الورقة البحثية التي نقدمها اليوم هي هذه.

MitoEVs: A new player in multiple disease pathology and treatment

Xiyue Zhou, Shuyun Liu, Yanrong Lu, Meihua Wan, Jingqiu Cheng, Jingping Liu

First published: 31 March 2023

Handle Redirect

doi.org

أولاً

شرح المصطلحات

MitoEVs

إن الـ MitoEVs هي حويصلات خارج الخلوية (EV) تحتوي على مكونات ميتوكوندرية، وهي تعزز التواصل بين الخلايا ويمكنها التأثير على استقلاب الخلايا المستقبِلة ونمطها الظاهري. وتشير التغيرات في إنتاج الـ MitoEVs في الحالات المرضية إلى إمكانيتها المحتملة كمؤشرات حيوية للمرض وأهداف علاجية.

الحويصلات خارج الخلوية

الحويصلات خارج الخلوية (EV) هي بُنى مشتقة من الخلايا تشبه الجسيمات الدهنية، وهي تعزز التواصل بين الخلايا وتنقل حمولة نشطة بيولوجياً (مثل الأحماض النووية والبروتينات والدهون) للتأثير على وظيفة الخلايا المستقبِلة ونمطها الظاهري. وللحويصلات خارج الخلوية (EV) قيمة محتملة في التطبيقات الطبية مثل تشخيص الأمراض والاستهداف العلاجي وإيصال الأدوية. والإكسوسوم جزء من الحويصلات خارج الخلوية (EV).

الميتوكوندريا

الميتوكوندريا هي بُنى داخل الخلية مسؤولة عن وظائف محددة، وتؤدي أدواراً مهمة في وظائف الخلية مثل إنتاج الطاقة والعمليات الاستقلابية وتنظيم موت الخلية. والميتوكوندريا هي الموقع الرئيسي لتوليد ATP، وتقوم بالتنفس الخلوي الهوائي، وهو عملية تفكيك الجزيئات العضوية باستخدام الأكسجين لإمداد الطاقة. كما تمتلك الميتوكوندريا حمضها النووي الميتوكوندري الخاص بها، ولها أصل تطوري مختلف عن البُنى الأخرى داخل الخلية. ويرتبط الخلل الوظيفي للميتوكوندريا بالعديد من الأمراض والشيخوخة والاضطرابات الاستقلابية.

شرح هذه الورقة البحثية باختصار.

هذه الورقة هي ورقة مراجعة (Review). وهي ورقة تلخّص أحدث المعارف بطريقة سهلة الفهم. ولتلخيص هذه الورقة باختصار، فإنها تشرح دور الحويصلات خارج الخلوية (EV) الميتوكوندرية في إحداث تأثيرات وظيفية على خلايا متنوعة وفي ظروف متنوعة. كما تتطرق إلى إمكانية الـ MitoEVs كمؤشرات حيوية أو علاجات، مع التطلع نحو التطبيق السريري.

ما هي الـ EV الميتوكوندرية

1. توجد المكونات الميتوكوندرية في جميع أنواع الحويصلات خارج الخلوية (EV) تقريباً المشتقة من الخلايا المزروعة وسوائل الجسم البشري.
2. وتشمل هذه المكونات شظايا mtDNA، وmtDNA كامل الطول، والبروتينات الميتوكوندرية، وحتى الميتوكوندريا الطبيعية.
3. قد يكون نقل الميتوكوندريا بوساطة الـ EV رسولاً مهماً في التواصل بين الخلايا، وقد يتأثر بالحالات المرضية.
4. قد يتأثر إطلاق الـ MitoEVs وخصائصها بعوامل متعددة، مثل نوع منشأ الخلية/النسيج، وحالة الخلية/النسيج المانح، وطريقة العزل.

كيف تُنتَج الـ MitoEVs وتُطلَق؟

1. يصعب فصل الـ MitoEVs عن الـ EV والإكسوسوم.
2. بعد توليد الـ MitoEVs، من المحتمل أيضاً أن تندمج مع إكسوسومات أخرى وتُطلَق خارج الخلية.
3. قد يكون إطلاق المحتويات الميتوكوندرية بوساطة الـ EV وسيلة للحفاظ على اتزان الخلية المانحة.
4. الحويصلات الميتوكوندرية (Mitovesicles)، وهي نوع فرعي من الـ EV اكتُشف حديثاً في نسيج الدماغ وغني بالمحتويات الميتوكوندرية، لها خصائص مختلفة تماماً عن الـ EV القياسية.
5. من خلال تنظيم عملية إيصال المكونات الميتوكوندرية بوساطة الـ EV، يمكن فرز المكونات الميتوكوندرية المرغوبة بشكل انتقائي داخل الـ EV لأغراض علاجية.

تحديد الـ MitoEVs

1. يمكن استخدام طرق متنوعة لعزل الـ EV مثل الطرد المركزي الفائق، والطرد المركزي المتدرج، والترسيب القائم على PEG، وكروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي، ولكن نظراً لعدم وجود سمات حاسمة، فإن طرق العزل المحددة للـ MitoEVs محدودة.
2. يمكن الكشف عن الطرق العامة لتوصيف الـ EV، مثل الشكل والحجم والواسمات السطحية، باستخدام NTA وEM وFC والتنشيف المناعي، إلا أن حجم الـ MitoEVs ومحتواها الميتوكوندري شديدا التباين.
3. قد تُدمج المكونات الميتوكوندرية التي تُوصَّل من الخلايا المانحة بوساطة الـ EV في الشبكة الميتوكوندرية للخلايا المستقبِلة، وتمارس وظائف بيولوجية مثل التنظيم الاستقلابي والتنظيم المناعي.
4. هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث لتقييم الطرق المثالية لعزل الـ MitoEVs من أنواع مختلفة من العينات البيولوجية ومن الـ MitoEVs كبيرة الحجم.

ما هي التأثيرات البيولوجية للـ MitoEVs؟

التنظيم الاستقلابي

تؤدي الميتوكوندريا دوراً مهماً في طاقة الخلية واستقلابها، وقد تترتب على الخلل فيها عواقب وخيمة. وقد ثبت أن إيصال الميتوكوندريا بوساطة الـ EV يستعيد الوظيفة الميتوكوندرية للخلايا المستقبِلة، كما يُلاحظ في دراسات حيث تزرع الصفيحات الدموية المنشّطة ميتوكوندريا ذات وظيفة تنفسية في الخلايا الجذعية الوسيطة (MSC)، وحيث تستعيد الـ EV الصادرة من الـ MSC عدد نسخ mtDNA وعجز الطاقة الحيوية في خلايا الأنابيب الكلوية. وتشير هذه النتائج إلى أن تعبئة الميتوكوندريا الوظيفية داخل الـ EV ونقلها إلى الخلايا المستقبِلة يمكن أن يحسّن وظيفة الخلية.

الوظيفة المعدِّلة للمناعة

1. الاستجابة المناعية مهمة في حماية الجسم من المرض، إلا أن المكونات الميتوكوندرية التالفة المُطلَقة من الـ EV قد تُحرّض الالتهاب وتثبّط وظيفة الخلايا التائية.
2. ومع ذلك، فإن إدخال الميتوكوندريا بوساطة الـ EV يمكن أيضاً أن يعزز وظيفة الخلايا المناعية ويحافظ على اتزان النسيج.
3. يؤدي تلف الميتوكوندريا والـ MitoEVs أدواراً مهمة في مُسبِّبات أمراض متنوعة، مثل السرطان وأمراض الكبد والأمراض المعدية وأمراض القلب والأوعية الدموية.

تأثير الـ MitoEVs على الأمراض

السرطان

1. هناك دور للحويصلات خارج الخلوية (EV) في إيصال المكونات الميتوكوندرية التي تؤثر على وظيفة الخلايا السرطانية في ظروف متنوعة.
2. أُفيد بأن الـ EV الغنية بالـ mtDNA تُنقل من خلايا سرطان الثدي لتعزيز غزو خلايا سرطان الثدي المستقبِلة في حالة نقص الغلوتامين. ويتحقق ذلك عن طريق زيادة تعبير ميتالوبروتيناز المطرس (MMP) وإنتغرين α5β1.
3. أُفيد أيضاً بإطلاق الـ MitoEVs من خلايا ابيضاض الدم النقوي الحاد (AML) أثناء تمايز الخلايا. ويؤدي تثبيط ذلك إلى إعاقة التمايز النقوي. علاوةً على ذلك، تُطلق خلايا الورم الميلانيني للفأر المفرِطة في تعبير LON حويصلات EV غنية بالـ mtDNA لتحريض إنتاج السيتوكينات في البلاعم، مما يثبّط الاستجابات المناعية للخلايا التائية السامة للخلايا في البيئة المجهرية للورم.
4. أُفيد أيضاً بدور لإيصال الميتوكوندريا بوساطة الـ EV في مقاومة أدوية السرطان. ففي مرضى سرطان الثدي النقيلي الذين قاوموا العلاج بالإنسولين، تبيّن وجود حويصلات EV غنية بالـ mtDNA تدور في الجسم. وقد تعمل هذه كإشارات مُحرِّضة للسرطان تحرّض مقاومة العلاج الصمّي الداخلي في خلايا سرطان الثدي المعتمدة على الفسفرة التأكسدية. وقد تُوصِّل الـ EV المُطلَقة من خلايا سرطان الثدي ثلاثية السلبية المقاومة للعلاج الكيميائي ميتوكوندريا وظيفية إلى خلايا سرطان الثدي ثلاثية السلبية الحساسة، مما يزيد من مقاومة العلاج الكيميائي وتكوّن الأورام. وبالمثل، أوصلت الـ EV الصادرة من الخلايا اللحمية المنشّطة بالورم الميتوكوندريا إلى خلايا الورم الدبقي الخبيث، مما أدى إلى نشوء مقاومة للعلاج الإشعاعي والعلاج الكيميائي للسرطان.

وخلاصة القول، قد يسهم إيصال الميتوكوندريا بوساطة الـ EV في مقاومة أدوية السرطان، ويعزز غزو الورم ونموه.

أمراض الكبد

يسهم إيصال الميتوكوندريا بوساطة الـ EV في الإصابة بمرض الكبد الكحولي، وذلك من خلال تحريض إجهاد الشبكة الإندوبلازمية والالتهاب عبر إطلاق جسيمات دقيقة غنية بالـ mtDNA وارتفاع مستويات mtRNA، ومن ثم تحريض إطلاق العوامل المُحرِّضة للالتهاب.

أمراض القلب والأوعية الدموية

ترتبط السمنة ارتباطاً وثيقاً بأمراض القلب والأوعية الدموية، وتُطلق الخلايا الدهنية الواقعة تحت الإجهاد الحراري حويصلات EV تحمل مكونات ميتوكوندرية تالفة، مما يحرّض اندفاعات ROS وخللاً وظيفياً ميتوكوندرياً في نسيج عضلة القلب، إلا أن الـ EV الصادرة من الخلايا الدهنية المُعالَجة مسبقاً بحمض البالميتيك يمكن أن تحمي خلايا القلب من الإجهاد التأكسدي الحاد.

الأمراض التنفسية

قد يُنظّم إدخال الميتوكوندريا بوساطة الـ EV الالتهاب في الأمراض التنفسية، فمرضى الربو لديهم مستويات أعلى من الـ EV الإيجابية لـ HLA-DR، ومرضى COPD لديهم مستويات أعلى من mtDNA الدائر في الجسم. وقد تكون هذه الـ EV جزيئات تستشعر التعرض للتبغ ومُسبِّبات COPD.

نحو التطبيق السريري

قد تعمل الـ MitoEVs المُطلَقة بفعل تلف الميتوكوندريا كمؤشرات حيوية للمرض، كما أنها قد تصبح أدوية علاجية لأمراض متعددة لأنها تؤثر على الحالة الاستقلابية للخلايا المستهدَفة.

المؤشرات الحيوية

يمكن للـ MitoEVs المُطلَقة من الخلايا المانحة أن تكون مؤشرات حيوية محتملة لتشخيص المرض أو رصده، وذلك من خلال عكسها لحالات مرضية متنوعة.

السرطان

1. التشخيص المبكر للسرطان صعب، إلا أن الحويصلات خارج الخلوية (EV) تنطوي على إمكانية أن تكون مؤشرات حيوية.
2. نظراً لأن الـ EV الميتوكوندرية (MitoEVs) تحتوي على معلومات تعكس حالة الخلية الأم، فقد تكون مفيدة في رصد تقدّم السرطان والاستجابة للعلاج.

الأمراض المرتبطة بالتقدم في السن

1. ترتبط الأمراض المرتبطة بالتقدم في السن بالإجهاد التأكسدي وتلف الميتوكوندريا، ويتطلب تشخيصها مؤشرات حيوية غير باضعة.
2. قد تكون الواسمات الميتوكوندرية الدائرة مثل ATP5A وNDUFS3 مفيدة كعوامل تنبؤية لاعتلال الأعصاب والوهن لدى كبار السن.

الاستراتيجيات العلاجية

أمراض القلب والأوعية الدموية

قد تصبح الـ MitoEVs استراتيجية علاجية مبتكرة خالية من الخلايا في علاج أمراض القلب والأوعية الدموية، لأنها تستطيع تعزيز الوظيفة الميتوكوندرية وحيوية الخلايا في خلايا عضلة القلب التالفة، ربما عبر تعبير PGC-1α، وتحسين وظيفة القلب بعد احتشاء عضلة القلب.

الأمراض العصبية

1. تؤثر الأمراض العصبية على الدماغ والخلايا العصبية، ويُعد تلف الميتوكوندريا عاملاً مهماً في نشوئها.
2. تُعد الحويصلات خارج الخلوية (EV) الغنية بالميتوكوندريا والمشتقة من الخلايا الجذعية العصبية وأنواع أخرى من الخلايا واعدةً كأدوية علاجية للأمراض العصبية، وذلك عن طريق استعادة وظيفة الميتوكوندريا وتخفيف الالتهاب.

انطباعات

إن الـ MitoEVs جذابة للغاية. ومع ذلك، وكما هو مذكور في هذه الورقة، فمن الصعب تقنياً نوعاً ما عزل المشتق من الميتوكوندريا فقط من الـ EV العامة (الإكسوسوم). هذا في الوقت الراهن على الأقل. ولأن الكثير من الـ EV يُفقد أثناء عملية العزل، فمن المرجح بشدة فقدان الكثير من الـ EV. لذلك، ولأغراض التشخيص والمؤشرات الحيوية، أرى أنه من المعقول استخلاص الـ EV المشتقة من الميتوكوندريا فقط وإجراء الفحص، وذلك بهدف تقليل الضوضاء وتحسين قابلية إعادة إنتاج البيانات. أما للاستخدام العلاجي، فأرى أنه ينبغي النظر في جدواه من حيث التكلفة والفائدة. وأتمنى أن نتمكن، من خلال ثورة تقنية مبتكرة، من استخلاص كميات كبيرة من الإكسوسوم المنقّى.