基因突变

线粒体自身拥有DNA（mtDNA），核DNA（nDNA）也编码部分线粒体蛋白。mtDNA或nDNA的突变都可能影响线粒体的结构和功能。mtDNA为母系遗传，其突变率较高，因为mtDNA缺乏组蛋白的保护，且线粒体中DNA修复系统相对薄弱。例如，mtDNA上的点突变可能导致Leber遗传性视神经病变（LHON），患者会出现视力急剧下降甚至失明的情况。

氧化应激

线粒体是细胞内活性氧（ROS）的主要产生部位。在正常的有氧呼吸过程中，电子传递链会有少量电子泄漏，与氧气反应生成ROS，如超氧阴离子、过氧化氢等。当细胞受到外界因素如辐射、化学毒素（如某些药物、环境污染物）刺激，或者细胞内抗氧化防御系统功能减弱时，ROS产生和清除的平衡被打破，过多的ROS会攻击线粒体的膜脂、蛋白质和DNA，导致线粒体损伤。

钙超载

细胞内钙稳态对于线粒体功能至关重要。当细胞受到某些刺激，如缺血再灌注损伤时，细胞外大量钙离子内流，线粒体作为细胞内重要的钙库会摄取过多的钙离子。过量的钙在线粒体中会激活一些酶，如钙依赖性蛋白酶、磷脂酶等，这些酶会破坏线粒体的膜结构和内部的蛋白质，导致线粒体肿胀、膜电位下降等损伤。在心肌梗死患者的心肌细胞中，就会出现这种由于钙超载引起的线粒体损伤。

感染因素

病毒、细菌等病原体感染细胞后，可能会直接或间接影响线粒体功能。某些病毒可以编码与线粒体蛋白相互作用的蛋白，干扰线粒体的正常代谢。例如，一些RNA病毒可能会影响线粒体的RNA转录和翻译过程。细菌感染也可能通过引发炎症反应，导致细胞内产生大量ROS，间接损伤线粒体。

膜电位改变

线粒体膜电位是线粒体正常功能的重要指标。正常情况下，线粒体内膜两侧存在质子电化学梯度，形成内膜负外膜正的膜电位。线粒体损伤后，质子梯度可能被破坏，膜电位下降。这会导致ATP合成减少，因为膜电位是驱动ATP合酶合成ATP的动力来源。

ATP合成减少

由于线粒体损伤，氧化磷酸化过程受阻，电子传递链不能正常工作，使得ATP合成效率降低。细胞缺乏足够的ATP来维持各种生理功能，如肌肉收缩、物质运输、蛋白质合成等。例如，在神经细胞中，ATP不足会导致神经递质的合成和释放减少，影响神经信号传递。

形态结构变化

线粒体损伤后，其形态可能发生改变。常见的有肿胀、线粒体嵴结构模糊、减少甚至消失。在电子显微镜下，可以观察到损伤后的线粒体呈现出大小不均、形状不规则的状态。

帕金森病（PD）

线粒体功能损伤在PD的发病机制中起着关键作用。PD患者脑部黑质区域的神经元中线粒体复合物Ⅰ活性明显降低，导致ATP生成减少。另外，线粒体损伤引发的氧化应激和钙稳态失衡，会促使神经元内α-突触核蛋白聚集，形成路易小体，这是PD的另一个重要病理特征。

阿尔茨海默病（AD）

在AD患者的大脑神经元中，线粒体功能障碍明显。线粒体损伤导致能量供应不足，影响神经元的正常活动。同时，受损的线粒体产生的ROS增加，会进一步加剧神经细胞的氧化应激损伤。淀粉样前体蛋白（APP）的异常代谢也与线粒体损伤有关，APP的代谢产物可能会影响线粒体的运输和功能。例如，线粒体损伤会使神经元内的tau蛋白过度磷酸化，形成神经元纤维缠结，这是AD的典型病理特征之一。

心肌病

线粒体损伤会影响心肌细胞的能量供应。在扩张型心肌病患者中，心肌细胞线粒体的形态和功能发生改变，ATP合成减少，心肌收缩力下降。同时，线粒体损伤引起的氧化应激还会导致心肌细胞凋亡增加，进一步加重心肌损伤。例如，某些遗传性心肌病与线粒体DNA突变有关，这些突变会使线粒体呼吸链功能异常。

冠心病

在冠心病患者中，冠状动脉粥样硬化导致心肌缺血，缺血再灌注过程会引起心肌细胞线粒体损伤。钙超载、氧化应激等因素在这个过程中起重要作用。线粒体损伤后，心肌细胞的能量代谢紊乱，心脏功能受到影响。

糖尿病

胰岛β细胞中的线粒体对于胰岛素的合成和分泌至关重要。线粒体损伤会导致胰岛β细胞功能障碍，胰岛素分泌减少。同时，在肌肉和肝脏等外周组织中，线粒体功能受损会影响葡萄糖的摄取和代谢。例如，长期高血糖会引起线粒体氧化应激，反过来又加重糖尿病的病情，形成恶性循环。

肥胖症

脂肪细胞中的线粒体在脂肪代谢过程中发挥关键作用。线粒体损伤会使脂肪分解代谢减弱，脂肪合成增加。另外，在一些肥胖个体中，线粒体功能障碍可能导致能量消耗减少，更容易导致体重增加。