虽然细胞中存在多种线粒体降解机制，但这些途径都聚集在溶酶体上，而溶酶体最终导致了蛋白质聚集物和细胞器的最终分解[1]。然而，当溶酶体功能受损或超负荷时，是否存在替代的线粒体质量控制途径，目前尚不清楚。

    已知细胞从直径为0.05-1μm的不同来源的囊泡释放到细胞外空间[2]。细胞外囊泡（EV）在晚期核内体（LE）/多泡体（MVB）与质膜融合后或通过质膜出芽释放。有研究报道，这些囊泡通过将核酸、蛋白质和脂质传递到受体细胞来参与细胞通信[3]。

    据报道，细胞也会释放出大的（3.5-4μm）亚细胞结构，称为exophers，比传统的EV要大得多[4]。一些研究已经确定了线粒体蛋白为EV的货物，但它们的功能和释放机制仍不清楚。含有EV的内吞体囊泡的形成和运输受到Rab GTPases10的调控。

    Rab7存在于LE/MVB上，是LE/MVB与溶酶体融合所必需的[5]，它还参与调节自噬体-溶酶体融合，表明了两种内部降解途径之间的串扰。但Rab7是否在调节LE/MVB与质膜的融合中释放EV到细胞外空间中尚不清楚。 

    2023年8月18日，来自美国加州大学的Åsa B. Gustafsson团队在杂志Nature Communications上发表了题为Mitochondria are secreted in extracellular vesicles when lysosomal function is impaired的文章，发现当溶酶体降解途径受到抑制时，大EV中的线粒体通过内吞体途径被消除。

 

1.  抑制溶酶体酸化会导致大、小的细胞外囊泡的释放增加

    为了研究溶酶体损伤与EV分泌之间的关系，团队用BafA1处理小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs），并检测这些细胞中EV的释放，发现EV标记物在BafA1处理后显著增加，表明在抑制溶酶体酸化过程中，EV的分泌增加。有趣的是，BafA1处理显著增加了大EV的线粒体蛋白水平；进一步研究发现，FCCP处理后MEF中大EV分泌增加，而小EV的分泌显著减少。

    通过蛋白质组学分析，团队富集到线粒体相关蛋白，以上研究表明破坏溶酶体酸化导致细胞EV分泌增加，而大EV可能包含完整的线粒体。

    为研究破坏溶酶体功能是否会增强体内EV的释放，团队给小鼠注射了氯喹（CQ），一种增加溶酶体pH的溶酶促性药物，并研究了给药24小时后心脏组织细胞外空间和血浆中EV含量的变化。他们发现CQ治疗导致了心脏组织中大EV水平的增加，大EV组分中线粒体蛋白Tim23的水平增加，且这些线粒体来源于心脏。

    此部分研究表明，当小鼠心脏的溶酶体功能受损时，线粒体可以在来自内吞体系统的大型EV中释放。

2. Rab7缺乏导致大/小EV分泌增加

    接下来，团队旨在探究将MVBs引导到质膜上分泌EV而不是向溶酶体进行降解的其他条件。因为小的GTPase Rab7促进了MVB与溶酶体的融合，他们研究了Rab7缺失对大/小EV释放到条件培养基中的影响，发现Rab7缺失导致细胞中大/小EV的释放增加。

    进一步研究发现，可能存在具有货物特异性的不同囊泡亚群，Rab7缺陷细胞的内吞体活性增强，而Rrab7缺陷导致线粒体被隔离到CD81阳性的囊泡中进行分泌。

3. 大EV的分泌可独立于自噬基因和PINK1发生

    一些研究报道，细胞中某些囊泡的分泌依赖于自噬小体的形成。因此，团队通过评估WT和自噬缺陷的Atg5−/−MEFs中EV的释放，来检测大EV中线粒体的分泌是否需要功能性自噬。他们发现在MEF中敲除Atg7对Baf A1处理在MEF中诱导的EV分泌没有影响；进一步研究发现，PINK1敲低的细胞的大EV部分中CD81和COX4s1水平相似，表明线粒体的分泌可以独立于Atg5/Atg7和PINK1发生。

    Rab7促进自噬小体和溶酶体之间的融合。团队发现Rab7−/−MEF的LC3II水平显著升高，表明自噬小体发生积累，但在Rab7−/−MEF中，p62/SQSTM1的水平没有变化。另外，溶酶体在Rab7−/−MEF中仍有功能。

    实验证明，当自噬受损时，p62在细胞中积累，而Rab7−/−MEF中p62蛋白水平不变，表明p62结合的货物可能存在另一种处理机制。因此团队研究了干扰溶酶体酸化破坏或Rab7缺失是否会诱导自噬体和MVB之间的融合。他们发现在WT和Rab7−/−MEF中，BafA1处理也增加了GFP-LC3和CD81的共定位，表明溶酶体功能障碍和囊泡形成之间存在联系。综上所述，这些结果表明，大EV的分泌独立于自噬。然而，自噬小体可以与MVBs融合形成囊泡，这可能会限制含有细胞毒性物质的自噬小体的积累，并通过EV的分泌消除自噬物质。

4. Rab7−/−MEF中EV分泌的消除增强了对应激的敏感性

    自噬在清除已被标记为降解的泛素化货物方面很重要，团队发现尽管自噬受损，但Rab7−/−MEF中泛素化蛋白略有下降，Rab7−/−MEF分泌的大/小EV中泛素化蛋白水平的增加，这表明替代囊泡途径可以处理泛素化货物，否则会在细胞内降解。

    既往研究报道，Rab27a是EV分泌的重要调节因子，促进MVBs与质膜的对接。团队惊讶地发现与WT细胞相比，Rab7−/−MEF中的Rab27a蛋白和mRNA水平显著增加了~45倍，通过敲除Rab27a来破坏EV的释放并不影响线粒体的含量或线粒体的生物发生。

5. 成年小鼠心脏中Rab7的基因消融导致心脏组织中EV的分泌增加

    为了研究Rab7在体内调节EV释放中的作用，团队将Rab7f/f小鼠与他莫昔芬诱导的转基因小鼠杂交，使成年小鼠心脏出现心肌细胞特异性的Rab7缺失。透射电镜评估超微结构水平的变化证实肌纤维结构和线粒体正常，但在Rab7缺陷的肌细胞中存在许多小空泡，且Rab7缺陷的心脏中的自噬通量受损，进一步研究发现，心脏特异性Rab7缺失导致自噬降解受损，同时，心脏中含有线粒体的大型EV的释放增加。

    一系列研究表明，在成年小鼠的心肌细胞中，Rab7的缺失会在自噬功能障碍期间放大EV的释放，这种反应足以维持体内的心脏稳态，因为心脏巨噬细胞确保了释放后的物质的吞噬作用。

6. 随着年龄的增长，Danon病患者心脏中EV的分泌增加

    在心肌细胞等长寿细胞中，溶酶体消除受损蛋白质和细胞器的负担随着年龄的增长而增加。研究报道了溶酶体的各种与年龄相关的变化，从大小和数量的改变到溶酶体水解酶活性的受损。

    团队发现，与正常对照心脏相比，老年Danon病患者的心脏组织中线粒体阳性水平更高，这些结果证实了由于年龄或基因突变而导致的内部降解途径的妥协会导致细胞中含有线粒体的EV的分泌增加。

7. 总结

    线粒体质量控制对心脏内稳态至关重要，因为这些细胞器负责产生维持收缩所需的大部分能量。功能失调的线粒体通常通过聚集在溶酶体上的细胞内降解途径进行降解。

    本文中，团队确定了一种在溶酶体功能受损时消除线粒体的替代机制。他们发现，溶酶体抑制导致了在大的细胞外囊泡（EV）中线粒体的分泌增加。EV在多泡体中产生，其释放不依赖于自噬。

    在细胞或成年小鼠心脏中，小GTPase Rab7的缺失会导致含有泛素化物质的EV的分泌增加，包括完整的线粒体。分泌的EV被巨噬细胞捕获，而不激活炎症。来自老年小鼠或Danon病患者的心脏中含有线粒体的分泌EV水平增加，表明在心脏病理生理过程中囊泡释放被激活。