研究揭示新冠病毒对人心肌细胞线粒体结构损伤与长新冠相关的心血管疾病致病机制

     南方科技大学领衔，研究揭示了新冠病毒感染对心肌细胞线粒体的长期结构性损伤，为解释长新冠心血管疾病致病机制提供了细胞层面的直接证据。

      该研究聚焦5例临床长新冠患者，这些患者在感染后1至3个月内出现多种心血管症状，包括晕厥和心脏骤停、心悸和胸痛、呼吸困难和疲劳等。通过心内膜心肌活检获得的心脏组织样本，应用组织病理学、免疫组织化学和电镜观察发现，所有样本均存在心肌炎特征，如炎性细胞浸润、肌纤维束损伤及间质纤维化等。进一步电镜观察显示，样本心肌细胞中线粒体广泛出现结构异常：线粒体膜肿胀、空泡化，嵴结构明显破坏，表现为嵴膜断裂、排列紊乱甚至完全消失，内部基质密度不均，线粒体内膜系统严重受损等。

      为进一步量化线粒体超微结构损伤，研究采用聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）技术对活检样本进行三维体积成像。通过离子束连续切割表面（每层厚度10nm）和图像数据收集，构建了微米尺度的三维组织块结构模型。并利用深度学习软件MitoStructSeg对线粒体外膜、内膜及嵴膜进行自动分割。结果显示，60%-90%线粒体呈现结构紊乱，显著高于二维图像估算值（40%-60%），表明三维分析较传统二维图像更精准揭示了线粒体损伤程度。通过计算嵴密度（SCRIS/VMITO），提示能量代谢功能严重受损。这种三维定量方法克服了传统电镜超薄切片方向单一导致的偏差，为线粒体病理分析提供了更高分辨率和更准确的评估手段。

      在动物模型中，SARS-CoV-2 Omicron BA.5.2和BQ.1感染小鼠的心肌组织同样表现出线粒体超微结构异常。电镜结果显示，感染后小鼠心肌细胞线粒体嵴结构断裂、排列松散，部分线粒体出现肿胀和基质空泡化，与人类病例的病理特征高度相似。蛋白质组学分析揭示了线粒体相关蛋白的显著变化，这些差异表达蛋白主要富集于线粒体氧化磷酸化、线粒体外膜和内膜上转运蛋白、线粒体结构相关蛋白、细胞自修复蛋白、纤维化相关蛋白和心肌收缩等重要蛋白和信号通路上。显著上调的线粒体相关路径包括：转运体（TOM40、TOM20、TIM13、ADP/ATP载体蛋白 Slc25a13等）通过增强前体蛋白输入补偿膜损伤，线粒体稳态调控蛋白（外膜排序和组装组件Samm50、抑制线粒体碎片化的Prohibitin 1、线粒体内膜蛋白Mpv17等），氧化磷酸化复合物（细胞色素c氧化酶、细胞色素bc1复合体和NADH脱氢酶），进一步解释了新冠病毒感染对线粒体损伤后引发各种心血管病症的分子机制。（信息来源：南方科技大学）