MFN2

*仅供医学专业人士阅读参考骨骼是肺癌、前列腺癌、乳腺癌等多种癌症的常见转移部位。一旦肿瘤在骨骼扎根，便几乎无法治愈，并常常伴随骨痛、病理性骨折、神经压迫综合征等骨骼病症，最终导致患者死亡。 不过，抵抗肿瘤，骨骼并非坐以待毙。古有燕太子丹遣使臣荆轲，图穷匕见刺秦王；骨有骨细胞遣通讯兵线粒体，泄露线粒体DNA（mtDNA）引爆肿瘤细胞。 浙江大学的叶招明、高俊杰以及上海交通大学的张长青等人的最新研究揭示，骨细胞通过与肿瘤细胞架起隧道纳米管（TNT）将线粒体送去，这个过程由线粒体外膜上的蛋白质Miro1和MFN2介导。骨细胞的线粒体打入敌方后，释放mtDNA到肿瘤细胞的细胞质中，从而激活cGAS/STING通路、增强肿瘤免疫原性，吸引免疫细胞前来杀伤[1]。论文于近日发表在《科学·进展》期刊上。 论文截图 以我们对线粒体的固有印象，线粒体作为能源工厂应该老老实实待在细胞里。但近些年越来越多的证据指出，线粒体其实也是一名“通讯兵”，奔波于细胞之间负责信息传导。细胞间的线粒体转移在正常生理和病理条件下都会发生，与组织损伤、炎症甚至肿瘤进展的调节相关。 在之前的工作中，研究团队便揭示，正常的骨细胞能够将自己的线粒体，通过细胞间相连接的树突网络结构转移给邻近代谢应激的骨细胞，并恢复其代谢功能。论文于2019年发表在《科学·进展》期刊上[2]。 活细胞成像显示，树突网状结构中的线粒体（标记为绿色）动态向邻近细胞迁移没想到，危急关头，骨细胞会派线粒体去对付入侵的肿瘤细胞。 此次研究中，为描述骨细胞在Lewis肺癌骨转移过程中的作用，研究团队构建骨细胞特异性消除小鼠模型。结果显示，与对照组小鼠相比，骨细胞缺失的小鼠肺癌在骨骼中转移进展加快，表明骨细胞在骨转移微环境中担负着家园守护者的职责。 于是，研究团队迫不及待地将这一发现与之前的研究成果相结合，看看是不是线粒体参与其中。 通过染色和共聚焦成像，他们观察到，在肺癌细胞转移过程中，骨骼里接受骨细胞线粒体转移的细胞中，有78.52%为肿瘤细胞，其它细胞类型还有巨噬细胞、单核细胞、T细胞或自然杀伤细胞、成纤维细胞。 进一步研究发现，骨细胞与肿瘤细胞之间连接有隧道纳米管（TNT），在线粒体外膜上的蛋白质Miro1和MFN2的作用下，骨细胞的线粒体通过隧道纳米管转移至肿瘤细胞。 骨细胞把线粒体（绿色标记）转移给肿瘤细胞骨细胞为何主动把线粒体送去给外来侵入的肿瘤细胞？ 来者不善！线粒体原来是去刺杀肿瘤细胞的。 细胞质，不是双链DNA该出现的地方，这会引发细胞启动损伤相关分子模式（DAMP）。而研究团队发现，骨细胞的线粒体转移进入肿瘤细胞后，在其自身线粒体膜蛋白BAX的作用下，会故意释放粒体DNA（mtDNA）到肿瘤细胞的细胞质中。 由于骨细胞来源的线粒体在细胞质中恶意抛洒mtDNA，肿瘤细胞的cGAS/STING通路被激活。cGAS/STING通路激活后，肿瘤细胞的免疫原性增强，释放IFN-I、cGAMP、细胞因子等，从而吸引自然杀伤细胞、树突状细胞、巨噬细胞、T细胞，促使免疫细胞对肿瘤细胞进行杀伤。 机制图 在Lewis肺癌小鼠模型实验中，如果通过沉默骨细胞中Miro1或者MFN2的表达抑制线粒体转移，会促进肺癌骨转移，并将“热”肿瘤转移为“冷”肿瘤。 具体来看，与对照组相比，Miro1或者MFN2缺失表达的小鼠肿瘤体积更大、肿瘤重量更重，发生溶骨性病变，转移后骨小梁体积和数量减少；几种关键炎症因子减少，免疫细胞浸润减少。 抑制线粒体转移会促进肺癌骨转移除此之外，研究团队还发现，MFN2表达水平随小鼠年龄增加而减少。对比年轻小鼠（2个月大）、中年小鼠（6个月大）、年老小鼠（18个月大），可以观察到骨细胞与肿瘤细胞之间的线粒体转移随年龄增长持续下降，且肺癌在骨骼中的转移进展加快。 值得注意的是，此前有研究表明，年龄引起的骨骼微环境变化，不仅会导致骨细胞数量和正常功能减少，还会促进休眠癌细胞的重新激活。研究团队的这一发现，或许能从线粒体转移的角度对此进行解释。年龄增长后线粒体转移减少 ，骨细胞难以阻挡肺癌骨转移的进展总之，研究团队发现，骨细胞派遣线粒体转移到肿瘤细胞，释放自身mtDNA到细胞质中以制造混乱，激活肿瘤细胞的cGAS/STING通路，从而增强肿瘤免疫原性、抑制肺癌的骨转移进展。 未来的研究将深入调查线粒体是否可作为癌症骨转移的可治疗靶点，并探索线粒体的抗肿瘤计谋是否还存在于骨骼以外的转移部位。参考文献：[1]https://www-science-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1126/sciadv.adi4298[2]Gao J, Qin A, Liu D, Ruan R, Wang Q, Yuan J, Cheng TS, Filipovska A, Papadimitriou JM, Dai K, Jiang Q, Gao X, Feng JQ, Takayanagi H, Zhang C, Zheng MH. Endoplasmic reticulum mediates mitochondrial transfer within the osteocyte dendritic network. Sci Adv. 2019 Nov 20;5(11):eaaw7215. doi: 10.1126/sciadv.aaw7215.本文作者丨张艾迪

关注并星标CPHI制药在线          外泌体是一种由细胞分泌的囊泡，广泛存在于血液、尿液、唾液、乳汁等多种体液中，其粒径为30~150 nm。近年来，随着对细胞结构的了解逐渐深入，人们发现外泌体在很多生理病理活动中起着重要作用，如免疫中抗原呈递、肿瘤的生长与迁移、组织损伤的修复等。一般认为，外泌体的形成经历早期内体的膜内陷、多囊泡体的形成、囊泡的释放分泌等系列过程。外泌体可包裹供体细胞的生物分子，以及含有一些外泌体共有的特征物质，常见的外泌体装载物包括脂类、四跨膜蛋白家族（如CD9、CD63、CD81）、主要组织相容性复合体、生长因子、黏附蛋白、热休克蛋白、核酸等。其中，四跨膜蛋白家族、热休克蛋白等常作为外泌体的标志物用于其提取分离和分析鉴定。       外泌体包含的多种生物分子，如蛋白质、脂质、 DNA、mRNA 和miRNA 等，这些物质基础使得其在生物医学应用中备受关注。外泌体可作为疾病诊断的生物标志物，不同细胞分泌的外泌体具有不同的组成成分和功能，因此，外泌体广泛存在且易于查找，具有极好的研究前景，利用外泌体进行疾病的无创检测诊断是一种有望实现且大有裨益的重要手段。外泌体中含有多种类型的蛋白质，包括膜蛋白和胞浆蛋白，这些蛋白在一定程度上可以反映出细胞的功能和状况。目前，已发现多种外泌体蛋白可以作为疾病诊断的潜在标志分子，如肝病、肾病、脑疾病、神经系统疾病和癌症等。       01肝脏疾病肝硬化期、原发性肝癌（HCC）早期和HCC晚期的浆液性外泌体数量显著高于正常肝脏。相关研究表明外泌体在早期发现 HCC方面具有重要意义。血清外泌体中的miR-155 与肝硬化的进展和肝硬化的临床预后指标密切相关，表明富含 miR-155 的外泌体可作为肝纤维化诊断和进展的非侵入性生物标志物。在CCl4诱导的肝纤维化小鼠模型中，脂多糖处理的巨噬细胞外泌体高表达miR-500 能通过抑制MFN2促进肝星形细胞活化和肝纤维化。因此，血清外泌体的miR-500也可作为肝纤维化的生物标志物。也有实验表明，小鼠或人肝星状细胞外泌体中的microRNA-214 对结缔组织生长因子的表观遗传调控导致了肝细胞癌变。研究发现肝癌患者血清外泌体中miR-1247-3p的高表达与肿瘤肺转移呈正相关。       在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）患者的血清外泌体中，其miR-122-5p、miR-1290、 miR-27b-3p、miR-192-5p、miR-148a-3p 和miR-99a-5p表达明显上调。其中，miR-122-5p 的上调最为显著，诊断NAFLD的敏感性高达93.4%。研究报道，9种外泌体miRNA（miR-34a、miR-192、miR-27b、miR-122、miR-22、miR21、miR-197、miR-30c和miR-16）与非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的严重程度相关。其中，miR-34a、miR-192和miR-122与非酒精性脂肪性肝炎（NASH）相关，miR-30c与肝纤维化相关。血清中miR-34a 和 miR-122的水平较高，并且miR-122、miR-192和 miR-27b可高度准确地预测NAFLD的发生发展。此外，与药物性肝损伤患者相比，miR-192、miR-27b、miR-22、miR-197和miR-30c对NAFLD 表现出较好的特异性。在NAFLD诊断的特异性和敏感性方面，多外泌体miRNA的联合检测具有更好的诊断价值。       02肾脏疾病研究发现血清及尿液外泌体中miR-93-5p的表达与肾小管间质损伤相关。尿液中miR-29c的表达水平随肾纤维化的进展而降低，尿液外泌体中的miR-29c可能是肾间质纤维化（RIF）的指标。有学者在尿外泌体中发现高水平表达的miR-19b-3p与糖尿病肾病患者肾小管间质炎症的严重程度相关。也有研究发现，与健康对照相比，肾病患者的尿外泌体mRNA-CD2AP表达下调，并且与肾功能和肾纤维化严重程度相关。在慢性肾病（CKD）患者的尿液外泌体中，miR-29和miR-200 家族的表达水平显著下调。在尿液外泌体中，miR-29c的表达水平可用于反映肾功能和组织学纤维化程度。表明miR-29c是一种新的无创性肾纤维化标志物。       03脑疾病研究发现，血清外泌体miR-24可以反映腔隙性脑梗死患者颈动脉斑块硬化的严重程度，对预测老年患者进展性腔隙性脑梗死的发生具有较高的价值。研究数据表明，miR-454-3p可以作为神经胶质瘤外泌体生物标志物，并可能被开发成神经胶质瘤的新疗法。有学者通过研究发现，相较于对照组，急性缺血性脑卒中患者的血清外泌体miR-9和miR-12的表达水平显著提高，血清外泌体miR-9和miR-12可作为诊断急性缺血性脑卒中和评估。       04神经系统疾病研究表明，重症肌无力患者（眼肌型和全身型）的外泌体miR-1224-5p表达显著升高，其中全身型尤其显著。表明miR-1224-5p的相对表达量与重症肌无力定量评分（QMGS）呈正相关研究表明，血浆外泌体miRNA miR-342-3p可能成为阿尔茨海默症诊断的标志物。研究发现阿尔茨海默症（AD）患者外周血中外泌体miR-135a和miR-384的水平均上调，而miR-193b的水平下调。外周血和脑脊液中的外泌体miRNA有望成为诊断AD的潜在生物标志物。研究报道，与健康对照组相比，帕金森病（PD）患者脑脊液外泌体中的miR-1和miR-19b-3p表达下调，而miR-153、miR-409-3p和miR-10a-5p的表达上调，表明miRNA19b、 miRNA195 和miRNA24可作为PD诊断的潜在候选生物标志物，具有特异性和敏感性。       05癌症疾病外泌体携带的 DNA、RNA、蛋白质和代谢产物通过自分泌和旁分泌影响受体细胞，从而在肿瘤的发生、发展、免疫、耐药等方面起到重要作用。研究表明，对外泌体的分析可有助于肿瘤的诊断。如，胰导管癌（PDAC）和结直肠癌（CRC）患者的循环外泌体中磷脂酰肌醇蛋白聚糖 1（GPC1）的水平相对于健康对照组明显偏高。研究报道，胶原蛋白反应介导蛋白2（CRMP-2）可在结肠腺癌细胞系Colo205和SW480分泌的外泌体中检出，并可以此为基础进一步区分CRC 患者和正常人。此外，通过检测尿液中的前列腺特异性膜抗原适体的阳性外泌体，可以进行前列腺癌的诊断、提高效率。有学者开发了一种可以分析外泌体中37 种肺癌相关蛋白水平的细胞外阵列技术。该方法可基于10 μL 血浆样本的检测以区分非小细胞肺癌患者与健康个体，准确率达75%。外泌体中的膜蛋白和miRNA 可以作为胰腺癌早期监测和预后监察的生物标志物，有助于降低胰腺癌的死亡率。有学者构建了一种基于适配体的纳米平台，通过检测尿液中的前列腺特异性膜抗原（PSMA）阳性的外泌体，以进行前列腺癌的诊断。       随着外泌体研究的不断深入，对外泌体的结构特征、基本成分、生物发生、形态特征和细胞间功能等方面的研究也越来越深入。通过对外泌体的分析，越来越多的肿瘤相关生物标志物被发现，如HER2、EpCAM、MUC1、CA125、PTK7和PSA。基于新发现的外泌体标记蛋白，实现了对不同来源细胞外泌体的识别和检测，丰富了外泌体的高效分离和分析方法，为外泌体在癌症诊断和治疗中的应用奠定了坚实的基础。但是，外泌体的生物发生、分泌、 靶细胞摄取和功能尚未完全揭示。外泌体能否在适当的环境中生长、分裂，或参与信号转导机制和是否具有自主生化反应等，尚待确定。现有的外泌体分离技术还有待进一步完善，目前的主要挑战在于实现高含量、低损伤、高回收率的同时实现高通量的外泌体分离。外泌体分析技术面临的挑战是外泌体表面靶标的选择和外泌体来源的识别。       参考资料       [1]彭文瑾;吴格格;李莉.外泌体与疾病检测诊断的研究进展[J].科学咨询(科技·管理),2023,(06):142-147.       [2]周郁斌.外泌体及其诊断治疗应用[J].广东医科大学学报,2022,40(05):481-485+491.       [3]王煜彤;侯诗源;吕云华;马瑞雪;刘梓谕;吴兴安;刘蓉蓉.外泌体分离检测方法的研究进展[J].空军军医大学学报,2022,43(06):641-645.       智药研习会12月线上课程报名金笔奖征文开启，速来投稿参与！来源：CPHI制药在线声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼点击阅读原文，进入智药研习社~

代谢适应性对于T细胞的活力至关重要，而这在很大程度上取决于线粒体的行为。肿瘤浸润的T细胞内线粒体行为的性质尚不清楚。2023年9月22日，中山大学韩辉，高嵩和北京大学白凡共同通讯在Science Immunology（IF=25）在线发表题为“Mitochondria-ER contact mediated by MFN2-SERCA2 interaction supports CD8+ T cell metabolic fitness and function in tumors”的研究论文，该研究展示了线粒体融合素-2（MFN2）的表达与多种癌症的预后呈正相关。在CD8+ T细胞中遗传消融Mfn2抑制了线粒体代谢和功能，促进了肿瘤的发展。在肿瘤浸润的CD8+ T细胞中，MFN2通过与内质网嵌入的Ca2+-ATP酶SERCA2相互作用，促进线粒体所需的高效线粒体Ca2+流入，增强了线粒体-内质网（ER）接触。MFN2刺激了SERCA2的ER Ca2+回收活性，从而防止过多的线粒体Ca2+积累和细胞凋亡。通过增加CD8+ T细胞中的MFN2来提高线粒体-ER接触，可以提高癌症免疫疗法的效果。因此，该研究揭示了一个调节肿瘤浸润的CD8+ T细胞代谢适应性的缓冲机制，并突显了通过增加MFN2表达以优化T细胞功能的治疗潜力。尽管在癌症免疫疗法中广泛应用了采用肿瘤反应性肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）的移植和免疫检查点阻断（ICB），但耐久和完全的治疗反应仅在临床病例的一小部分中观察到，尤其是在固体恶性肿瘤中。T细胞在肿瘤微环境（TME）内失去效应细胞功能是T细胞免疫疗法失败的主要原因之一。新出现的证据强调了代谢适应性在编程T细胞功能和命运方面的重要性。与肿瘤细胞的营养竞争限制了TILs的代谢能力，有助于免疫逃逸。异常的线粒体表型，包括减少的总质量和活性氧（ROS）水平、增加的去极化和碎片化形态，是疲劳的CD8+ TILs的特征。在TME内低血糖条件下，通过脂肪酸氧化（FAO）驱动的氧化磷酸化（OXPHOS）对TILs的效应功能和生存至关重要。通过矫正TILs的线粒体表型来进行代谢重塑是加强T细胞免疫疗法的临床疗效的有前途的策略。线粒体融合素（MFNs）是负责线粒体融合的类似动力蛋白三磷酸酶（GTPases），这是增强OXPHOS能力的基本事件。哺乳动物有两种MFNs，MFN1和MFN2，它们在序列相似性上共享80%的相似性，并在催化线粒体外膜融合方面存在一定程度的冗余。在体外，MFN2的脂质体系结效率高于MFN1，而MFN2介导线粒体（mito）-内质网（ER）的连接，尽管其基本机制仍然存在争议。Mito-ER接触使ER到线粒体的Ca2+流动成为可能，这是激活Krebs循环的关键酶以调控线粒体腺苷5'-三磷酸（ATP）产生的必要过程。总体而言，MFN2通过控制线粒体行为而充当代谢中枢。MFN2的突变或异常表达与多种人类疾病的发病有关，包括神经肌肉疾病、心脏代谢性疾病和癌症。在肿瘤微环境内，CD8+ T细胞在被激活后表现出MFN2的上调，并与更好的效应功能、氧化磷酸化（OXPHOS）和患者生存率相关。线粒体动力学在不同激活和功能状态的CD8+ T细胞的代谢特征中起着关键作用。线粒体融合在记忆CD8+ T细胞中受到青睐，用于细胞分化和生存。在患有明显肾细胞肾癌（ccRCC）的患者的CD8+ TILs中观察到了干扰的线粒体融合。CD8+ TILs中的线粒体去极化和线粒体自噬引发了疲劳表型。平衡的线粒体动力学对肿瘤浸润的自然杀伤细胞（NK细胞）和巨噬细胞的重要性也已经得到证明。在体外模型中，强化效应T细胞中的线粒体融合会导致记忆T细胞特性，并促进抗肿瘤能力。通过磷脂酰肌醇-3-激酶δ/γ（PI3Kδ/γ）抑制剂duvelisib治疗，可以增加CD8+ 嵌合抗原受体T细胞中的MFN2表达，从而增强其细胞毒性和干细胞性。Mito-ER接触对于记忆CD8+ T细胞的快速召回反应至关重要。最近的研究表明，亚油酸通过增强mito-ER接触来增强CD8+ T细胞的代谢适应性和抗肿瘤活性。然而，关于CD8+ TILs中线粒体融合的性质知之甚少。此外，CD8+ TILs中mito-ER接触的功能和调节机制也尚未被充分了解。该研究发现MFN2介导mito-ER接触以维持线粒体Ca2+稳态，从而促进CD8+ TILs的代谢适应性和效应功能。通过增加CD8+ T细胞中的MFN2以增强mito-ER接触，可以改善癌症免疫疗法的疗效。文章来源“iNature”责编|文竞择校对|文竞择End往期精选围观历史性突破！不需卵子和精子就可以合成人类胚胎热文富豪用儿子血浆“回春”科学吗？Science：血液牛磺酸缺乏驱动衰老热文世界首例！35岁的她，通过机器人操刀移植的子宫，成功诞下宝宝热文为了避免心脏骤停，53岁的他成为“第一个”植入开创性除颤器的心脏病患者热文首次披露！175家生物制药公司的薪资数据：薪资中位数达20万美元点击“阅读原文”，了解更多~