线粒体是细胞内的“能量工厂”，主要通过氧化磷酸化过程产生ATP。在低氧条件下，细胞内的氧浓度降低，导致氧化磷酸化受阻，ATP生成减少。为了应对能量供应不足，细胞会启动一系列代谢调整机制，如增强糖酵解途径，以弥补ATP的不足。
在低氧环境下，线粒体形态会发生显著变化。例如，武汉大学宋质银/何禾团队的研究发现，低氧可以促进管网状的线粒体形成体积较大的球形线粒体，这些巨大线粒体被称为“巨大线粒体”。严重缺氧会直接影响线粒体的呼吸功能，导致ATP生成进一步减少。此外，线粒体还可能出现肿胀、嵴崩解、外膜破裂和基质外溢等病变。
低氧下线粒体的调控机制
线粒体自噬：在低氧条件下，为了清除受损的线粒体并维持线粒体质量，细胞会启动线粒体自噬过程。这包括泛素依赖性通路和非泛素依赖性通路。泛素依赖性通路主要由PINK1和Parkin介导，通过泛素化线粒体上的蛋白质并招募自噬受体来启动自噬过程。非泛素依赖性通路则主要由线粒体自噬受体（如NIX、BNIP3和FUNDC1）主导，这些受体可以直接与LC3结合并启动自噬。
线粒体-溶酶体互作：研究发现，在低氧环境下，线粒体和溶酶体之间的相互作用显著增加。巨大线粒体可以直接吞噬溶酶体，这一过程被称为“巨大线粒体吞噬溶酶体（MMEL）”。这一互作模式不仅促进了线粒体内部物质的降解和清除，还揭示了线粒体质量控制的新途径。
线粒体蛋白酶的激活：低氧环境还能够激活多种线粒体蛋白酶，这些蛋白酶在线粒体自我消化（MSD）或线粒体自我自噬（mitoselfphagy）过程中发挥重要作用。它们参与降解线粒体蛋白和其他物质，从而维持线粒体的稳态和功能。
HIF-1a的稳定：在中性粒细胞等细胞中，低氧可以稳定缺氧诱导因子1a（HIF-1a），这是一种关键的转录调节因子。HIF-1a的稳定有助于促进氧气输送到缺氧区域，并通过调节糖酵解等代谢途径来维持ATP的合成。
低氧环境对线粒体功能具有显著影响，并触发了多种调控机制来应对这种挑战。这些机制包括线粒体自噬、线粒体-溶酶体互作、线粒体蛋白酶的激活以及HIF-1a的稳定等，它们共同维持了线粒体在低氧环境下的稳态和功能。