宋銀娟，廖 軼，周向梅

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，北京 100193)

先天性免疫系統(tǒng)是機(jī)體抵御病原體感染的第一道防線。先天性免疫系統(tǒng)的模式識(shí)別受體(pattern-recognition receptors, PRRs)可識(shí)別病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)和損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMPs)，病原相關(guān)分子模式包括病原微生物的結(jié)構(gòu)組分、核酸以及蛋白質(zhì)等[1]。PRRs主要分為4個(gè)家族：Toll樣受體(toll-like receptors, TLRs)、NOD樣受體(NOD-like receptors, NLRs)、C型凝集素受體(C-type lectin receptors, CLRs)以及RIG-Ⅰ樣受體(RIG-Ⅰ like receptors, RLRs)[2-3]。配體結(jié)合可激活PRRs從而激活下游的炎性復(fù)合體、干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulatory factors, IRFs)、核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)及絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPKs)等信號(hào)，引起炎性細(xì)胞因子、趨化因子和Ⅰ型干擾素等的產(chǎn)生。近年來(lái)，研究表明線粒體與先天性免疫反應(yīng)之間存在串?dāng)_。

線粒體是動(dòng)態(tài)的、具有雙膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器，起源于15億～25億年前的一種古老的變形桿菌[4-6]。線粒體含有自己的遺傳物質(zhì)線粒體DNA，線粒體DNA是一種小的、雙鏈的環(huán)狀分子，可以編碼13種氧化磷酸化系統(tǒng)必需的蛋白亞基、2個(gè)核糖體RNA以及22個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，驅(qū)動(dòng)線粒體呼吸和ATP產(chǎn)生[7]。線粒體在細(xì)胞中執(zhí)行多種功能，是細(xì)胞的能量工廠。除產(chǎn)生能量外，它們?cè)诖x中的重要作用還包括氨基酸和脂肪酸代謝以及血紅素、激素和鐵硫團(tuán)簇的生物合成。此外，線粒體參與調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、鈣穩(wěn)態(tài)以及活性氧信號(hào)[8]。同時(shí)，線粒體被證明在宿主免疫反應(yīng)中有著多種作用，如發(fā)揮信號(hào)和效應(yīng)功能、促進(jìn)免疫細(xì)胞激活和抗菌防御，并在細(xì)胞和組織損傷時(shí)觸發(fā)炎癥反應(yīng)[9]。當(dāng)受到內(nèi)源性或外源性刺激時(shí)，線粒體會(huì)發(fā)生應(yīng)激，釋放線粒體DAMPs，如線粒體DNA、線粒體活性氧等進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞外環(huán)境[10]。線粒體DNA與細(xì)菌DNA相似，包含大量可被TLR受體識(shí)別的去甲基化CpG基序。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究證據(jù)表明，釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞外的線粒體DNA可通過(guò)激活細(xì)胞分子信號(hào)通路參與不同類(lèi)型的先天性免疫調(diào)節(jié)，在病原感染和炎癥性疾病中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。因此，本文就線粒體DNA自身的獨(dú)特性、線粒體DNA如何激活先天性免疫反應(yīng)以及其在病原感染和炎癥性疾病中的作用進(jìn)行討論。

1 線粒體DNA的獨(dú)特性

線粒體DNA自身具有的幾個(gè)獨(dú)特特征與其在先天性免疫反應(yīng)和炎癥中的作用有關(guān)。首先，每一個(gè)真核細(xì)胞中都存在成百上千的線粒體DNA，線粒體DNA的豐度以一種細(xì)胞類(lèi)型特異性的方式受到細(xì)胞嚴(yán)格調(diào)控，并且當(dāng)受到內(nèi)源性和外源性刺激時(shí)，線粒體DNA數(shù)量會(huì)發(fā)生變化，這與核DNA形成鮮明對(duì)比[11]。例如，人的骨骼肌和心肌細(xì)胞比神經(jīng)元細(xì)胞含有更多的線粒體DNA來(lái)滿足這些細(xì)胞更高的能量需求[12]。小鼠巨噬細(xì)胞在受到各種PAMPs(如脂多糖)刺激時(shí)會(huì)啟動(dòng)線粒體DNA的復(fù)制，激活含吡啶結(jié)構(gòu)域的Nod樣受體蛋白3(nod-like receptor pyrin domain containing 3，NLRP3)的炎性小體，從而引起促炎細(xì)胞因子的分泌和引發(fā)炎癥[13]。最新的研究發(fā)現(xiàn)牛分枝桿菌感染小鼠巨噬細(xì)胞后線粒體DNA拷貝數(shù)也會(huì)顯著增加[14]。這表明細(xì)胞線粒體DNA豐度的改變可能是一種真正的應(yīng)激反應(yīng)。其次，線粒體DNA除含有細(xì)菌核酸序列的殘基外，其甲基化方式也與核DNA不同，這使其看起來(lái)更像是外來(lái)的而不是自身的DNA。目前，對(duì)于線粒體DNA甲基化的精確程度(無(wú)甲基化或有一定程度的甲基化)、甲基化的本質(zhì)(CpG甲基化還是N6腺嘌呤甲基化)以及負(fù)責(zé)催化甲基化的酶的種類(lèi)尚未達(dá)成共識(shí)[15]。然而，雖然線粒體DNA甲基化的分子細(xì)節(jié)很重要，但無(wú)論甲基化程度是高是低、甲基化本質(zhì)為何，PRRs都可能識(shí)別線粒體DNA。第三，線粒體DNA僅編碼小于1%的線粒體蛋白，約99%的線粒體蛋白都是核DNA編碼的，這些蛋白包括參與維持線粒體結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的因子、線粒體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的介質(zhì)、線粒體代謝途徑的成分，甚至負(fù)責(zé)線粒體DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的酶[16]。第四，相對(duì)于核DNA, 線粒體DNA的修復(fù)機(jī)制是有限的。線粒體缺乏核苷酸切除修復(fù)和核DNA的其他修復(fù)機(jī)制。從能量和代謝的觀點(diǎn)來(lái)看，同一細(xì)胞中同時(shí)存在多個(gè)野生型線粒體DNA拷貝可以耐受線粒體DNA突變[17]。然而，突變或受損的線粒體DNA仍可被細(xì)胞內(nèi)的先天性免疫傳感器檢測(cè)到并激活炎癥[15]。第五，線粒體DNA轉(zhuǎn)錄和復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生的多種中間核酸種類(lèi)(如雙鏈RNA、無(wú)帽mRNA以及DNA:RNA雜合體)也被證明具有免疫刺激潛力[18]。線粒體DNA的獨(dú)特性使其更容易與PRRs結(jié)合，從而激發(fā)先天性免疫反應(yīng)，這也突顯了完整的線粒體膜在阻止健康細(xì)胞和組織中先天性免疫激活的重要屏障作用。線粒體作為高度敏感的細(xì)胞器，在各種類(lèi)型刺激作用下極易發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)，從而失去線粒體膜的完整性，使得線粒體DNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，被PRRs識(shí)別，最終引發(fā)先天性免疫反應(yīng)。這表明線粒體DNA可能作為病理?xiàng)l件下啟動(dòng)炎性反應(yīng)的中樞環(huán)節(jié)。

另外，線粒體DNA并不是裸露存在的，而是被線粒體DNA結(jié)合蛋白[如線粒體轉(zhuǎn)錄因子A(mitochondrial transcription factor A，TFAM)]包裝成擬核樣結(jié)構(gòu)。由于線粒體DNA與呼吸復(fù)合物產(chǎn)生的線粒體活性氧非常接近，因此，TFAM起到保護(hù)性外殼的作用并壓縮線粒體DNA，從而保護(hù)其免受氧化損傷[19]。細(xì)胞和組織中的TFAM濃度及其與線粒體DNA結(jié)合密度可能被調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)不同的包裝模式和對(duì)線粒體DNA轉(zhuǎn)錄的精確調(diào)控[20]。此外，TFAM與其他高遷移率族蛋白類(lèi)似，具有免疫調(diào)節(jié)潛能，這也同樣支持了線粒體DNA及其相關(guān)分子作為先天性免疫系統(tǒng)激動(dòng)劑的觀點(diǎn)[21-22]，更為重要的是，TFAM表達(dá)以及其與線粒體DNA的結(jié)合緊密度受到細(xì)胞和組織的自主調(diào)控，表明線粒體DNA激發(fā)的先天性免疫或炎性反應(yīng)不僅存在于病理過(guò)程中，而且還可能是細(xì)胞和組織主動(dòng)控制的生理過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。

2 線粒體DNA是天然免疫反應(yīng)的激活劑

2004年，Collins等[23]首次報(bào)道線粒體DNA具有免疫刺激的潛能。他們發(fā)現(xiàn)將線粒體DNA注射到小鼠關(guān)節(jié)中會(huì)導(dǎo)致局部炎癥，引起關(guān)節(jié)炎。進(jìn)一步的研究表明，線粒體DNA引起的炎癥依賴于線粒體DNA中氧化損傷的堿基的存在，注射相同序列但沒(méi)有氧化堿基的寡聚脫氧核苷酸則不會(huì)引起炎癥。線粒體DNA能引起有效免疫反應(yīng)的觀察開(kāi)辟了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。此后，許多研究證實(shí)了這些早期觀察，并表明線粒體DNA可以直接激活先天性免疫系統(tǒng)的PRRs以增強(qiáng)促炎反應(yīng)[1](圖1)。

線粒體發(fā)生應(yīng)激后，線粒體DNA釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。去甲基化的線粒體DNA和氧化的線粒體DNA可激活TLR9及其下游信號(hào)，從而引起促炎細(xì)胞因子、中性粒細(xì)胞趨化因子以及基質(zhì)金屬蛋白酶分泌，并誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素反應(yīng)；線粒體DNA、氧化的線粒體DNA以及線粒體DNA和線粒體RNA雜合體可激活cGAS及其下游信號(hào)，引起促炎細(xì)胞因子分泌、Ⅰ型干擾素反應(yīng)以及干擾素刺激基因表達(dá)；線粒體DNA和氧化的線粒體DNA可激活NLRP3或NLRC4炎性小體，線粒體DNA可激活A(yù)IM2炎性小體，從而引起含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(caspase-1)活化，誘導(dǎo)白介素-1β和白介素-18分泌

2.1 線粒體DNA激活TLR9

Toll樣受體家族可通過(guò)識(shí)別大量不同的細(xì)菌特征進(jìn)而激發(fā)先天性免疫。Toll樣受體9(toll-like receptor 9，TLR9)是第一個(gè)被證明可以識(shí)別核酸的Toll樣受體，它可識(shí)別DNA的低甲基化CpG基序[24]。TLR9主要在單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、漿細(xì)胞樣樹(shù)突狀細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞中表達(dá)。在生理狀態(tài)下，TLR9駐留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，當(dāng)受到CpG DNA刺激后，TLR9轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)體和溶酶體，識(shí)別DNA并通過(guò)銜接蛋白髓樣分化初級(jí)反應(yīng)蛋白88(myeloid differentiation primary response protein 88，MYD88)進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)[25]。MYD88可激活MAPKs和NF-κB以觸發(fā)炎癥反應(yīng)或激活干擾素調(diào)節(jié)因子7(interferon regulatory factor 7, IRF7)以增強(qiáng)樹(shù)突狀細(xì)胞或其他免疫細(xì)胞中的Ⅰ型干擾素反應(yīng)(圖1)。2010年，Hauser實(shí)驗(yàn)室的兩項(xiàng)研究證明來(lái)自線粒體DNA的CpG基序可以激活TLR9信號(hào)，從而激活p38和p42-44 MAPK活性、CXC趨化因子配體8分泌以及中性粒細(xì)胞的趨化性[26-27]。此外，他們還報(bào)道在創(chuàng)傷患者和其他非感染性損傷患者的血漿中存在循環(huán)的線粒體DNA，這表明線粒體DNA是一種DAMPs。線粒體DNA不僅可以通過(guò)細(xì)胞外釋放機(jī)制激活TLR9，而且還可通過(guò)以細(xì)胞內(nèi)部結(jié)合機(jī)制激活TLR9來(lái)促進(jìn)炎癥和疾病的發(fā)生。Oka等[28]研究表明，在脫氧核糖核酸酶Ⅱ(DNase Ⅱ)缺失的小鼠心肌細(xì)胞中，線粒體DNA不能通過(guò)自噬有效降解，從而在胞內(nèi)被TLR9識(shí)別，誘發(fā)心肌細(xì)胞炎性反應(yīng)和擴(kuò)張型心肌病。此外，氧化的線粒體DNA已被證明可誘導(dǎo)TLR9和IRF7依賴的干擾素α表達(dá)，從而增強(qiáng)漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞的Ⅰ型干擾素反應(yīng)[29]。綜上所述，線粒體DNA釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后可激活TLR9受體，引起炎性反應(yīng)。在風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、急性肝損傷和NASH等疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要的角色。

2.2 線粒體DNA與炎性小體激活

哺乳動(dòng)物的炎性小體是宿主先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分。它們是一組胞質(zhì)蛋白聚集物，由至少一種先天性免疫傳感器分子[如NLRP3、含CARD結(jié)構(gòu)域的Nod樣受體4(nod-like receptor CARD domain containing 4,NLRC4)或黑素瘤缺失蛋白 2(absence in melanoma 2, AIM2)]和一種效應(yīng)分子(即caspase-1前體)組成。傳感器分子和效應(yīng)分子之間通過(guò)匹配的結(jié)構(gòu)域結(jié)合，某些炎性小體不存在這樣的結(jié)構(gòu)域，所以需要額外的銜接分子(如凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白)介導(dǎo)結(jié)合。銜接分子可連接傳感器分子和效應(yīng)分子，誘導(dǎo)炎性小體的組裝。在病原體感染或無(wú)菌損傷后，炎性小體傳感器、銜接分子和效應(yīng)分子受到刺激后會(huì)迅速組裝成一個(gè)高度有組織的、大的胞質(zhì)蛋白復(fù)合物，導(dǎo)致caspase-1前體自我剪切和激活?；罨腸aspase-1可將未成熟的細(xì)胞因子[即白介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)和白介素-18前體]分別蛋白水解為具有生物活性的形式，從而引發(fā)炎癥[30]。

炎性小體可被外源性PAMPs以及在細(xì)胞壞死或應(yīng)激時(shí)釋放的內(nèi)源性DAMPs激活[31]。雖然線粒體DAMPs的釋放和線粒體動(dòng)力學(xué)的改變與炎性小體的激活有關(guān)，但線粒體參與NLRP3和其他炎癥小體激活的確切機(jī)制尚不清楚[32]。

近年來(lái)，大量研究證據(jù)表明線粒體DNA是炎性小體的內(nèi)源性激動(dòng)劑。2010年，Nakahira等[33]的研究率先將線粒體DNA與NLRP3炎性小體激活聯(lián)系起來(lái)。該研究顯示，當(dāng)小鼠骨髓源巨噬細(xì)胞經(jīng)脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)和ATP刺激后，線粒體DNA會(huì)釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，促進(jìn)NLRP3炎性小體的激活，從而使IL-1β和IL-18分泌增加。2012年，研究表明細(xì)胞凋亡過(guò)程中釋放到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的氧化線粒體DNA可與NLRP3炎性小體結(jié)合，從而使后者活化。該項(xiàng)研究增進(jìn)了人們對(duì)線粒體DNA和NLRP3炎性小體之間相互作用的理解[34]。利用敲除TFAM基因的方法使小鼠巨噬細(xì)胞中95%以上的線粒體DNA耗盡，導(dǎo)致NLRP3炎性小體的激活被抑制。然而在敲除TFAM的巨噬細(xì)胞中外源轉(zhuǎn)染氧化的線粒體DNA可促進(jìn)受抑制的NLRP3炎性小體的激活[13]，這表明氧化的線粒體DNA可以有效激活NLRP3炎性小體。除了NLRP3炎性小體外,線粒體DNA也可能影響其他炎性小體的激活，例如轉(zhuǎn)染線粒體DNA可直接激活NLRC4炎性小體[35]。此外，Ⅱ型糖尿病患者血漿中的線粒體DNA可觸發(fā)AIM2炎性小體依賴的caspase-1活化以及巨噬細(xì)胞中IL-1β和IL-18的分泌[36]。此外，由線粒體DNA釋放引起的相關(guān)炎性小體的激活可能參與多種疾病過(guò)程，包括動(dòng)脈粥樣硬化、年齡相關(guān)性黃斑變性和某些細(xì)菌感染[35, 37]。上述研究表明，線粒體DNA作為炎性小體激動(dòng)劑與疾病的致病機(jī)制有關(guān)。

雖然有明確的證據(jù)表明線粒體DNA參與炎性小體的激活，但仍有許多機(jī)制相關(guān)的問(wèn)題有待研究。首先，目前線粒體DNA是如何進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的尚不清楚，這是一個(gè)主動(dòng)和程序化的過(guò)程，還是一個(gè)線粒體損傷后的被動(dòng)事件? 如果是主動(dòng)過(guò)程，線粒體DNA的釋放是否依賴一個(gè)共同的潛在機(jī)制？抑或在很大程度上依賴于細(xì)胞內(nèi)外的環(huán)境因素? 盡管有人提出Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bcl-2-associated X protein，BAX)/Bcl-2同源拮抗劑(Bcl-2 homologous antagonist/killer，BAK)依賴性線粒體外膜孔的形成和線粒體內(nèi)膜向外擠出是介導(dǎo)細(xì)胞凋亡過(guò)程中的線粒體DNA釋放的機(jī)制[38]，但尚不清楚炎癥激活因子觸發(fā)的線粒體損傷是否利用相同的機(jī)制釋放線粒體DNA。同樣地，線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore, MPTP)在炎性小體激活劑誘導(dǎo)的線粒體DNA釋放中的作用仍存在爭(zhēng)議，需要進(jìn)一步闡明[39]。2020年，有研究報(bào)道成孔蛋白Gasdermin D可將線粒體DNA釋放到細(xì)胞質(zhì)中[40]。研究表明，細(xì)菌內(nèi)毒素脂多糖可激活成孔蛋白Gasdermin D，而活化的Gasdermin D可在內(nèi)皮細(xì)胞中形成線粒體孔，從而釋放線粒體DNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中。其次，尚不清楚是整個(gè)線粒體DNA基因組被釋放到細(xì)胞質(zhì)中，還是只有小片段受損的線粒體DNA從線粒體中泄漏出來(lái)，從而激活炎性小體。第三，盡管在免疫共沉淀試驗(yàn)中NLRP3和NLRC4復(fù)合物似乎與線粒體DNA或氧化的線粒體DNA結(jié)合，但NLRs本身是否可直接結(jié)合線粒體DNA還是需要其他因子尚不清楚。此外，需要進(jìn)一步研究自噬或線粒體自噬通過(guò)去除受損的線粒體DNA來(lái)限制炎性小體激活的機(jī)制，以及線粒體損傷和線粒體DNA釋放與炎性小體依賴的caspase-1激活的上下游關(guān)系[41-42]。最后，還需要更多的努力來(lái)解開(kāi)NLRs與線粒體的動(dòng)態(tài)聯(lián)系以及這種聯(lián)系是如何特異性地激活NLRs信號(hào)通路的[43]。

2.3 線粒體DNA與Ⅰ型干擾素反應(yīng)

線粒體DNA除可觸發(fā)促炎反應(yīng)外，釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞外的線粒體DNA也可激活PRRs觸發(fā)Ⅰ型干擾素和干擾素刺激基因表達(dá)。雖然一些機(jī)制細(xì)節(jié)仍有待研究，但明確線粒體DNA作為誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素的DAMPs對(duì)理解涉及線粒體應(yīng)激和以Ⅰ型干擾素表達(dá)為特征的感染性和非感染性疾病的病理機(jī)制具有重要意義。在本節(jié)內(nèi)容中，將討論線粒體DNA作為細(xì)胞質(zhì)中或質(zhì)膜上PRRs的配體，如何調(diào)節(jié)TLR9、循環(huán)GMP-AMP合酶(cyclic GMP-AMP synthase, cGAS)以及干擾素基因刺激蛋白(stimulator of interferon genes，STING)介導(dǎo)的Ⅰ型干擾素反應(yīng)。

2.3.1 細(xì)胞內(nèi)線粒體DNA激活cGAS-STING信號(hào)通路 cGAS-STING信號(hào)軸是Ⅰ型干擾素對(duì)外源性和內(nèi)源性DNA反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)通路[44]。DNA感受器cGAS可檢測(cè)細(xì)胞質(zhì)DNA并生成環(huán)鳥(niǎo)苷一磷酸-腺苷一磷酸(cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate，cGAMP)，cGAMP作為第二信使激活STING?；罨腟TING與TANK結(jié)合激酶1(TANK-binding kinase 1, TBK1)結(jié)合，后者使干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferon regulatory factor 3,IRF3)磷酸化，以促進(jìn)其同源二聚化并易位至細(xì)胞核，從而誘導(dǎo)干擾素β和干擾素刺激基因的表達(dá)。一些研究小組已證明cGAS是感染細(xì)胞胞質(zhì)中病毒和細(xì)菌DNA的主要傳感器[45-46]。此外，cGAS-STING信號(hào)在協(xié)調(diào)Ⅰ型干擾素和對(duì)自身DNA的炎癥反應(yīng)、誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素病理過(guò)程(如Aicardi Goutieres綜合征)以及調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中的炎癥反應(yīng)方面發(fā)揮了重要作用[47-48]。雖然大多數(shù)cGAS內(nèi)源性配體被認(rèn)為來(lái)源于核DNA，但一些證據(jù)表明線粒體DNA在某些情況下也可以作為細(xì)胞內(nèi)源性的cGAS配體。

2014年，研究表明在Bax/Bak介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過(guò)程中釋放的線粒體DNA可以激活cGAS-STING-IRF3信號(hào)通路，并觸發(fā)Ⅰ型干擾素反應(yīng)和干擾素刺激基因表達(dá)。在caspase-9缺失或caspase-3和caspase-7缺失的情況下，線粒體DNA激活cGAS，增強(qiáng)Ⅰ型干擾素反應(yīng)和干擾素刺激基因表達(dá)，這表明凋亡caspase級(jí)聯(lián)功能會(huì)抑制凋亡過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)在的、線粒體DNA依賴的Ⅰ型干擾素反應(yīng)[49-50]。White等[50]利用免疫沉淀分析發(fā)現(xiàn)在Bax和Bak使線粒體外膜通透性增強(qiáng)后，cGAS不加區(qū)別地與線粒體DNA結(jié)合，這表明在凋亡過(guò)程中整個(gè)線粒體基因組有可能都暴露在cGAS可結(jié)合的環(huán)境中，這就引發(fā)了對(duì)有關(guān)線粒體外膜通透性增強(qiáng)后線粒體DNA釋放機(jī)制以及cGAS是否有可能進(jìn)入線粒體內(nèi)部等問(wèn)題的思考。

線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的激活與長(zhǎng)度達(dá)700 bp的線性線粒體DNA片段的釋放有關(guān)，因此，在某些情況下，MPTP可能在細(xì)胞凋亡或線粒體應(yīng)激期間負(fù)責(zé)線粒體DNA片段的釋放[51-52]。與MPTP依賴的線粒體DNA釋放機(jī)制一致，研究表明疫苗佐劑殼聚糖刺激會(huì)引起線粒體應(yīng)激、線粒體活性氧的產(chǎn)生和胞質(zhì)DNA的積累，從而激活樹(shù)突細(xì)胞中的cGAS-STING信號(hào)傳導(dǎo)和Ⅰ型干擾素應(yīng)答。盡管該研究未明確表明線粒體DNA是激活cGAS的配體，但通過(guò)加入環(huán)孢菌素A抑制了殼聚糖刺激誘導(dǎo)的Ⅰ型干擾素和干擾素刺激基因表達(dá)，環(huán)孢菌素A以前被證明可阻斷MPTP和線粒體DNA片段的釋放[53]。但是，必須謹(jǐn)慎解釋這些發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榄h(huán)孢菌素A可以直接抑制PRR和NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)，因此其在該研究條件下對(duì)Ⅰ型干擾素反應(yīng)的調(diào)節(jié)可能與線粒體通透性的改變無(wú)關(guān)[54-55]。MPTP作為線粒體DNA釋放的直接通道的假設(shè)最近受到挑戰(zhàn)，需要進(jìn)行更多的研究才能闡明[56]。線粒體ATP合酶似乎是MPTP的主要成分，甚至可能是實(shí)際的孔[57-58]。結(jié)合質(zhì)粒R388的細(xì)菌Ⅳ型偶聯(lián)蛋白TrwB作為細(xì)菌DNA移位酶FtsK/SpoIIIE家族成員之一，是一種DNA依賴性的F1 ATP酶，參與結(jié)合過(guò)程中細(xì)菌之間的DNA轉(zhuǎn)移[59]。TrwB在結(jié)構(gòu)上與線粒體F1 ATP酶相關(guān)，而且考慮到線粒體ATP合酶在MPTP形成以及MPTP在線粒體DNA釋放中的作用，有理由相信受調(diào)控的線粒體DNA釋放可能是該細(xì)胞器細(xì)菌起源的進(jìn)化遺跡。未來(lái)的研究應(yīng)該闡明MPTP在線粒體DNA釋放中的作用，或許更重要的是明確能被cGAS而不是其他DNA傳感器特異性識(shí)別的線粒體DNA種類(lèi)。

2015年，又一項(xiàng)研究為線粒體DNA依賴的cGAS-STING信號(hào)通路的激活提供了證據(jù)[60]。該研究發(fā)現(xiàn)TFAM雜合子(TFAM+/-)小鼠的細(xì)胞和組織中的線粒體擬核形態(tài)發(fā)生了改變，推測(cè)是由于線粒體DNA包裝的改變導(dǎo)致干擾素刺激基因和抗病毒因子表達(dá)增加，并且對(duì)病毒感染具有明顯的抵抗能力。TFAM+/-細(xì)胞中的抗病毒因子表達(dá)的增加是由cGAS-STING-TBK1信號(hào)傳導(dǎo)到IRF3所驅(qū)動(dòng)的，并依賴于異常的擬核結(jié)構(gòu)的存在及其傳遞的應(yīng)激。用雙脫氧胞嘧啶處理TFAM+/-細(xì)胞可特異性地抑制線粒體DNA復(fù)制并促進(jìn)線粒體DNA消耗，顯著降低干擾素刺激基因表達(dá)和病毒抗性，這表明在此研究背景下cGAS的激活是線粒體DNA依賴性的。雖然該研究并沒(méi)有揭示線粒體DNA片段從線粒體中釋放的確切機(jī)制，但TFAM+/-細(xì)胞中線粒體的形態(tài)發(fā)生了改變，并且線粒體融合蛋白的敲除可抑制干擾素刺激基因表達(dá)，這表明線粒體形態(tài)或線粒體動(dòng)力學(xué)的改變也有助于線粒體DNA的釋放。總之，該研究的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持了線粒體應(yīng)激時(shí)釋放到胞質(zhì)的線粒體DNA可作為內(nèi)源性cGAS配體的觀點(diǎn)。2019年，Aarreberg等[61]報(bào)道炎性細(xì)胞因子IL-1β可引起線粒體DNA釋放，從而激活cGAS-STING先天性免疫信號(hào)通路。該研究表明外源性IL-1β可誘導(dǎo)人髓樣細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞中干擾素β(interferon-β, IFN-β)產(chǎn)生和激活干擾素信號(hào)，從而誘導(dǎo)一種抑制登革病毒感染的強(qiáng)大先天性免疫反應(yīng)。這與先前關(guān)于IL-1β和IFN-β信號(hào)之間是相互抑制的研究結(jié)果是相矛盾的[62]。先前的研究報(bào)道在結(jié)核分枝桿菌感染的小鼠和巨噬細(xì)胞中，IL-1β和IFN-β信號(hào)之間存在相互平衡的機(jī)制，然而在該研究中并未考慮到線粒體DNA也可引起IFN-β的產(chǎn)生。上述研究說(shuō)明闡明線粒體DNA 激活cGAS-STING信號(hào)通路的機(jī)制在相關(guān)病原的研究中具有關(guān)鍵作用。

2.3.2 細(xì)胞外線粒體DNA在Ⅰ型干擾素反應(yīng)中的作用 除了細(xì)胞內(nèi)線粒體DNA在觸發(fā)Ⅰ型干擾素反應(yīng)中的作用外，從活化的中性粒細(xì)胞釋放的線粒體DNA也可參與鄰近免疫細(xì)胞上的cGAS-STING途徑或TLR9途徑[29, 63]。中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular trap, NET)的形成與細(xì)菌清除和無(wú)菌性炎癥疾病(如系統(tǒng)性紅斑狼瘡)有關(guān)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡和中性粒細(xì)胞DNA或蛋白質(zhì)復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞外空間。NET最近被證明含有線粒體DNA，因此，增加了細(xì)胞外線粒體DNA可能參與Ⅰ型干擾素介導(dǎo)的系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者發(fā)病機(jī)制的可能性[64]。與這一假設(shè)相一致，Lood等[63]的研究表明，含有核糖核蛋白的免疫復(fù)合物刺激中性粒細(xì)胞，可增加線粒體活性氧的生成和線粒體易位到細(xì)胞表面，以支持富含氧化的線粒體DNA的網(wǎng)狀物的形成。DNA的氧化程度是決定其免疫刺激潛能的關(guān)鍵因素，人外周血單核細(xì)胞和脾細(xì)胞的Ⅰ型干擾素和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)被氧化作用增強(qiáng)，經(jīng)線粒體活性氧清除劑治療的小鼠發(fā)生類(lèi)似狼瘡的疾病減少。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)線粒體DNA富集的NETs的反應(yīng)需要STING，而不是TLR9-MYD88，這表明cGAS在這種反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用[65]。氧化線粒體DNA也被證明可以與漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞上的TLR9結(jié)合[66]。Caielli等[29]進(jìn)一步指出中性粒細(xì)胞釋放的氧化線粒體DNA是漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞分泌TLR9依賴性干擾素α的驅(qū)動(dòng)因素。他們發(fā)現(xiàn)由于線粒體自噬減少，中性粒細(xì)胞將線粒體DNA-TFAM復(fù)合物(以及某些特異性的線粒體組分)釋放到細(xì)胞外空間。雖然有研究表明線粒體來(lái)源的囊泡(mitochondria-derived vesicles, MDVs)通常會(huì)將氧化線粒體DNA導(dǎo)向溶酶體進(jìn)行降解,然而在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者的中性粒細(xì)胞中，這一過(guò)程被打亂，導(dǎo)致氧化線粒體DNA-TFAM復(fù)合物向細(xì)胞外的釋放。然后，這些復(fù)合物激活晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycosylation end products, RAGE)和TLR9，促使?jié){細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞產(chǎn)生干擾素α，從而參與誘導(dǎo)系統(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)生。雖然這些觀察結(jié)果提示了中性粒細(xì)胞特異的線粒體自噬和線粒體DNA降解機(jī)制的可能性，但是控制MDVs運(yùn)輸和氧化的線粒體DNA包裝機(jī)制仍不清楚。上述研究表明，細(xì)胞外線粒體DNA在炎癥和Ⅰ型干擾素介導(dǎo)的系統(tǒng)性紅斑狼瘡以及其他自身免疫性疾病的誘導(dǎo)中起作用。

2.4 線粒體DNA特異性激活先天性免疫傳感器的決定因素

由于細(xì)胞中存在多種先天性免疫傳感器(如cGAS、NLRP3、AIM2或TLR9)，一個(gè)重要的問(wèn)題是: 線粒體DNA從應(yīng)激線粒體中逃逸后如何決定激活哪個(gè)傳感器？到目前為止，已經(jīng)提出了幾個(gè)決定因素。首先，DNA長(zhǎng)度很重要。雖然AIM2對(duì)短的DNA片段具有一定的結(jié)合活性，但最近的研究表明要脫離AIM2-DNA相互作用的“遲緩期”需要長(zhǎng)度至少為70 bp的DNA片段，而當(dāng)DNA大于250 bp時(shí)，產(chǎn)生穩(wěn)定的AIM2-DNA復(fù)合物的效率達(dá)到最佳[67-68]。這些發(fā)現(xiàn)與早期的研究報(bào)道一致，即80 bp，但不是50 bp或更短的DNA能在體外誘導(dǎo)人外周血單核細(xì)胞產(chǎn)生AIM2炎性體依賴的IL-1β[69]。同樣，cGAS也更傾向于結(jié)合長(zhǎng)DNA，而不是短DNA[70]。相比之下，NLRP3的激活似乎與DNA片段長(zhǎng)度無(wú)關(guān)[13]。其次，線粒體DNA的氧化還原狀態(tài)似乎是決定免疫傳感器激活特異性的另一個(gè)重要因素。具體來(lái)說(shuō)，已被證明轉(zhuǎn)染氧化的線粒體DNA可激活NLRP3，而非氧化的線粒體DNA與AIM2相結(jié)合。事實(shí)上，幾乎所有的NLRP3(而不是AIM2)激活劑都能誘導(dǎo)線粒體損傷和隨后的線粒體活性氧產(chǎn)生，從而促進(jìn)線粒體DNA的氧化損傷[32]。第三，似乎TFAM結(jié)合的擬核結(jié)構(gòu)也在某種程度上決定了線粒體DNA激活哪個(gè)免疫傳感器。例如，裸露的氧化線粒體DNA完全能夠在TFAM缺陷型巨噬細(xì)胞中誘導(dǎo)NLRP3炎性小體激活[13]。相反，TFAM似乎是線粒體DNA誘導(dǎo)的cGAS激活所必需的[21]。第四，免疫傳感器的不同亞細(xì)胞定位在確定線粒體DNA激活哪種先天性免疫傳感器方面也起著至關(guān)重要的作用。例如，TLR9位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，因此需要被運(yùn)輸?shù)絻?nèi)體和溶酶體中才可識(shí)別線粒體DNA[71]。在巨噬細(xì)胞中，盡管AIM2被認(rèn)為普遍分布于整個(gè)細(xì)胞[72]，但NLRP3存在于靜息狀態(tài)下巨噬細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，在NLRP3激活劑的刺激下才被轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體相關(guān)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體接觸位點(diǎn)[73]。與這些炎性小體傳感器相比，cGAS之前被認(rèn)為是一種胞質(zhì)蛋白，但cGAS也存在于樹(shù)突狀細(xì)胞的細(xì)胞核中，它利用其非酶促的N末端結(jié)構(gòu)域與著絲粒DNA結(jié)合并啟動(dòng)先天性免疫反應(yīng)[74]。然而，人和小鼠巨噬細(xì)胞中的cGAS駐留在細(xì)胞膜上，通過(guò)其N(xiāo)端磷酸肌醇結(jié)合結(jié)構(gòu)域選擇性地與PI(4,5)P2結(jié)合。cGAS定位在細(xì)胞膜上被認(rèn)為有助于抵抗病毒感染，但無(wú)助于檢測(cè)自我DNA。支持這一觀點(diǎn)的是，脂質(zhì)結(jié)合有缺陷的cGAS突變體被錯(cuò)誤地定位到細(xì)胞質(zhì)和核腔，在基因毒性應(yīng)激下可誘導(dǎo)一種強(qiáng)有力的Ⅰ型干擾素反應(yīng)，但是對(duì)病毒感染表現(xiàn)出更弱的反應(yīng)[75]?；罨腸aspase-1被證明可以裂解巨噬細(xì)胞中的cGAS，從而抑制DNA病毒感染小鼠后Ⅰ型干擾素的產(chǎn)生[76]。這表明巨噬細(xì)胞可能有一個(gè)精密的機(jī)制嚴(yán)格調(diào)控線粒體DNA等自身DNA激活cGAS的反應(yīng)，以防止不可控的Ⅰ型干擾素的產(chǎn)生，否則可能誘發(fā)自身免疫性疾病。與上述caspase-1拮抗cGAS的作用相反，cGAS-STING通路的組分在某些情況下可能會(huì)促進(jìn)炎性小體的激活。例如，STING的激活配體cGAMP被證明可以促進(jìn)炎性小體的激活，從而誘導(dǎo)人類(lèi)和小鼠的骨髓源巨噬細(xì)胞和樹(shù)突細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β[77]。綜上所述，雖然線粒體DNA可激活多種先天性免疫信號(hào)通路，但其具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步探索。

由于相對(duì)于核DNA，線粒體DNA的修復(fù)機(jī)制是有限的，線粒體缺乏核苷酸切除修復(fù)和核DNA的其他修復(fù)機(jī)制，因此，線粒體DNA極易發(fā)生氧化損傷[17]。據(jù)報(bào)道，線粒體DNA的D-loop和Ori-L區(qū)域可發(fā)生不同種類(lèi)的氧化損傷，如單鏈斷裂(single strand breaks, SSBs)、雙鏈斷裂(double strand breaks, DSBs)、脫堿基位點(diǎn)(abasic sites, AP sites)和氧化堿基(如7,8-dihydro-8-oxoguanine, 8 oxoG)[78]。氧化損傷的線粒體DNA會(huì)優(yōu)先被TFAM結(jié)合[79]，TFAM結(jié)合會(huì)使線粒體DNA上形成U型結(jié)構(gòu)，從而有利于被cGAS識(shí)別[21]。然而，TFAM的結(jié)合對(duì)于線粒體DNA被NLRP3識(shí)別不是所需要的[13]。同時(shí)，單鏈斷裂或雙鏈斷裂的損傷會(huì)使氧化損傷的線粒體DNA長(zhǎng)度比非損傷線粒體DNA的長(zhǎng)度更短，這表明氧化的線粒體DNA可能更容易被cGAS和NLRP3所識(shí)別，而不是AIM2。TLR9對(duì)于線粒體DNA的識(shí)別與線粒體DNA在細(xì)胞內(nèi)的位置有關(guān)，位于內(nèi)體和溶酶體中的氧化線粒體DNA或線粒體DNA可能更容易被TLR9識(shí)別。與TFAM解離的氧化線粒體DNA會(huì)被直接送到溶酶體，位于溶酶體的線粒體DNA則更容易被TLR9所識(shí)別[29]。然而，PRRs識(shí)別線粒體DNA的機(jī)制是高度復(fù)雜的，需要更多的體內(nèi)和體外研究去闡釋。最新的研究報(bào)道了一種可用于線粒體DNA堿基編輯的方法[80]，細(xì)菌胞苷脫氨酶毒素DddA可實(shí)現(xiàn)線粒體的堿基編輯，這對(duì)于進(jìn)一步研究線粒體DNA的特性和線粒體相關(guān)疾病的治療提供了新的途徑和方法。

3 線粒體DNA在病原感染中的作用

雖然線粒體被稱為細(xì)胞的能量工廠，但它也調(diào)節(jié)程序性細(xì)胞死亡途徑，并在先天性免疫系統(tǒng)中發(fā)揮中央樞紐的作用。線粒體可通過(guò)誘導(dǎo)抗病毒信號(hào)通路誘發(fā)炎癥[1]。胞質(zhì)傳感器RIG-Ⅰ和黑色素瘤分化相關(guān)蛋白5(melanoma differentiation-associated protein 5，MDA5)識(shí)別不同的病毒RNA種類(lèi)并通過(guò)線粒體抗病毒信號(hào)蛋白(mitochondrial anti-viral signalling protein, MAVs)激活下游信號(hào)，引起Ⅰ型和Ⅲ型干擾素等細(xì)胞因子的表達(dá)，從而限制病毒復(fù)制[81]。除線粒體蛋白外，線粒體DNA也可通過(guò)cGAS-STING-IRF3信號(hào)通路誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素產(chǎn)生，引發(fā)抗病毒免疫反應(yīng)[60]。盡管cGAS是DNA特異性的模式識(shí)別受體，但感染登革熱病毒等RNA病毒也會(huì)引起cGAS-STING反應(yīng)[82]。登革熱病毒感染會(huì)引起氧化的線粒體DNA釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，從而激活cGAS[83]和TLR9受體[84]，而且，登革熱病毒已進(jìn)化出免疫逃逸策略，通過(guò)編碼靶向cGAS和STING降解的蛋白酶來(lái)逃避感染過(guò)程中胞質(zhì)線粒體DNA誘導(dǎo)的cGAS信號(hào)傳導(dǎo)，從而確保病毒感染的持久性[85]。2019年，研究表明，甲型流感病毒M2蛋白會(huì)引起線粒體DNA以MAVs依賴的方式釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，胞質(zhì)線粒體DNA可被cGAS和DDX41(D-E-A-D-box polypeptide 41)識(shí)別，從而激活STING依賴的天然免疫反應(yīng)，限制病毒在宿主體內(nèi)的復(fù)制。然而，流感病毒的非結(jié)構(gòu)蛋白1(nonstructural protein 1, NS1)也可與線粒體DNA結(jié)合以逃避STING依賴的抗病毒免疫[86]。這表明線粒體DNA可能在 RNA病毒感染中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

據(jù)報(bào)道，線粒體產(chǎn)生的活性氧在巨噬細(xì)胞相關(guān)的抗菌免疫反應(yīng)中起關(guān)鍵作用。同線粒體活性氧一樣, 線粒體DNA也參與抗菌反應(yīng)。某些宿主免疫細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞)利用基于核DNA的胞外誘捕網(wǎng)(extracellular traps, ET)(由核DNA、組蛋白和抗菌肽等組成)捕獲并殺死微生物病原體[87]。嗜酸性粒細(xì)胞可以特異性地釋放線粒體DNA，而線粒體DNA作為胞外誘捕網(wǎng)的組分之一可以協(xié)助固定微生物病原體，因此，嗜酸性粒細(xì)胞可以識(shí)別并殺死微生物[88]。像中性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞的胞外誘捕網(wǎng)一樣，嗜酸性粒細(xì)胞的胞外誘捕的過(guò)程依賴于活性氧的產(chǎn)生，但重要的是，不會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，因?yàn)樵诰€粒體DNA被釋放后嗜酸性粒細(xì)胞仍然存活。盡管明顯缺乏吞噬活性，但嗜堿性細(xì)胞也可以通過(guò)形成含有線粒體DNA和顆粒蛋白的嗜堿性細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)殺死細(xì)菌[89]。如上所述，在嗜酸性粒細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞中，線粒體DNA在病原體誘導(dǎo)的細(xì)胞外誘捕網(wǎng)形成等抗菌免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

關(guān)于病原體感染誘導(dǎo)的線粒體DNA應(yīng)激，已有研究表明單純皰疹病毒1(herpes simplex virus 1, HSV-1)和HSV-2感染細(xì)胞會(huì)引起線粒體DNA應(yīng)激和線粒體DNA拷貝數(shù)的迅速下降。缺失靶向線粒體DNA基因的HSV-1突變株在觸發(fā)抗病毒反應(yīng)和干擾素刺激基因表達(dá)方面效率較低[60, 90]，這可能說(shuō)明細(xì)胞對(duì)線粒體DNA穩(wěn)態(tài)的監(jiān)測(cè)是一種進(jìn)化上有益的機(jī)制，它與病毒核酸的典型感應(yīng)相配合，充分參與抗病毒先天性免疫。然而，宿主Ⅰ型干擾素反應(yīng)也可增強(qiáng)某些微生物(如結(jié)核分枝桿菌)的發(fā)病機(jī)制。結(jié)核分枝桿菌感染可觸發(fā)cGAS-STING信號(hào)和線粒體應(yīng)激，誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素和干擾素刺激基因表達(dá)，從而有利于自身存活[45,91-92]。此外，與單純皰疹病毒感染不同，牛分枝桿菌感染小鼠巨噬細(xì)胞會(huì)增加線粒體DNA的拷貝數(shù)，引起線粒體DNA釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，參與牛分枝桿菌誘導(dǎo)的干擾素β產(chǎn)生。通過(guò)siRNA干擾TFAM表達(dá)可抑制線粒體DNA拷貝數(shù)的增加，減少進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的線粒體DNA的量，從而抑制細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌存活[14]。這些結(jié)果表明，線粒體損傷和線粒體DNA釋放可能是結(jié)核分枝桿菌或牛分枝桿菌以及其他微生物用于促進(jìn)cGAS激活、增加Ⅰ型干擾素反應(yīng)和增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)存活的一種策略。

綜上所述，線粒體DNA在不同類(lèi)型病原感染中可以扮演有益或有害的雙重作用。然而，受損線粒體的異常積累和線粒體DNA泄漏到細(xì)胞質(zhì)中也可能引起炎癥性疾病。

4 線粒體DNA與炎性疾病

線粒體DNA在激活炎性小體、TLR9和cGAS-STING途徑中發(fā)揮重要作用，因此線粒體DNA作為一種重要的炎癥驅(qū)動(dòng)因子，促進(jìn)許多人類(lèi)疾病的發(fā)生發(fā)展也就不足為奇了。例如，線粒體DNA被認(rèn)為是人和小鼠系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵因素。中性粒細(xì)胞是系統(tǒng)性紅斑狼瘡的關(guān)鍵致病性免疫細(xì)胞, 用含核糖核蛋白的免疫復(fù)合物刺激中性粒細(xì)胞導(dǎo)致相對(duì)于基線的線粒體活性氧產(chǎn)生增加，然后線粒體遷移到細(xì)胞表面，有助于形成富含氧化線粒體DNA的中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)。這些氧化的線粒體DNA被鄰近的免疫細(xì)胞(例如漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞)識(shí)別，然后誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而促進(jìn)小鼠狼瘡樣疾病的發(fā)展[29, 63]。中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)中的線粒體DNA的免疫刺激作用似乎依賴于STING和TLR9。然而，炎性小體介導(dǎo)的線粒體DNA識(shí)別是否也在系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用還需要進(jìn)一步研究。

此外，線粒體DNA還參與心血管疾病的致病進(jìn)程。例如，已證明釋放的線粒體DNA可激活心肌細(xì)胞中TLR9，從而誘發(fā)心肌炎和擴(kuò)張型心肌病，最終導(dǎo)致心力衰竭。與野生型小鼠相比，DNase II缺陷小鼠心臟炎性細(xì)胞浸潤(rùn)增加，炎性細(xì)胞因子分泌過(guò)剩以及心肌自噬溶酶體中線粒體DNA沉積增加。使用TLR9抑制劑寡聚脫氧核苷酸處理或?qū)LR9基因敲除，可顯著減緩DNase II缺陷小鼠的心肌病的發(fā)展。這表明線粒體DNA-TLR9信號(hào)軸可能有助于該模型小鼠心肌慢性炎癥和心力衰竭的發(fā)生[28]。除誘導(dǎo)心力衰竭外，氧化線粒體DNA還被證明會(huì)促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展。死亡細(xì)胞釋放的線粒體DNA可以與抗菌肽LL-37形成復(fù)合物。這種線粒體DNA:LL-37復(fù)合物可逃避DNase II的降解，并能激活漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞上的TLR9受體，從而加劇動(dòng)脈粥樣硬化[93]。

線粒體DNA也可驅(qū)動(dòng)非酒精性脂肪肝炎(non-alcoholic steatohepatitis, NASH)的致病進(jìn)程[94]，NASH是工業(yè)化國(guó)家最常見(jiàn)的肝病[95]。NASH患者和小鼠血漿中含有更高水平的氧化線粒體DNA。線粒體DNA的氧化可增加其激活TLR9的能力。血漿線粒體DNA主要存在于肝細(xì)胞來(lái)源的微顆粒(microparticles, MPs)中。從血漿中去除這些MPs導(dǎo)致TLR9激活的顯著降低。在小鼠中，高脂飲食引起的NASH發(fā)展需要骨髓細(xì)胞中TLR9的表達(dá)，給予TLR9拮抗劑的小鼠表現(xiàn)出NASH癥狀的減輕，證明線粒體DNA釋放和TLR9信號(hào)在NASH的發(fā)病機(jī)制中具有重要作用[94]。在另一項(xiàng)研究中，STING缺失在NASH小鼠模型中減輕了肝脂肪變性、纖維化和炎癥。高脂飲食喂養(yǎng)小鼠的肝細(xì)胞線粒體DNA可以誘導(dǎo)STING依賴的枯否氏細(xì)胞(肝巨噬細(xì)胞)激活，這表明線粒體DNA誘導(dǎo)的STING激活可能促進(jìn)NASH的肝臟炎癥[96]。如以前的研究所述[97]，研究線粒體DNA在NASH患者中是否也能誘導(dǎo)炎性小體的激活將會(huì)是一個(gè)有意義的工作。

5 小 結(jié)

線粒體是多功能的細(xì)胞器，是細(xì)胞代謝和信號(hào)傳遞的關(guān)鍵樞紐，但越來(lái)越多的證據(jù)表明，線粒體作為內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式的重要來(lái)源，參與了對(duì)病原體感染和細(xì)胞損傷的先天性免疫反應(yīng)。線粒體DNA相對(duì)的低甲基化、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和對(duì)氧化損傷的高度敏感性等特性，使其成為一種強(qiáng)有力的線粒體損傷相關(guān)分子模式，可以激活TLR9、炎性小體、cGAS和其他先天性免疫傳感器，從而觸發(fā)促炎過(guò)程和Ⅰ型干擾素反應(yīng)，在病原感染和炎性疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色。然而，目前，關(guān)于線粒體DNA是如何釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞外以及其如何特異性地激活不同先天性免疫傳感器的機(jī)制尚不清楚。因此，進(jìn)一步闡明線粒體DNA釋放和感應(yīng)機(jī)制、異常的線粒體DNA釋放參與炎性疾病發(fā)展的機(jī)制以及線粒體DNA在病原體感染中發(fā)揮的作用，可為控制感染和相關(guān)疾病的治療干預(yù)開(kāi)辟新的途徑。