Sci Adv｜段晨阳团队揭示线粒体跨细胞转移驱动脓毒症心脏损伤新机制|心脏损伤|段晨阳|线粒体|细胞器|脓毒症

脓毒症是机体对感染反应失调所导致的多器官功能障碍综合征，是危重症患者死亡的主要原因之一。心脏功能障碍是脓毒症最常见且最致命的并发症之一，其发生率可达 40% ，显著增加患者死亡风险。然而，感染得到控制后部分患者仍出现心功能持续恶化的现象，其内在机制长期未被完全解释。

近日，重庆医科大学附属第二医院重症医学科段晨阳团队在 Science Advances 发表研究论文Cytoskeletal remodeling promotes tunneling nanotube formation and drives cardiac resident cell mitochondrial transfer in sepsis，系统揭示了脓毒症中心肌细胞与周围驻留细胞之间通过隧道纳米管（ tunneling nanotubes,TNTs）进行线粒体跨细胞转移的关键机制，并阐明了Drp1介导的细胞骨架重塑驱动该过程发生的分子基础。该研究从细胞器通讯角度为理解脓毒症心脏损伤提供了新的理论框架。

发现心脏细胞之间存在 “细胞器级通讯”

传统研究多将脓毒症心脏损伤归因于心肌细胞自身的炎症反应或能量代谢障碍。然而，心脏组织并非仅由心肌细胞构成，还包含内皮细胞、成纤维细胞和免疫细胞等多种驻留细胞，这些细胞之间复杂的通讯网络可能在疾病进展中发挥重要作用。

研究团队利用盲肠结扎穿刺（ CLP ）脓毒症小鼠模型，并结合单细胞 RNA 测序、电子显微镜、超分辨显微成像以及活细胞成像等多种技术，系统解析了脓毒症过程中心脏细胞群体的变化。

研究发现，在脓毒症应激下，心脏内皮细胞、成纤维细胞以及单核巨噬细胞等驻留细胞出现明显的代谢重编程，并形成线粒体呼吸功能受损的细胞亚群。与此同时，大量受损线粒体出现在这些驻留细胞中，而其空间分布多紧邻心肌细胞，提示可能存在一种跨细胞的线粒体转运过程。

通过扫描电镜、免疫荧光及超分辨结构照明显微（ SIM ）等技术，研究人员直接观察到心肌细胞与周围驻留细胞之间形成大量细胞间隧道纳米管（ TNT ）结构，并沿该结构发生线粒体跨细胞转移（图1）。这一发现揭示了心脏细胞之间一种此前未被充分认识的细胞器级通讯方式。

图 1

揭示线粒体跨细胞转移的关键调控机制

在进一步的机制研究中，研究团队发现线粒体动力学关键蛋白 Drp1 在脓毒症状态下发生构象变化，并与细胞骨架相关蛋白 Filamin 和 Kinesin 相互作用，驱动细胞骨架结构重塑。这一过程促进了细胞膜伪足的形成和延伸，从而建立细胞之间的 TNT 连接通道，使受损线粒体能够沿细胞骨架网络在不同细胞之间进行远距离转运。这些结果表明， Drp1 介导的细胞骨架重塑是驱动 TNT 形成及线粒体跨细胞转移的关键调控环节。（图2）

图 2

该研究提出了线粒体跨细胞通讯驱动脓毒症病程延续的重要理论认识：

（ 1 ）跨细胞转移的线粒体可作为持续作用于受体细胞的结构性内源载体。不同于瞬时作用的 DAMP 炎症分子，线粒体作为完整的细胞器结构能够在细胞间持续传递信号，其通讯方向与质量共同决定心脏局部免疫结局。

（ 2 ）线粒体跨细胞转移存在 “通讯方向翻转” 现象。研究发现，在疾病早期线粒体可作为补偿性输入维持细胞代谢，而随着病程进展，其转运方向逐渐转变为由心肌细胞向周围细胞输出受损线粒体，这一变化成为脓毒症心脏功能持续恶化的重要启动事件。

（ 3 ）本研究进一步充实并拓展了团队前期提出的 “ 线粒体内共生失调（ MED ） ” 理论假说。该理论认为，线粒体并非仅是炎症损伤的被动结果，而可能通过细胞间通讯状态的改变，转化为驱动免疫失控的上游致病因素，从而重新定义了脓毒症器官损伤的发生逻辑。关于 MED 理论的系统阐述，见段晨阳团队于 2026 年 3 月 4 日发表于 Cell Communication and Signaling 的理论文章 “From symbiosis to immunity: the evolutionary revival of mitochondrial defense programs in inflammatory diseases” 。

重庆医科大学附属第二医院重症医学科为本研究第一作者和通讯单位。宋瑞博士后、黄澄教授、马寅瑞博士、张振华教授为论文共同第一作者，段晨阳教授与 João Conde 教授为论文共同通讯作者。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3266

制版人：十一

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（*排名不分先后）