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中国生物化学与分子生物学报 2020年第7期36卷 858-864页

作者：胡晓青程锦张辛敖英芳北京大学第三医院运动医学关节伤病北京市重点实验室北京100191

关节软骨是无血供组织。软骨细胞处于低氧环境中,细胞能量来源的大部分来自糖酵解,仅有一小部分来自线粒体氧化磷酸化。因此,软骨细胞中线粒体的功能一直未被重视,且局限于体外细胞研究。本文采用激光共聚焦显微成像技术建立了原位软骨... 详细信息

关节软骨是无血供组织。软骨细胞处于低氧环境中,细胞能量来源的大部分来自糖酵解,仅有一小部分来自线粒体氧化磷酸化。因此,软骨细胞中线粒体的功能一直未被重视,且局限于体外细胞研究。本文采用激光共聚焦显微成像技术建立了原位软骨细胞及其线粒体形态的观察方法,发现软骨细胞形态及线粒体密度与细胞所在层次相关。有文献表明,软骨细胞内线粒体源性活性氧(reactive oxygen species,ROS)可与促炎因子共同作用加速软骨组织退变。线粒体呼吸链电子漏产生的超氧阴离子是细胞内ROS的最主要来源。而超氧阴离子半衰期非常短,并且很容易自发地转化为过氧化氢,使它成为最难检测的ROS信号。新型超氧阴离子探针mt-cpYFP(mitochondrially targeted circularly permuted yellow fluorescent protein)是一种可特异性感受超氧阴离子的黄色荧光蛋白。本文基于mt-cpYFP转基因小鼠实时监测软骨细胞内超氧阴离子变化情况,发现原位软骨细胞在静息状态下存在量子化超氧爆发现象(线粒体炫);同时,促炎因子白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)刺激软骨细胞后,线粒体炫活性增加。因此,我们建立了原位软骨细胞线粒体形态与超氧阴离子动态变化的检测方法,并进一步探讨了促炎因子对关节软骨细胞线粒体ROS产生的影响。

关键词：原位软骨细胞线粒体炫超氧阴离子

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线粒体炫研究综述

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生理科学进展 2018年第1期49卷 20-27页

作者：丰高敏刘蓓蓓侯婷婷王显花程和平北京大学分子医学研究所北京100089 北京大学生命科学联合中心北京100089

线粒体炫(mitochondrial flash,mitoflash)是近几年新发现的一种反映线粒体电化学兴奋性的功能事件,也是高度保守并且广泛存在的量子化的线粒体信号事件,在真核生物的生理和病理过程中发挥重要作用。线粒体炫信号受到线粒体活性氧、钙... 详细信息

线粒体炫(mitochondrial flash,mitoflash)是近几年新发现的一种反映线粒体电化学兴奋性的功能事件,也是高度保守并且广泛存在的量子化的线粒体信号事件,在真核生物的生理和病理过程中发挥重要作用。线粒体炫信号受到线粒体活性氧、钙、质子等信号的高度调控,与线粒体能量代谢、氧化应激响应等紧密相关。调控线粒体炫活性可能为研究线粒体相关疾病提供新的思路和策略。

关键词：线粒体炫活性氧膜电势信号传递

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线粒体炫在玉兰和荷花发育及其开花生热中的功能动态研究

线粒体炫在玉兰和荷花发育及其开花生热中的功能动态研究

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作者：张瑾北京林业大学

学位级别：硕士

开花生热（Floral thermogenesis）是植物为了保证开花繁殖顺利完成而调控自身温度的生理活动。通常来说,某些植物类群在开花时花部器官会释放大量热量,具有防止低温损伤、增加昆虫访花筹码、提高种子质量和结实率等重要生物学功能。在... 详细信息

开花生热（Floral thermogenesis）是植物为了保证开花繁殖顺利完成而调控自身温度的生理活动。通常来说,某些植物类群在开花时花部器官会释放大量热量,具有防止低温损伤、增加昆虫访花筹码、提高种子质量和结实率等重要生物学功能。在开花生热能量爆发的过程中,细胞中作为能量车间的线粒体、能量来源的糖类物质与热量的产生密切相关。线粒体炫是在静息状态下,单个线粒体表现出的超氧化物间隔10s的爆发式生成现象,反映线粒体动态活性程度。本研究聚焦于以淀粉为代表的糖类物质和以线粒体炫为调频信号的线粒体在植物开花生热中的功能,为植物开花生热机制提供新的理论依据。本研究以线粒体为能量代谢单元探究玉兰（Magnolia denudata Desr.）与荷花（Nelumbo nucifera Gaertn.）开花生热时的能量代谢机制。使用半薄切片及其组织化学染色技术,对植物休眠以及开花生热前后的淀粉进行量化分析,探讨淀粉动态变化对植物发育和开花生热的重要意义。使用高分辨激光共聚焦显微成像技术,分别对开花生热前后的线粒体炫、胞质Ca和线粒体Ca进行活体荧光标记,通过分析线粒体炫频率变化、胞质Ca和线粒体Ca的荧光强度差异,解析Ca在开花生热中的调控作用。采用海马细胞能量代谢实时测定仪研究Ca和ROS对生热组织呼吸速率的影响,揭示Ca和ROS及线粒体相互联系及其在开花产热的功能。最终从细胞层面深入探究线粒体在植物开花生热中的能量调控作用。主要实验结果如下:（1）玉兰花芽休眠期间雌蕊组织富含淀粉并呈现动态变化。每年花芽分化的9月到12月,雌蕊组织细胞内的淀粉处于高水平积累模式;12月到次年1月的淀粉含量显著下降至低水平模式标志着内休眠的解除,同时发现此阶段淀粉含量降低伴随着线粒体炫高频率发生;从次年2月到3月花发育完成期淀粉再次积累,并达到中度水平。（2）荷花非生热细胞和生热细胞内均有淀粉分布,但生热细胞的淀粉含量显著高于非生热细胞,淀粉主要在生热细胞中积累。此外,非生热时期和生热时期的花托结构形态也存在明显差异。荷花非生热时期花托表皮仅含有柱状细胞,并未发现乳突状细胞和气孔器;靠近表皮的腺组织未发育成熟,细胞质浓厚、排列紧密;最内层腺间质细胞内有淀粉积累。生热时期的花托表皮细胞光滑且排列紧密,无明显的细胞间隙;花托表皮由柱状细胞、细胞质浓厚的乳突状细胞以及气孔器组成;气孔保卫细胞内中含有大量的淀粉,而在乳突状细胞和柱状细胞中并未发现淀粉积累。靠近表皮的腺组织结构致密、无细胞质、呈黄色晶体状内含单宁。花托最内层结构是腺间质细胞,其主要功能是储存淀粉。此外对玉兰生热细胞和非生热细胞的淀粉含量进行统计分析,发现玉兰生热细胞的淀粉含量显著高于非生热细胞,与荷花的淀粉动态变化具有同样的规律。（3）荷花生热细胞和非生热细胞的线粒体形态存在明显差异,线粒体在生热时伴随线粒体炫的高频率发生,处于高度的活跃能量代谢水平。非生热细胞中,线粒体多呈圆形、椭圆形;生热细胞中线粒体形态多变,有圆形、棒状、长椭圆形、哑铃形。依据单个线粒体周长,单个线粒体面积和单个线粒体长宽比,对线粒体形态变化分析表明:生热细胞的线粒体面积,周长以及长宽比均显著高于非生热细胞。同时,生热细胞的线粒体密度以及线粒体炫频率也显著高于非生热细胞,表明生热细胞的线粒体正在进行着积极的能量代谢活动。（4）荷花生热细胞和非生热细胞的Ca发生着动态转运,并通过调控线粒体炫发生频率进而参与到开花生热中。荷花生热细胞的胞质Ca含量显著高于非生热细胞;生热细胞的线粒体Ca显著低于非生热细胞,表明荷花开花生热过程中Ca始终处于动态转运。进一步改变生热细胞中的胞质Ca水平发现胞质Ca水平增加对呼吸速率有明显的抑制作用;相反,胞质Ca水平降低在短时间内对呼吸速率有显著的促进作用。（5）生热细胞ROS含量变化通过影响线粒体炫发生频率进而响应开花生热。改变荷花生热细胞内基础ROS水平发现ROS含量变化对呼吸速率有一定的影响。基础ROS水平增加对呼吸速率有明显的抑制作用;而基础ROS被清除后,对交替氧化（AOX）呼吸途径存在明显的抑制作用,在一定时间内又可以起到激活细胞色素c（COX）呼吸途径的作用。综上,玉兰花芽休眠期间花芽内会储存大量淀粉,一方面维持基础代谢活动,另一方面为休眠解除提供物质基础,当内休眠解除时,淀粉含量会显著降低,本研究发现淀粉含量骤降的同时线粒体炫高频率发生。玉兰和荷花分属开花生热的两种不同植物,在生热过程中均有大量淀粉积累于生热细胞以维持线粒体能量代谢的进行。在此过程中,能量爆发与生热细胞内线粒体功能动态密不可分,研究表明生热细胞线粒体形态存在剧烈变化,此时线粒体不断的分裂与融合,同时生热细胞内线粒体炫高频率发生也表明线粒体在生热时期处于剧烈的能量代谢状态中。此外生热细胞的胞质Ca显著高于非生热时期

关键词：开花生热淀粉线粒体呼吸线粒体炫 Ca2+ ROS

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UCP2过表达对心肌细胞线粒体炫的调控及内毒素心肌损伤的保护研究

UCP2过表达对心肌细胞线粒体炫的调控及内毒素心肌损伤的保护研究

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作者：陈文博遵义医学院

学位级别：硕士

目的:本实验拟通过脂多糖诱导乳鼠心肌细胞的脓毒症心肌损伤模型,探究UCP2过表达能否调控脓毒症心肌线粒体炫的频率,以及是否有心肌保护作用。方法:分离培养原代大鼠乳鼠心肌细胞,用LPS诱导建立脓毒症心肌损伤模型。分别用UCP2过表达腺... 详细信息

目的:本实验拟通过脂多糖诱导乳鼠心肌细胞的脓毒症心肌损伤模型,探究UCP2过表达能否调控脓毒症心肌线粒体炫的频率,以及是否有心肌保护作用。方法:分离培养原代大鼠乳鼠心肌细胞,用LPS诱导建立脓毒症心肌损伤模型。分别用UCP2过表达腺病毒与对照空病毒转染心肌细胞。随机分为6组:正常组、UCP2过表达组、空病毒组、LPS组、LPS+UCP2过表达组、LPS+空病毒组。用cp-YFP腺病毒转染心肌细胞,使心肌细胞线粒体中表达cp-YFP,激光共聚焦显微镜采集图像,Flash Sniper软件分析图像,观察各组线粒体炫的频率。分别检测各组CK、LDH水平,TNF-α、IL-6释放,TMRM染色法检测线粒体膜电位,WB检测各组UCP2蛋白表达水平。结果:(1)与正常组相比,LPS组心肌细胞线粒体炫频率显著增高,CK、LDH、TNF-α、IL-6水平显著升高(P线粒体炫频率明显下降,CK、LDH、TNF-α、IL-6水平显著降低,但高于正常组(P线粒体膜电位显著上升,但低于正常组(P0.05)。结论:UCP2过表达能够减少脓毒症心肌细胞过量ROS的产生,部分逆转LPS诱导导致的心肌损伤,起到心肌保护作用。

关键词：脓毒症心肌保护线粒体炫解偶联蛋白2 活性氧

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线粒体炫的文献计量学分析

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中国循证心血管医学杂志 2023年第5期15卷 513-516,536页

作者：张雪松石树青胡元会中国中医科学院广安门医院心血管科北京100053

目的通过检索线粒体炫(mitochondrial flash,mitoflash)领域的相关文献,建立mitoflash研究成果的定性和定量评价模型,对本领域科学成果进行可视化分析。方法数据来源于Web of Science Core Collection数据库,检索时限:2008年1月至2021... 详细信息

目的通过检索线粒体炫(mitochondrial flash,mitoflash)领域的相关文献,建立mitoflash研究成果的定性和定量评价模型,对本领域科学成果进行可视化分析。方法数据来源于Web of Science Core Collection数据库,检索时限:2008年1月至2021年11月。运用CiteSpace对已发表的mitoflash相关文献进行合著关系、共被引文献以及关键词可视化分析。结果2008~2021年,共发表mitoflash相关文献132篇,发表文章最多的国家是中国,北京大学发文量位居机构第一,作者程和平发文量位居榜首。排名前5的关键词分别是超氧炫、氧化应激、线粒体瞬时通透性转换孔道、线粒体以及代谢。结论文献计量学分析结果表明,mitoflash目前研究集中在基础实验方面,把线粒体炫作为线粒体相关疾病病理学研究和医疗干预研究新视角,或将成为未来研究趋势。

关键词：线粒体炫文献计量学 Web of science CiteSpace 研究趋势

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线粒体炫(mitochondrial flash)调控的分子与细胞生理机制

线粒体炫(mitochondrial flash)调控的分子与细胞生理机制

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2019中国生理学会学术年会暨张锡钧基金第十五届全国青年优秀生理学学术论文交流会及第十三届全国青年生理学工作者学术会议

作者：侯婷婷北京大学

线粒体炫是一个发生在单个线粒体中的多层面信号的复合现象,包括随机、间歇性的超氧阴离子(O)爆发、瞬时线粒体膜电位(ΔΨm)去极化、线粒体渗透性转化孔道可逆性打开、NADH及FADH2等电子供体的消耗、线粒体肿胀和基质碱化等过程。线粒... 详细信息

线粒体炫是一个发生在单个线粒体中的多层面信号的复合现象,包括随机、间歇性的超氧阴离子(O)爆发、瞬时线粒体膜电位(ΔΨm)去极化、线粒体渗透性转化孔道可逆性打开、NADH及FADH2等电子供体的消耗、线粒体肿胀和基质碱化等过程。线粒体炫代表高度保守的线粒体活性,广泛存在于各种组织、细胞系和物种之间,与代谢、凋亡等线粒体核心功能密切相关。由此认为,线粒体炫是线粒体信号转导的一个基本事件。本系列论文中,

关键词：线粒体炫 ROS mitochondrial flash 线粒体呼吸链复合物细胞生理

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荷花开花生热过程中的线粒体功能动态研究

荷花开花生热过程中的线粒体功能动态研究

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作者：李静北京林业大学

学位级别：硕士

开花生热(Floral Themogenesis)是一些植物在开花过程中主动产生热量并对温度加以调控,使花部温度明显高于环境温度,从而促进花部器官顺利完成生殖发育的现象。线粒体作为细胞内能量代谢的动力工厂,在开花生热的调控中起着重要的作用。... 详细信息

开花生热(Floral Themogenesis)是一些植物在开花过程中主动产生热量并对温度加以调控,使花部温度明显高于环境温度,从而促进花部器官顺利完成生殖发育的现象。线粒体作为细胞内能量代谢的动力工厂,在开花生热的调控中起着重要的作用。线粒体炫(Mitoflash)是线粒体基质内超氧化物瞬时大量爆发并持续10 s左右的线粒体动态变化事件。本研究以线粒体为能量代谢单元,聚焦线粒体炫在植物开花生热中的动态变化及其功能,对于开花生热植物线粒体功能及产热机制具有重要的理论价值和指导意义。本研究以生热植物荷花(Nelumbo nucifera)为主要研究材料,并以生热植物玉兰(Magnolia denudata)进行部分补充试验,从细胞层面揭示线粒体在开花生热植物中的功能动态。本研究首先通过高分辨红外成像技术精准确定荷花的生热过程及关键生热部位。在精准定位生热组织的基础上,运用透射电镜对荷花生热及非生热细胞内线粒体形态、密度及分布进行观测,揭示生热和非生热细胞内线粒体的动态变化及发生与分布规律。结合运用线粒体荧光染色技术和高分辨激光共聚焦显微成像技术,分别对细胞内线粒体、ROS以及线粒体膜电位进行实时动态成像,通过分析线粒体在生热和非生热细胞内ROS荧光强度变化、线粒体炫的发生类型及其发生频率,解析线粒体炫在开花生热中的功能。结合运用Neofox荧光探针技术及Extracellular Flux Analyzer呼吸测定仪对荷花生热和非生热组织的呼吸活动进行测定,并通过对不同呼吸途径的抑制,初步明确荷花生热时的主要呼吸途径,结合线粒体功能动态,从细胞层面分析其产热机制。本研究以线粒体作为能量代谢单元,研究其在植物开花生热能量供应中的功能动态,在此基础上阐释植物开花生热的产热机制。综上,本研究结果如下:(1)确定荷花的关键生热组织与生热时期:荷花生热时期为雌蕊期和雄蕊期,生热时花部温度达到34℃,高于环境温度10℃左右,生热在13:00-15:00 pm达到高峰;荷花开花生热的主要部位为花托外层组织。(2)确定了荷花生热组织中线粒体动态变化及发生规律:荷花生热细胞中线粒体数量和线粒体荧光强度显著高于非生热细胞;并且非生热细胞中线粒体长宽比为1.07±0.07,而生热细胞中线粒体长宽比为1.85±0.4,显著高于非生热细胞。非生热时期线粒体多呈现圆形和椭圆形,相比于非生热细胞,生热时期花托线粒体形态变化剧烈,出现长圆形、棒状、哑铃型以及一些不规则形态,生热细胞中的线粒体多分布在液泡周围和细胞边缘紧靠细胞膜部分。(3)对线粒体炫发生类型进行分类(单次线粒体炫事件与多次线粒体炫事件),明确线粒体炫在开花生热中的发生规律及其与开花生热产热及能量代谢间的关系:荷花生热细胞内线粒体炫频率显著高于非生热细胞,依据线粒体炫事件在100 s内ROS突然爆发并持续一段时间且上升率△F/F﹥0.2的发生次数,将线粒体炫发生类型分为单次线粒体炫和多次线粒体炫,生热细胞内多次线粒体炫频率显著高于单次线粒体炫频率。并且,玉兰生热细胞中线粒体膜电位振荡(△Ψ Oscillations)频率显著高于非生热细胞,依据线粒体膜电位在100 s内突然去极化后又恢复且下降率△F/F﹥0.2的发生次数,将线粒体膜电位振荡发生类型分为单次线粒体膜电位振荡事件和多次线粒体膜电位振荡事件,生热细胞中多次线粒体膜电位振荡频率显著高于单次线粒体膜电位振荡频率。(4)明确生热组织相对非生热组织中ROS处于较高水平,且线粒体与ROS共定位结果显示生热细胞中的ROS主要来源于线粒体,生热细胞中线粒体ROS荧光强度为205.47±6.94,显著高于非生热细胞,生热组织和细胞中线粒体ROS活性更强。(5)荷花生热组织呼吸速率高于非生热组织,在生热组织中线粒体代谢旺盛。在生热组织花托中,AOX(Alternative oxidase)呼吸途径贡献率达到61.38%,而在非生热组织中,AOX呼吸途径贡献率为16.37%。非生热组织中以细胞色素C途径为主要呼吸途径,AOX呼吸途径不作为主要呼吸途径,而在生热组织,AOX呼吸途径作为重要的一环。综上,荷花具有显著的开花生热现象,生热过程中花托(关键生热组织)细胞中的线粒体数量明显增多,同时线粒体形态发生不规则的剧烈变化,表明荷花在开花生热过程中线粒体活性增加。而线粒体炫高频的发生会产生大量的ROS,导致ROS在生热细胞中大量积聚。我们进一步发现生热过程中AOX呼吸途径贡献率显著增加,这很可能与线粒体炫的高频爆发有关,源于AOX蛋白能够去除细胞中过量的ROS,提供保护以维持细胞的正常生理状态,最终导致生热细胞产生大量热量。本研究为开花生热调控提供了新的见解。

关键词：荷花开花生热线粒体线粒体炫

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