线粒体（mitochondrion）是一种存在于大多数细胞中的、由两层膜包被的细胞器，是细胞中制造能量的结构，也是细胞进行有氧呼吸的主要场所，被称为"power house"。除了为细胞供能外，线粒体在钙稳态、caspase依赖性细胞凋亡启动、细胞应激反应、血红素生物合成、硫代谢和胞质蛋白降解中也起着重要的作用。

而线粒体相关的研究近年来也愈发受到国自然的青睐，2023年国自然申请中线粒体相关的研究项目中标接近600项，主要涉及到线粒体自噬、线粒体动力学、线粒体代谢、线粒体损伤等研究方向。

今天，小编总结了线粒体损伤的相关研究内容分享给大家，之所以选择线粒体损伤是小编在查询线粒体损伤的中标题目时发现，线粒体损伤很容易跟国自然大热的细胞死亡的各种表型例如铁死亡、细胞炎症死亡等搭上关系，可以让我们在细胞死亡相关表型的“内卷”研究中脱颖而出。

线粒体损伤的基本机制包括线粒体DNA (tDNA)的损伤和线粒体膜损伤。

氧化应激的激活，产生过多的氧自由基，除了引起碱基配对错误、碱基位点的修饰和链的断裂使mtDNA损伤外,还使细胞及线粒体膜脂质过氧化，导致线粒体功能障碍，ATP生成减少，钙泵失活使细胞内钙增多，激活磷脂酶活性，使膜磷脂分解，造成膜通透性改变和跨膜电位的变化，导致蛋白质的释放并造成线粒体自身以及细脑的功能障碍，细脱色素C从线粒体释放到细胞浆，导致细胞的凋亡或死亡。

接下来先给大家分享一篇最近发表在Immunity上细胞焦亡和线粒体损伤的文献：

细胞焦亡（pyroptosis）是一种依赖Gasdermin蛋白家族质膜打孔引发的新型细胞炎性程序性死亡，是机体免疫系统对抗外源病原菌入侵的主要手段之一，亦是近几年肿瘤免疫治疗领域研究新热点。线粒体是细胞死亡、分化、增殖及免疫反应中心枢纽，既往研究报道过GSDMD/E介导的细胞焦亡早期伴随线粒体损伤发生，但其具体分子机理及作用机制尚未可知。

11月14日，中国科学院上海免疫与感染研究所刘星研究员与哈佛大学Judy Lieberman教授及同济大学张鹏教授团队合作在Immunity发表题为Gasdermin D permeabilization of mitochondrial inner and outer membranes accelerates and enhances pyroptosis的封面文章，首次揭示并报道GSDMD介导线粒体损伤的分子机制，并进一步系统阐明其在细胞焦亡信号放大及增强机体抗感染/抗肿瘤免疫应答过程中的关键作用。

文章要点：

1）为探究线粒体在细胞焦亡中的作用，研究人员首先用脂多糖（LPS）+尼日利亚菌素（Nigericin）处理单核巨噬细胞，发现在焦亡发生早期线粒体会发生去极化，同时活化的GSDMD-NT会转位至线粒体并在其膜上成孔，导致线粒体膜通透。

2）进一步通过对线粒体膜电位变化、ROS产生及细胞死亡统计分析发现，GSDMD导致的线粒体功能障碍发生于细胞死亡之前，且线粒体缺陷会显著降低细胞焦亡诱导。

3）进一步机制研究表明： 细胞焦亡早期GSDMD-NT会首先转位至线粒体，并且在细胞膜成孔之前，造成线粒体损伤；该过程依赖心磷脂从线粒体内膜（IMM）翻转至外膜（OMM），且不依赖介导细胞凋亡的BAX、BAK蛋白和线粒体通透性转换孔等；体外实验揭示GSDMD-NT可直接损伤线粒体。

4）GSDMD介导的线粒体损伤诱导3'端-5'端的核酸外切酶PNPT1释放入胞质，引发广泛的mRNA降解以加重细胞焦亡发生、放大下游炎性反应；最后，研究人员揭示线粒体损伤增强细胞焦亡诱导的机体抗肿瘤免疫应答。

综上，该研究首次系统阐明细胞焦亡早期GSDMD诱导线粒体损伤的关键分子机制及其在细胞焦亡过程中的关键“不可逆转性”及“信号放大”功能。该研究揭示了一种新型由Gasdermin成孔蛋白介导的线粒体细胞死亡通路，也为病原体感染及肿瘤等相关疾病的预防/治疗提供了新的思路与靶点。

我们知道，焦亡，凋亡，程序性死亡都是炎症性死亡，下面再跟大家分享一篇线粒体损伤和炎症小体相关的研究文献：

炎症小体是一类将病原体识别、细胞损伤和GSDMD介导的细胞焦亡以及IL-1β驱动的炎症反应联系在一起的多聚蛋白复合物。遗传因素、衰老以及代谢紊乱均可以驱动慢性炎症小体活化，从而导致多种炎症性疾病。

今年年初，来自德国University of Bonn的Eicke Latz研究组在Nature Immunology上发表题为Mitochondrial damage activates the NLRP10 inflammasome的文章，就NLRP家族成员之一NLRP10所形成炎症小体的活化机制以及重要功能进行了深入研究。

文章要点：

1) 作者发现，在角质细胞和巨噬细胞中，m-3M3FBS和毒胡萝卜素（thapsigargin）、SMBA1等其它几个分子可以诱导线粒体损伤，进而活化NLRP10和AIM2炎症小体。线粒体损伤活化NLRP10炎症小体，从而导致ASC聚集成斑以及caspase-1依赖的细胞因子分泌。

AIM2炎症小体同样可以通过检测细胞质中的线粒体DNA来感应线粒体损伤，而NLRP10则是通过线粒体DNA非依赖的方式来调控线粒体完整性的，这一事实说明NLRP10可以感应到损伤的细胞器其它分子。NLRP10在人类高度分化的角质细胞中高表达，而角质细胞中同样可以装配炎症小体。

2)NLRP10突变与特应性皮炎（atopic dermatitis）发病具有相关性。有趣的是，之前有工作指出，特应性皮炎相关突变会产生NLRP10的R243W错义突变。

通过NLRP10报告系统，作者发现R243W突变可以导致一类功能丧失表型，与D249N类似。因此，NLRP10以及NLRP10炎症小体很可能起到抵御和修复皮肤炎症的作用，这也说明在生理条件下，NLRP10很可能可以释放促进皮肤稳态的因子，并且感应颗粒层（stratum granulosum）的变化刺激。

3)在生理条件下，NLRP10表达于角质细胞和心肌细胞（cardiomyocytes）中。这些细胞类型常常暴露于不同的无菌和微生物刺激中，显示了多种上游信号可以汇总为一类共同的信息，从而活化NLRP10。

在皮肤上，共生菌、入侵致病菌、紫外线以及环境中的化学物质均有可能导致线粒体损伤和NLRP10活化。与之相对的是，心肌细胞并不会遭遇上述刺激因素，但细胞内部因素，比如氧化压力，同样可以影响线粒体完整性以及NLRP10活化状态。

4)特应性皮炎相关的NLRP10突变并不能启动炎症小体活化。因而作者未来需要回答的问题是NLRP10炎症小体活化是如何参与特应性皮炎的病理进程的。因为颗粒层的NLRP10阳性角质细胞在生理学死亡后会形成一层角质化上皮（cornified epithelium）保护层，作者还计划探讨这一过程是否需要NLRP10参与。

综上所述，该工作说明NLRP10可以起到监控线粒体完整性的作用，这项工作同样也有利于提升对线粒体相关炎症性疾病的认知。

最后再跟大家分享一下线粒体损伤的检测方法：

(1)线粒体形态学变化检测方法：电镜观察线粒体形态变化；光光度法和钙离子荧光探针 FLUO-2/AM 及荧光分光光度法测定线粒体肿胀及游离离子的含量。

(2)mtDNA 缺失突变的检测方法:包括聚合链式反应(PCR)和核酸杂交(Southem Blot)。

(3)线粒体渗透性转换孔枪测方法:有膜片钳技术法、活性物质标记法、分光光度法等。

(4) 膜中位的检测方法:可使用荧光染料罗丹明 123(RH123作为线粒体膜电位的标记物来测定线粒体膜电位；还可以采用 JC-1 作为检测膜电位的探针来检测细胞、组织或者纯化的线粒体膜电位的变化；以及膜片钳技术采用记录膜上各种离子电流的活动情况，也可以用于评价线粒体膜电位的变化。

(5)胞内 ROS 测定：包括化学发光法、荧光探针、电子自共振和分光光度法。

       (6)ATP 检测：主要采用生物荧光技术，该法是根据荧光素、荧光素酶在 ATP 作用下，发生荧光反应，利用荧光光度计检测其发光强度的一种方法。