应用案例一：不同血小板分离方法中线粒体呼吸作用的比较

 

关键词：血小板、高分辨率呼吸测定

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

​​结果：使用PA作为PLT分离的临床方法，与DC快速分离的方法相比，同样地保持了线粒体的完整性和功能。WA组呼吸 控制中观察到的差异被PA制备后的额外洗涤步骤逆转，所以从临床PA中获得的样本可以在经过一个简单的洗涤步骤（WA） 后用于分析PLT中的线粒体呼吸控制。因此，高分辨率呼吸测量法可以与标准的临床分离过程相结合 ，用于PLT质量控制 和通过OXPHOS分析进行线粒体呼吸功能的常规诊断。

 

参考文献：Vernerova A, Garcia-Souza LF, Soucek O, Kostal M, Rehacek V, Kujovska Krcmova L, Gnaiger E, Sobotka O. Mitochondrial Respiration of Platelets: Comparison of Isolation Methods. Biomedicines. 2021 Dec 8;9(12):1859. doi: 10.3390/biomedicines9121859IF: 3.9 Q1 . PMID: 34944675; PMCID: PMC8698846.

引言：血小板在止血过程中起着重要作用，其线粒体功能的研究在生物医学 领域具有重要意义。血小板的输注在临床实践中已应用多年，但血小板的分 离和储存方法仍有待改进。密度梯度离心（DC）是研究血小板线粒体代谢 的常用方法，而血小板分离术（PA）是临床治疗中获取血小板的方法，但 PA 对血小板线粒体呼吸的影响尚未得到评估。因此，本文旨在比较PA和 DC分离的血小板的线粒体呼吸情况。

摘要： 本文研究了血小板分离术（PA）和密度梯度离心（DC）两种方法分离的血小板的线粒体呼吸情况。通过高分辨 率呼吸测定法，对来自29名健康献血者的血小板进行了分析，以比较PA和DC分离株。结果发现，临床PA获得的样 本经过简单洗涤后可用于分析血小板线粒体呼吸控制，高分辨率呼吸测定法可与标准临床分离程序相结合，用于血小板 质量控制和线粒体呼吸功能的常规诊断。

应用案例二：O2K检测全血方法提高了测量禽类血细胞线粒体呼吸的 速度和准确性

 

关键词：全血、血细胞、线粒体氧化磷酸化

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结果：与分离血细胞测量相比，仅需50µL的全血测量提供了鸟类血细胞线粒体呼吸更快速、更准确和可重复的线粒体呼吸评 估，全血在采血管中冷藏24小时保存仍可保持其活性。研究表明，离心和去除血浆可能引发不必要的并发症，且增加了样本 处理时间和减少了生物环境。因此，研究提倡尽可能地使用全血进行测量。

 

 

参考文献：NordA, Chamkha I, Elmér E. A whole blood approach improves speed and accuracy when measuring mitochondrial respiration in intact avian blood cells. FASEB J. 2023 Mar;37(3):e22766. doi: 10.1096/fj.202201749R. PMID: 36734850.

引言：线粒体功能的研究能为生态学和进化中的许多基本过程提供重要 的机制见解。鸟类等非哺乳动物的红细胞中含有线粒体，这使得从少量 血液样本中评估线粒体功能成为可能。但目前所有关于鸟类血细胞线粒 体的研究都使用分离的血细胞，而分离过程可能影响细胞健康和线粒体 功能，且细胞类型分离存在困难。因此，本文探讨了使用全血样本测量 线粒体呼吸的可行性。

 

​​​​​​​摘要： 此研究通过奥地利OroborosO2k高精度线粒体氧化磷酸化功能表征系统开发并验证测量鸟类全血线粒体呼吸 的方案，结果发现，与分离血细胞相比，全血测量提供了完整鸟类血细胞更快速、更具有生物背景、更准确和可重复的 线粒体呼吸评估。

应用案例三：通过高分辨率能量代谢测定血小板（凝血酶激活后）的耗氧率变化的 快速动力学过程

 

关键词：高分辨率检测，血小板激活，耗氧

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结果：总而言之，研究表明，高分辨率能量代谢测量法可用于研究活化血小板中耗氧率变化的动力学过程，时间尺度与血 小板的快速活化相关。研究数据表明，在线粒体未受刺激的血小板中，氧化磷酸化（OXPHOS）是氧气消耗的主要途径。 在活化后，氧气以依赖环氧合酶（COX）的方式迅速被消耗，这与之前的报道一致。然而，该高分辨率能量代谢测量法显 示其他氧气消耗途径也会被迅速激活。这为耗氧率变化的快速动力学提供了比细胞外通量分析法更复杂的图景。因此，高 分辨率能量代谢测量法是研究血小板活化过程中耗氧率变化快速动力学的有用工具。

 

参考文献：SowtonAP,Millington-Burgess SL, Murray AJ,Harper MT. Rapid kinetics of changes in oxygen consumption rate in thrombin-stimulated platelets measured by high-resolution respirometry. Biochem Biophys Res Commun. 2018;503(4):2721-2727. doi:10.1016/j.bbrc.2018.08.031

引言：血小板活化在止血和动脉血栓形成中起着核心作用。血小板会在 血管损伤部位黏附，生成并释放生物活性磷脂，通过外吐作用释放颗粒 内容物，并激活其主要整合素。这些过程会进一步募集更多血小板并导 致聚集现象，最终形成止血栓塞或闭塞性血栓

​​​​​​​摘要：血小板活化在正常止血和病理性血栓形成中起关键作用。血小板活化过程非常迅速；在刺激后的几分钟内，血小板即 可生成生物活性磷脂，分泌其颗粒内容物，激活整合素并聚集在一起形成止血栓塞。这些过程需要大量ATP的参与。本文采 用健康志愿者和各种疾病患者的血小板进行线粒体功能检测，结果表明，在健康组和疾病组的线粒体功能检测中，氧化磷酸 化过程扮演重要角色。并且血小板在氧化反应过程中也消耗氧气，例如环氧合酶依赖性血栓烷A2的合成。在这项研究中，研 究者使用高分辨率能量代谢测量法研究了血小板活化过程中耗氧率的快速变化。证明了在生理性激活剂凝血酶的刺激下，血 小板在几分钟内耗氧率迅速且短暂地增加。这一现象部分被阿司匹林和寡霉素抑制。这表明高分辨率能量代谢测量法可以提 供有关血小板活化过程中耗氧率的快速和动态变化的信息。

应用案例四：急性髓系白血病细胞内的线粒体水解ATP以抵抗化疗

 

关键词：白血病、OCR、MMP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结果：AML细胞系中细胞线粒体含量增加，然而，AML细胞中蛋白正常呼吸能力并没有升高，最大呼吸降低。在ATP/ADP 比值范围内测量ΔΨm，经ΔGATP滴定后，加入寡霉素抑制F1-ATP酶活性。这表明复合物特异性抑制增强AML细胞对 F1-ATP 酶活性的依赖，说明AML细胞内的线粒体可消耗ATP来促进线粒体极化。AML细胞暴露在venetoclax中1小时 使得线粒体呼吸下降（即呼吸容量和OxPhos呼吸通量），以及复合物I和复合物II底物极化的抑制，然而F1-ATP酶极 化没有受到明显影响。 ATP5IF1敲低使得细胞的非偶联呼吸对抑制的敏感性较低。ATP5IF1过表达则抑制F1-ATP酶的活 性，增加了AML细胞对venetoclax的敏感性。总的来说，本文确定了在化疗损伤癌细胞线粒体的背景下进行线粒体基质 ATP消耗作为一种癌细胞固有的生物能量特征。

 

参考文献：HagenJT,Montgomery MM, Aruleba RT, Chrest BR, Green TD, Kassai M, Zeczycki TN, Schmidt CA, Bhowmick D, Tan SF, Feith DJ, Chalfant CE, Loughran TP Jr, Liles D, Minden MD, Schimmer AD, Cabot MC, Mclung JM, Fisher-Wellman KH. Mitochondria inside acute myeloid leukemia cells hydrolyze ATP to resist chemotherapy. bioRxiv

引言：急性髓系白血病(acutemyeloidleukemia,AML)细胞的线 粒体依赖具有强大的抗白血病研究价值，而识别AML细胞独特的 生物能量特征可能是线粒体靶向治疗的关键。具有化疗耐药性的 AML细胞表现为低OxPhos但超极化表型，其线粒体可通过消耗 ATP 来支持内膜极化，线粒体去极化则是细胞凋亡的触发关键。 化疗药物venetoclax 抑制可 AML 线粒体呼吸，但暴露于 venetoclax 中的 AML细胞仍通过线粒体内膜维持极化，AML细 胞如何在venetoclax存在的情况下维持内膜极化，以及膜电位的 持续极化是否驱动venetoclax的耐药性，目前尚不清楚。

​​​​​​​摘要：作者用venetoclax靶向抑制BCL-2消除了OxPhos通量，在存活的AML细胞中，线粒体内膜的持续极化依赖 于基质ATP的消耗，从而导致内源性F1-ATP酶抑制基因ATP5IF1表达下调。ATP5IF1敲低足以驱动venetoclax耐药， 而ATP5IF1过表达则损害了F1-ATP酶活性，并提高了对venetoclax的敏感性。

应用案例五：血小板、外周血单个核细胞和肌纤维中线粒体呼吸的相关性

 

关键词：血小板、外周血单核细胞、氧化磷酸

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结果：作者使用OroborosO2K检测通透性血小板和PBMCs。发现与非运动员相比，运动员线粒体氧化磷酸化 呼吸以及电子传递链呼吸都显著增加，但这种变化在PBMCs和血小板线粒体呼吸中都没有体现。在线粒体疾病 中，血小板显示出更低的氧化磷酸化呼吸，复合体I氧化磷酸化呼吸，线粒体电子传递链最大呼吸以及复合体II 电子传递链呼吸；PBMCs显示出更低的复合体I氧化磷酸化呼吸比率以及复合体II电子传递链呼吸。

 

参考文献：Westerlund E, Marelsson SE, Karlsson M, Sjövall F, Chamkha I, Åsander Frostner E, Lundgren J, Fellman V, Eklund EA, Steding-Ehrenborg K, Darin N, Paul G, Hansson MJ, Ehinger JK, Elmér E. Correlation of mitochondrial respiration in platelets, peripheral blood mononuclear cells and muscle fibers. Heliyon. 2024

引言：线粒体病（mitochondrial disease）是指由于线粒体DNA或核DNA缺陷引起线粒体氧化磷酸化功能障碍为特点的一组遗传性疾病，不包括其他因素导致的继发性线粒体功能障碍性疾病。常累及多个器官和系统，其中以神经和肌肉的病变为主要表现。线粒体病目前尚无治疗方法，主要是进行对症治疗和药物治疗。线粒体基因治疗通过特定的线粒体靶向序列运输到线粒体，以恢复缺失或缺陷的线粒体功能，从而有望根治线粒体病。

摘要：本文研究了组织内和组织间线粒体呼吸的相关性，以阐明哪种血细胞类型对评估系统线粒体功能最有效。 血小板与外周血单个核细胞（PBMCs）之间的组织相关性显著但较弱。PBMCs和血小板呼吸与肌肉呼吸均无显 著相关性。运动员的肌纤维比非运动员对照组有更高的质量特异性呼吸，但这一现象在两种血细胞类型中都没有 发现。与健康对照组相比，原发性线粒体疾病患者血细胞线粒体呼吸有显著差异，特别是血小板。总之，这项研 究并不支持血细胞可以作为准确的生物标志物来检测肌肉呼吸的改变。然而，在某些情况下，明显的线粒体异常 可能反映在组织中，并在血细胞中检测到，并且血小板比PBMCs更能有效反映这种异常

应用案例六：细胞可渗透的琥珀酸前药绕过线粒体复合物I治疗线粒体 缺陷疾病的前景

 

关键词：线粒体复合物I、血液检测、琥珀酸、药物治疗

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结果：线粒体疾病通常在生命早期出现，表现为发育迟缓、肌病和神经病变，但症状非常多样化。至少每8000 个新生儿中就有1例会发展为线粒体疾病。线粒体疾病通常是进行性的，并具有波动的临床过程。在病毒感染等 并发症期间，由于代谢需求增加，线粒体无法补偿，从而导致代谢失代偿。这是一种在影响线粒体功能的疾病（如 CI 功能障碍或三羧酸循环中间体耗竭的有机酸血症）中具有潜在益处的可行药理策略。本研究证明，前药递送的 琥珀酸可以缓解由CI相关线粒体功能障碍引起的代谢失代偿。

 

参考文献：Ehinger JK, Piel S, Ford R, et al. Cell-permeable succinate prodrugs bypass mitochondrial complex I deficiency. Nat Commun. 2016;7:12317. Published 2016 Aug 9. doi:10.1038/ncomms12317

引言：由线粒体复合物I(CI) 缺陷引起的儿童线粒体疾病 是一组异质性疾病，可能由核基因或线粒体基因组的改变 引起。它是儿童患者中最常见的呼吸链缺陷疾病，常导致 严重或致命的神经系统表现，如Leigh综合征。目前针对 线粒体呼吸链功能障碍的有效治疗手段非常有限。琥珀酸 是一种通过复合物II(CII) 代谢的线粒体底物，但它不能 穿透细胞膜，外源性给予的琥珀酸在细胞中吸收有限。

摘要：本文描述了复合物II底物琥珀酸的细胞膜可渗透性药物可增加CI缺陷的人体血细胞、成纤维细胞和心脏纤 维中的ATP相关线粒体呼吸。同时可见鱼藤酮抑制CI导致的血小板乳酸积累得到了逆转，鱼藤酮诱导的白细胞乳 酸/丙酮酸比率的增加也得到了缓解。在具有隐性NDUFS2突变的Leigh综合征患者成纤维细胞中，给药提高了 呼吸作用和备用呼吸容量。我们得出结论，药物递送的琥珀酸绕过了CI，支持电子传递、膜电位和ATP的生成。 这一策略为由于线粒体CI功能障碍导致的代谢失代偿提供了潜在的未来疗法。

应用案例七：补充异亮氨酸对2型糖尿病患者外周血单核细胞代谢的影响

 

关键词：异亮氨酸、外周血单核细胞、代谢、线粒体功能

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结果：本研究的目的是确定异亮氨酸是否能有效治疗T2D患者的PBMC线粒体功能障碍。与T2D相比，对照受 试者的PBMC质子漏呼吸显著增高，因此对照受试者可能更有能力调节活性氧的产生。结果说明，这种补充异亮 氨酸的特殊治疗并没有改变T2D患者的PBMC呼吸速率。如果类似的治疗能够使T2D患者线粒体的呼吸能力增 加，则表明支链氨基酸补充剂对这些受试者的代谢有积极影响。

 

参考文献：Parker,Ellie Paige (2021). The Effect of Isoleucine Supplementation of Peripheral Blood Mononuclear Cell Metabolism in Subjects With Type 2 Diabetes. Undergraduate Research Scholars Program. Available electronically from https : / /hdl .handle .net /1969 .1 /188404.

引言：2型糖尿病（T2D）是一种代谢紊乱疾病，能导致高胰岛素 血症和高血糖。控制糖尿病的主要策略是将健康的饮食习惯与体育 活动结合起来，以降低血糖水平，扭转与糖尿病相关的慢性并发症 的发展。支链氨基酸具有促进细胞代谢和肝脏对葡萄糖的摄取的能 力，因此，其有降低T2D患者高血糖的潜力。异亮氨酸是一种支链 氨基酸，已被证明对其他慢性炎症条件下的线粒体功能有积极影响。

摘要：2型糖尿病（T2D）是一个日益严重的健康问题，全世界有4.25亿人被诊断患有该疾病。患有T2D的个 体会改变代谢途径和线粒体功能，包括外周血单核细胞（PBMCs）线粒体的呼吸能力。本研究利用OroborosO2k 高精度线粒体氧化磷酸化功能表征系统评估8名对照受试者和7名T2D受试者的PBMC线粒体功能。T2D患者 接受10天的治疗，每天补充3g异亮氨酸。比较对照组和T2D受试者的PBMC的呼吸值，以评估T2D受试者 在治疗期间的变化。

应用案例八：细胞渗透性琥珀酸盐在他汀类药物毒性细胞模型中拯救线粒体呼吸

 

关键词：血小板、HepG2细胞、他汀类药物、细胞可透过性琥珀酸、NV118

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

结果：本研究通过O2k评估人血小板线粒体的呼吸功能。三种他汀类药物（西伐他汀、阿托伐他汀和辛伐他汀） 均表现出ET容量和最大OXPHOS的浓度依赖性降低。西利伐他汀和阿托伐他汀通过抑制NADH-link呼吸而导 致线粒体功能障碍。在细胞通透性琥珀酸前体药物NV118的存在下，阿托伐他汀或西利伐他汀处理的血小板的琥 珀酸相关的线粒体耗氧率增加，导致耦合呼吸水平与对照样本相似，从而导致处理的血小板的ET容量增加。

 

参考文献：AvramVF,Chamkha I, Åsander-Frostner E, et al. Cell-Permeable Succinate Rescues Mitochondrial Respiration in Cellular Models of Statin Toxicity. Int J Mol Sci. 2021;22(1):424. Published 2021 Jan 3.

引言：他汀类药物是调节心脏和代谢性疾病胆固醇水平的 一线治疗药物。但是，他汀类药物与肌肉症状(SAMS)相 关，如肌无力、肌痛和肌病。据报道，线粒体功能障碍在 SAMS的病理生理学中发挥重要作用。目前，外周血血小 板被视作存活线粒体的来源，用于研究细胞呼吸功能障 碍，以及用于补充器官相关线粒体功能障碍的研究。在报 道中，他汀类药物对电子传递系统（ETS）的损害表现为 对NADH-link 呼吸的抑制。因此，绕过这种复合物I缺 陷，增强复合物II（琥珀酸）依赖的呼吸可能是一种可行 的方法。

摘要：复合物I的功能障碍与肌肉症状（SAMS）相关联。本研究评估了三种他汀类药物对血小板线粒体呼吸的浓 度依赖性，并研究细胞通透性琥珀酸前体药物（NV118）能否代偿他汀类药物诱导的线粒体功能障碍。在有/无 NV118的情况下，暴露于他汀类药物的血小板通过OroborosO2k评估线粒体功能。他汀类药物浓度依赖性地抑 制完整细胞和通透性细胞中的线粒体呼吸。此外，他汀类药物引起非ATP生成氧消耗的增加，严重限制了OXPHOS 耦合效率。西立伐他汀与阿托伐他汀相比显示出相似的抑制能力。NV118增加阿托伐他汀/西立伐他汀暴露的血 小板中琥珀酸支持的线粒体耗氧量，导致偶联呼吸正常化。