冲Ca2+和参与细胞凋亡。线粒体包含两层膜，即线粒体外膜（OMM）和线粒体内膜（IMM），形成基质和膜间空间（IMS）。线粒体呼吸链由定位在IMM内的五个复合物组成：复合物I、II、III、IV和V。复合物I-IV接收电子，在IMM上产生质子的电化学梯度，称为线粒体膜电位（ΔΨm）。这个ΔΨm被复合物V（F1F0 ATP合酶）用来驱动ATP的产生。 越来越多的证据表明，线粒体在脓毒症的发病机制中起着至关重要的作用。基础研究和临床研究相关数据都表明，脓毒症期间线粒体损伤增加。线粒体功能障碍是因线粒体受损后导致无法正常行使生理功能。线粒体不仅参与产生能量，而且在调节细胞代谢和多种细胞过程中起着关键作用。线粒体功能障碍会影响多种功能，包括能量缺乏、细胞功能和多种生物学途径的改变。在脓毒症环境下，受损的线粒体通过各种信号通路参与塑造炎症反应。线粒体靶向治疗的研究进展表明，改善线粒体质量可以改善脓毒症引起的炎症、器官衰竭和降低死亡率。因此，调节线粒体质量正成为脓毒症治疗的有前景的策略之一。 本文旨在探讨脓毒症线粒体功能障碍的复杂机制及其对免疫失调的深远影响。此外，我们强调了针对线粒体的有前景的干预措施，并且这些干预措施在临床前脓毒症模型中显示出了一定治疗效果。通过全面了解线粒体完整性和免疫反应之间的相互作用，我们致力于探索新的有效治疗方法，以降低脓毒症相关的发病率和死亡率。
脓毒症对免疫细胞和各种组织内的线粒体造成显著的压力，导致结构扭曲、潜在的损失和呼吸活动显著减少。本节探讨线粒体损伤的具体情况和潜在机制。线粒体损伤
尽管证据有限，但临床数据表明，脓毒症期间会发生线粒体功能障碍。例如，Japiassu及其同事证明，脓毒性休克患者的外周血单核细胞（PBMCs）的线粒体ATP合酶活性受损。Garrabou等人观察到，在没有休克或多器官衰竭（MOF）的脓毒症患者的外周血单核细胞中，呼吸复合物受到抑制，这表明线粒体损伤发生在先。并且，脓毒症患者的血小板中线粒体烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶（NADH）、复合物I、I/III和IV的活性较低。除了血细胞，脓毒症患者的肌肉组织中也有线粒体功能障碍和ATP耗竭的报道。在未存活的脓毒症患者中观察到严重的心脏损伤，心脏切片的组织学分析显示线粒体嵴紊乱（表1）。
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在动物模型中，盲肠结扎和穿刺（CLP）、内毒素/细菌给药和结肠上升支架腹膜炎（CASP）通常用于构建脓毒症模型。使用这些模型的研究支持了临床发现，突出了脓毒症对线粒体稳态的实质性影响（表1）。然而，如前所述，也存在相互矛盾的数据，在某些情况下线粒体活性没有变化甚至有所增加。脓毒症损伤的性质、脓毒症的严重程度、评估的时间和测量方法等变量可能会导致结果差异。此外，使用来自脓毒症组织的分离细胞或线粒体进行复杂活性测定时，可能无法准确反映体内线粒体状态。这个问题源于体外缺乏循环物质，如细胞因子，这些物质在调节线粒体呼吸中起着关键作用。例如，Boulos等人证明，与健康个体的血清相比，脓毒症患者的血清显著降低了内皮细胞线粒体呼吸功能，反应了脓毒症期间循环物质对线粒体功能的影响。 此外，标准化方法对线粒体功能的评估有着一定的影响。在之前的一项研究中，Fredriksson等人测量了脓毒症患者肋间肌线粒体中的复合物I活性，并观察到当与肌肉干重归一化时，复合物I的活性降低了60%。然而，当对柠檬酸合酶活性进行归一化时，没有发现差异。这是因为在脓毒症期间，柠檬酸合酶活性也下降了，强调了在此类分析中仔细考虑方法的重要性。
脓毒症期间的线粒体损伤受多种因素调节，包括活性氮物质（RNS）/活性氧物质（ROS）、线粒体吞噬、线粒体动力学和线粒体膜通透性等。在本节中，我们将研究这些因素在脓毒症环境中线粒体的调节作用。 线粒体损伤的必要的触发因素是一氧化氮（NO），这是一种由诱导型一氧化氮合酶（iNOS）产生的RNS。NO可以转化成其他活性氮，如亚硝酸盐（NO2−）和二氧化氮（NO2）（图1）。Escames等人使用CLP小鼠模型探索了iNOS在骨骼肌线粒体中的作用。他们观察到脓毒症期间线粒体呼吸复合物活性降低，同时iNOS表达升高。相比之下，iNOS缺陷小鼠没有表现出这种线粒体损伤。在LPS处理的小鼠的肝线粒体中也观察到了类似的观察结果。与此一致，一氧化氮合酶抑制剂可以减轻脓毒症血清诱导的线粒体呼吸抑制。这些数据共同表明，iNOS在脓毒症期间的线粒体损伤中起着至关重要的作用。![]()
脓毒症可促进ROS生成。超氧自由基（O2·−）来源于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NOX）和线粒体ETC。O2·−是不稳定的，可以转化为其他类型的ROS（图1）。另一方面，脓毒症期间抗氧化系统会下降。例如，保护细胞免受氧化应激的去乙酰化酶蛋白在脓毒症损伤后会减少。当ROS水平超过细胞抗氧化防御系统，导致脂质、蛋白质和核酸受损时，就会发生氧化应激。 从机制上讲， NO选择性结合复合物IV，与O2竞争双核CuB/细胞色素a3中心，导致复合物IV的可逆性抑制。虽然NO相对不具反应性，但它与ROS的反应会产生一系列更具反应性的衍生物。过氧亚硝酸盐（ONOO-）是一种剧毒衍生物（图1），可通过氧化对线粒体造成损伤，不可逆地抑制线粒体复合物I、CII、CIV、ATP合酶和几种关键酶。因此，RNS/ROS对线粒体呼吸具有严重的抑制作用，并在脓毒症期间导致线粒体损伤。 自噬是一种特殊形式的自我吞噬，选择性降解受损的线粒体（图2a）。
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受损的线粒体自噬阻止线粒体更新，导致功能失调的线粒体积聚。越来越多的证据表明，在炎症反应期间，免疫细胞会抑制自噬。Yu等人发现巨噬细胞中的Caspase-1在炎症小体激活时切割Parkin以抑制自噬。同样，Patoli等人在LPS/IFN-γ处理的巨噬细胞、CLP小鼠模型和脓毒症患者中发现了线粒体自噬被抑制，揭示了在炎症早期，PINK1降解依赖于半胱天冬酶1/11。此外，炎症诱导的pro-IL-1α可以与心磷脂相互作用，阻止其成为自噬受体。AMP活化蛋白激酶（AMPK）是自噬的调节因子，通过激活unc-51样自噬激活激酶1（ULK1）调节线粒体清除。据报道，TLR4信号传导可以阻止中性粒细胞和巨噬细胞中AMPK的激活。因此，AMPK活化不足可能是脓毒症中受损线粒体积聚的另一个原因。 有趣的是，自噬的激活也发生在免疫反应期间。Ip及其同事发现白细胞介素10（IL-10）通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR），促进巨噬细胞中线粒体自噬。此外，核因子κB（NFκB）通过诱导自噬受体p62的表达促进自噬。这种NF-κB-p62-吞噬途径作为一种自限性机制存在，可以防止过度炎症并维持稳态。Sestrin 2（SESN2）也在p62依赖性自噬中发挥作用。保持LPS激活可上调SESN2水平，SESN2与p62相互作用以促进其在线粒体上的聚集。此外，SESN2通过提高ULK1蛋白水平来激活自噬机制。总体而言，受损线粒体的积聚可能是由线粒体吞噬的正向和反向调节导致的。脓毒症中这些不同的自噬途径如何在时空上协调仍然是个谜。鉴于受损线粒体在促进免疫反应中的关键作用（将在稍后部分讨论），早期抑制线粒体吞噬可能促进功能失调的线粒体的积累，并有利于细菌防御，而晚期激活线粒体则提示细胞炎症的抑制和宿主恢复稳态。 与免疫细胞不同，脓毒症期间各种器官的整体有丝分裂吞噬作用增强。LPS处理的小鼠心脏样本显示线粒体数量和体积减少，这表明发生了线粒体的自噬性清除。LPS或CLP处理的小鼠肾组织的免疫印迹分析显示，与对照组小鼠相比，线粒体蛋白水平（TOM20和TIM23）降低，这为脓毒症引起的急性肾损伤期间诱导线粒体吞噬提供了大量证据。研究还表明，有丝分裂吞噬主要由PINK1/Parkin/OPTN通路介导。CLP或LPS处理的脓毒症小鼠肝脏中也有线粒体质量下降的报道。这些研究共同表明，脓毒症期间各个器官的自噬反应被增强。
（未完待续）
