线粒体膜通透性转换孔分子结构与功能的研究现状

线粒体作为真核生物产生ATP的生物能量中心,同时也是细胞死亡的主要调节途径。而线粒体膜通透性转换孔(mPTP)对维持正常线粒体稳态及促进细胞死亡具有重要意义。因此,抑制mPTP或抑制激活mPTP的线粒体钙或活性氧的增加可减少mPTP开放,从而减少细胞死亡。然而由于缺乏对形成mPTP的分子模型和工作机制的了解,抑制mPTP还存在一定限制。尽管mPTP存在几种候选分子,但随着基因敲除等技术的发展,其中大部分的分子被排除。近年来,经过低温电子显微镜的观察确定了F_(1)F_(o)-ATP合酶以及重新定义腺嘌呤核苷酸转运体在mPTP形成中的重要作用,多孔复合通道的提出为最终确定mPTP的结构和功能提供了更多研究方向。

线粒体膜通透性转换孔结构与功能研究进展

线粒体膜通透性变化在细胞凋亡或坏死中具有重要作用,线粒体膜通透性转换孔可影响线粒体膜通透性变化。目前对线粒体膜通透性转换孔的分子结构和功能尚不明确。文章对腺嘌呤核苷酸转位酶(ANT)、电压依赖性阴离子通道(VDAC)、亲环蛋白D(Cyp D)、磷酸盐载体(PiC)、Bcl-2蛋白家族等可能参与线粒体膜通透性转换孔结构组成或功能调节的分子研究进展进行综述。

大强度运动对大鼠心肌线粒体膜通透性转换孔状态的影响

目的:观察大鼠一次性大强度游泳运动后不同时相心肌线粒体膜通透性转换孔(PTP孔)的性状和心肌超微结构等指标的变化情况,探讨线粒体损伤与PTP孔变化之间的关系。方法:将32只成年雄性SD大鼠随机分为A组(空白对照组,n=8)和B组(大强度运动组,n=24)。B组又随机分为运动后即刻组(B1组,n=8),运动后12h组(B2组,n=8)和运动后24h组(B3组,n=8)。检测各组大鼠线粒体前向角散射(FSC)、线粒体90°侧向角散射(SSC)和线粒体内Rhodamine123的荧光强度值(FL1);电镜观察各组大鼠左室前壁心肌纤维超微结构变化情况。结果:B2组FSC值显著高于其他3组(P<0.05),B2组SSC值和FL1值显著低于其他3组(P<0.05)。电镜结果表明,大强度运动可造成大鼠心肌线粒体损伤,以运动后12h损伤最为严重。结论:大强度游泳运动可能诱发大鼠心肌线粒体膜通透性转换孔的开放,促使线粒体外的物质内流并影响线粒体内结构的改变;大面积的线粒体损伤可能与心肌线粒体膜通透性转换孔的开放有重要的关联性。

法舒地尔通过调节线粒体膜通透性转换孔的开放减少大鼠缺血再灌注心肌损伤

目的通过观察法舒地尔及线粒体膜通透性转换孔(mitochondrial permeablity transition pore,MPTP)开放剂苍术苷干预下大鼠缺血再灌注心肌的坏死和凋亡情况,探讨法舒地尔是否通过调节MPTP的开放减轻大鼠缺血再灌注心肌损伤。方法 25只Sprague-Dawley(SD)雄性大鼠按随机数字表法随机分为5组(每组5只),除了空白对照组外,建立在体大鼠心肌缺血再灌注模型(缺血35 min,再灌注120 min)。分别予以法舒地尔(0.5 mg/kg)、苍术苷(5 mg/kg)、法舒地尔+苍术苷干预。用3,5一氧化三苯基四氮唑(TTC)检测大鼠心肌梗死面积,末端脱氧核糖核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记法(TdT-mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)法检测大鼠心肌凋亡。结果法舒地尔组的心肌梗死面积明显比缺血再灌注组的减少,差异有统计学意义(22%±8.2% vs.41%±6.4%,P<0.05);苍术苷组的心肌梗死面积与缺血再灌注组的比较,差异无统计学意义(P>0.05);法舒地尔+苍术苷心肌梗死面积比法舒地尔组的增大,两者比较差异有统计学意义(32%±8.5% vs.22%±8.2%,P<0.05)。与缺血再灌注组比较,法舒地尔组心肌细胞凋亡细胞数下降,差异有统计学意义(10.3±4.5 vs.18.7±5.4,P<0.05);法舒地尔+苍术苷组心肌细胞凋亡指数比法舒地尔组大,差异有统计学意义(13.5±5.2 vs.10.3±4.5,P<0.05)。结论法舒地尔可能通过调节MPTP的开放减少大鼠缺血再灌注心肌损伤。

抑制线粒体膜通透性转换孔开放对心力衰竭的影响

目的观察线粒体膜通透性转换孔开放抑制剂对心力衰竭兔能量底物利用、血流动力学参数及心肌兴奋恢复性质的影响。方法构建容量及压力负荷型心力衰竭家兔离体灌注工作心脏模型,同步测量左室收缩压、左室舒张末压、左室压力最大上升速率及下降速率。程序电刺激诱发心肌动作电位与舒张间期构建心肌动态恢复曲线,利用高效液相色谱法测定衰竭心肌三磷酸腺苷(ATP)、二磷酸腺苷(ADP)、一磷酸腺苷(AMP)含量。结果抑制线粒体膜通透性转换孔开放显著提高衰竭心肌内腺苷酸含量(P<0.05),改善血流动力学指标(P<0.05)及降低恢复曲线斜率(P<0.05)。结论抑制线粒体膜通透性转换孔开放可改善心肌舒缩及兴奋恢复性质,可能与其对衰竭心肌能量代谢的影响有关。

线粒体膜通透性转换孔及其受线粒体ATP敏感性钾通道开放的影响作用机制

线粒体膜通透性转换孔(MPTP)开放是引起线粒体死亡的关键事件,多种因素可引起MPTP开放,其中线粒体ATP敏感性钾离子通道开放对MPTP的影响作用尤其受到学者的关注,在心肌细胞缺血损伤的不同时间作用不同,其作用介质与细胞内Ca2+浓度、线粒体跨膜电位、活性氧簇等有一定关系。

线粒体膜通透性转换孔与非酒精性脂肪肝病

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)包括肝细胞脂肪变性(Hepatic Stestosis)、非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)以及由此而引起的肝纤维化和肝硬化(Cirrhosis),更有个别在此基础上发展为肝细胞癌(Hepatocellular Carcinoma,HCC)。近年来随着生活水平的改善和生活方式的改变,NAFLD的发病率不断升高,但其病因和发病机制尚未完全明了。肝细胞凋亡和半胱天冬蛋白酶系统(Caspase)的激活可能导致了肝脏损伤和NAFLD的进展。线粒体膜通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore,MPTP)是线粒体内外信息交流的中心枢纽,其开放状态可以导致线粒体跨膜电位(ΔΨm)毁减、细胞色素C(Cytochrome-C,Cyt-C)和凋亡诱导因子(apoptosis-inducing factor,AIF)释放到胞浆,从而决定着线粒体功能的发挥并诱导细胞凋亡的发生。因此探讨MPTP与NAFLD的关系对研究NAFLD的发病机制具有重要意义。本文综述了MPTP在非酒精性脂肪肝发病中的作用。

低氧对小鼠骨骼肌离体线粒体膜通透性转换孔功能的影响

目的:探讨低氧对小鼠骨骼肌离体线粒体膜通透性转换孔(MPTP)功能的影响。方法:雄性SPF级C57BL/6小鼠32只,随机分成低氧组和常氧组,每组16只。两组均用差速离心法分离线粒体。低氧组放入低氧环境中,常氧组置于空气中,30 min后用荧光分光光度计检测骨骼肌离体线粒体膜电位,酶标仪检测MPTP开放程度,ELISA法检测细胞色素C(CytC)含量,分光光度计法检测超氧化物歧化酶(SOD)活性和谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)含量。结果:低氧组骨骼肌离体线粒体膜电位降低,差异有统计学意义(P<0.05);MPTP开放增加,CytC含量增加,SOD活性降低,GSH含量降低,MDA含量增加,差异均有统计学意义(P<0.01)。结论:低氧可导致小鼠骨骼肌离体线粒体MPTP功能异常,促进MPTP开放、释放CytC,这可能与低氧导致的氧化应激有关。

线粒体膜通透性转换孔在细胞凋亡中的作用

线粒体在细胞的各种凋亡途径中起中枢作用,其调控细胞凋亡主要通过线粒体膜通透性转换孔实现,但目前对于线粒体膜通透性转换孔的结构模型、参与细胞凋亡的方式和调控节点尚不清楚。文章从线粒体具体参与凋亡的机制出发,对现在公认的线粒体膜通透性转换孔的结构模型、细胞凋亡状态下线粒体膜通透性转换孔各组分的病理变化以及可能涉及的损伤机制的研究进展进行综述,展望可能实现的调控手段。

电针对脑梗塞大鼠脑皮质线粒体通透性转换孔的影响

目的观察电针对脑梗塞大鼠脑组织线粒体通透性转换孔的影响,探讨针刺对缺血神经元保护的线粒体机制。方法将45只成年雄性SD大鼠随机分为对照组、非电针组组(线栓法制造脑梗塞灶)和电针组(梗塞后立即给予电针刺激)。非电针组和电针组分别在梗塞后和针灸后1h、3h、6h取材,提取大脑皮质缺血半暗带线粒体,用流式细胞仪检测各组大鼠脑线粒体内Rhodamine123的荧光强度值(FL1)、线粒体前向角散射(FSC)、线粒体90°侧向角散射(SSC)。结果在1h、3h、6h时,非电针组和电针组与对照组相比FL1、SSC值显著低于对照组值(P<0.05),FSC值均显著高于对照组(P<0.05),具有统计学意义;电针组在上述3个时间点与非电针组相比FL1、SSC值高于非电针组值,但P>0.05,FSC值低于非电针组,但P>0.05,差异均无统计学意义;非电针组内、电针组内FL1、FSC、SSC值各自比较,P>0.05,差异均无统计学意义。结论缺血能显著促使缺血半暗带脑皮质线粒体通透性转换孔的开放,促使线粒体肿胀;未发现针刺在缺血后1h、3h、6h能抑制脑线粒体通透性转换孔的开放。

抗菌肽CGA-N12诱导的活性氧打开热带念珠菌线粒体通透性转换孔

嗜铬粒蛋白A-N12(chromogranin A-N12,CGA-N12)是衍生自人嗜铬粒蛋白A的N-端抗念珠菌肽,由第65至76位氨基酸组成。前期研究表明,CGA-N12能够降低热带念珠菌线粒体膜电位,诱导线粒体依赖性细胞凋亡。有文献报道,线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)蛋白质复合物上的二硫键和自由巯基的氧化还原状态对mPTP开关具有调节作用。本文研究了CGA-N12对热带念珠菌细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)聚集、DTT还原作用下CGA-N12对线粒体膜去极化、线粒体肿胀、Ca^2+泄露等的影响,以期阐明CGA-N12诱导mPTP打开的分子机制。结果发现,CGA-N12使细胞内活性氧聚集,线粒体膜电位降低,线粒体肿胀,但DTT可通过还原作用抑制CGA-N12诱导线粒体产生的上述现象。结果表明,CGA-N12通过诱导ROS维持mPTP蛋白质复合物上的二硫键和巯基的氧化状态打开mPTP,提高线粒体膜通透性,使线粒体膜电位耗散。该研究结果为阐明CGA-N12对热带念珠菌的凋亡机制提供了理论依据。

双下肢缺血后处理保护再灌注心肌时效性及对线粒体通路调控的研究

目的:观察双下肢缺血后处理(即远隔器官缺血后处理,remote ischemic postconditioning,RIpostC)保护缺血再灌注小鼠心肌的时效性及对心肌线粒体依赖性凋亡和坏死通路的调控。方法:成年雄性C57BL/6J野生型小鼠被随机分为假手术(sham)组、心肌缺血再灌注(myocardial ischemia/reperfusion,MI/R)组、缺血后处理组、RIpostC组及RIpostC延迟1、5、10、15、30和60 min组。阻断左冠脉45 min,再灌注24 h,建立MI/R模型;气囊袖带阻断双下肢血流5 min,再灌注5 min,实施RIpostC。再灌注24 h后,Evans blue和TTC染色观察心肌梗死面积与血清心肌钙蛋白I变化。TUNEL和高迁移率族盒蛋白1(high mobility group box protein 1,HMGB1)染色观察心肌凋亡和坏死;线粒体水肿实验观察心肌线粒体膜电位变化;Western blot观察心肌细胞凋亡和线粒体膜通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)相关蛋白表达。结果:与MI/R组比较,RIpostC及RIpostC延迟1、5、10和15 min组心肌梗死面积明显减少,RIpostC延迟30和60 min组则无明显改变。缺血后处理与RIpostC对缺血再灌注心肌有类似保护效应。RIpostC减少缺血再灌注心肌细胞凋亡和坏死发生。RIpostC降低缺血再灌注心肌亲环蛋白D(cyclophilin D,CypD)、Bax和Bak蛋白表达水平。结论:心肌再灌注后15 min内实施RIpostC能够减少心肌梗死面积,其保护作用与缺血后处理类似;RIpostC通过调控线粒体依赖性凋亡和坏死通路减轻MI/R损伤。

铜对肉鸡肝细胞线粒体膜通透性及呼吸的影响

为进一步了解铜对生物体的生物学效应,选用硫酸铜作为铜源,向即时分离的肉鸡肝细胞线粒体培养液内加入终浓度分别为5、10、20μmol/L的铜(以铜计),孵育10 min后,观察肝细胞线粒体膜通透性及呼吸的变化。结果显示,铜对线粒体膜通透性转换孔有较显著的影响,造成线粒体不同程度的肿胀,表现为线粒体悬液在540 nm处的吸光值下降,且铜浓度越高,吸光值下降越明显,在孵育6 min后3种浓度的吸光值下降百分比差异显著(P<0.05)。随着铜浓度的升高,线粒体呼吸逐渐减弱,RCR、P/O、OPR均显著降低(P<0.05),这些变化可能是微量元素铜对生物机体产生毒害作用的本质原因之一。

糖尿病心肌病心肌线粒体膜分子异常的研究进展

糖尿病心肌病是糖尿病患者死亡的主要原因之一。有研究表明,线粒体功能障碍在糖尿病心肌病的发生、发展过程中起着关键作用,而线粒体功能的正常发挥,依赖于线粒体膜结构的稳定。对糖尿病心肌线粒体膜分子改变及相关机制进行研究,有助于人们对糖尿病心肌病的深入认识,对其治疗措施有所突破,具有重要的指导意义。

黄芪多糖后处理通过抑制线粒体损伤介导的凋亡保护心肌缺血再灌注损伤

目的：通过模拟＂缺血后处理＂的效应机制,观察心肌细胞在缺血再灌注损伤过程中线粒体膜通透性转换孔（mitochondrial permeability transitionpore,mPTP）开放程度、线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential,△Ψm）、钙离子浓度,以及Caspase-3、Caspase-9等指标,以探索黄芪多糖产生心肌保护作用的线粒体机制。方法：培养原代人心脏微血管内皮细胞（human cardiac microvascular endothelial cells,HCMEC）,通过缺氧再复氧刺激细胞损伤模拟缺血再灌注损伤的实验技术平台,利用缺氧再复氧即刻给药的方法,模拟缺血后处理的效应机制,以阳性药物SB203580为对照组,探讨黄芪多糖后处理对缺氧再复氧人心肌细胞m PTP开放等作用。随机分为：A.HCMEC正常对照组;B.HCMEC损伤组;C.HCMEC损伤＋黄芪多糖组;D.HCMEC损伤＋SB203580组。结果：与HCMEC正常对照组相比,HCMEC损伤组m PTP的开放程度、线粒体钙离子浓度显著升高（P〈0.05）,而线粒体膜电位水平降低（P〈0.05）,而经黄芪多糖后处理m PTP的开放程度、线粒体钙离子浓度水平明显降低（P〈0.05）,而线粒体膜电位水平升高（P〈0.05）。与HCMEC正常对照组相比,HCMEC损伤组Caspase-3、Caspase-9呈强阳性表达（P〈0.05）,而HCMEC损伤＋黄芪多糖组Caspase-3、Caspase-9明显降低（P〈0.05）。结论：黄芪多糖后处理可通过减轻钙超载,保护膜电位水平而抑制m PTP的过度开放,从而减轻缺血再灌注损伤对线粒体膜结构的破坏,保护线粒体功能。黄芪多糖后处理可通过减轻钙超载,保护膜电位水平而抑制m PTP过度开放。并可抑制上游启动型蛋白Caspase-9的高表达,进而通过凋亡级联反应,抑制下游执行型Caspase-3蛋白的表达。

异丙酚预处理对大鼠肝缺血再灌注后线粒体膜通透性转换孔的影响

目的探讨异丙酚预处理对大鼠肝缺血再灌注（I／R）后线粒体膜通透性转换孔（MPTP）的影响以及糖原合成酶激酶-3p（GSK-3p）的作用机制。方法将30只SD大鼠随机分为5组（n=6）：假手术组（S组）、缺血再灌注组（I／R组）、环孢素A（CsA）预处理组（C组）、异丙酚预处理组（P组）和苍术苷＋异丙酚预处理组（A＋P组）。采用Nauta大鼠肝热缺血再灌注模型。热缺血60min后开放动脉夹，再灌注120min。P组于肝缺血前30min经股静脉泵注异丙酚12mg／（kg·h）至缺血末。CsA组于肝缺血前20min经股静脉注射CsA2mg／kg。A＋P组给予异丙酚前10min经股静脉注射苍术苷20μmol／kg，然后行异丙酚预处理，再行I／R。各实验组于再灌注末处死大鼠，抽取肝上下腔静脉血，收集肝左叶相同部位肝脏缺血组织待用。结果与S组比较，I／R组和A＋P组ALT、AST血清水平明显升高，肝细胞线粒体肿胀程度明显增加，线粒体膜电位明显降低；肝细胞胞质Caspase-3表达明显升高，肝细胞凋亡明显增加，肝细胞胞质p-GSK-3BSer^9表达明显降低。与I／R组比较，P组和C组ALT、AST血清水平明显降低、肝细胞线粒体肿胀程度减轻、线粒体膜电位明显增加；肝细胞胞质Caspase-3表达明显降低，肝细胞凋亡明显降低，肝细胞胞质p-GSK-3βSer^9表达明显升高。P组和C组两者ALT、AST、肝细胞线粒体肿胀程度、线粒体膜电位水平、肝细胞凋亡、肝细胞胞质Caspase-3和p-GSK-3βSer^9表达差异均无统计学意义。结论异丙酚预处理能够明显减轻大鼠肝缺血再灌注损伤。其作用机制可能是通过抑制GSK-3β活性、增加p-GSK-3βSer^9、抑制肝细胞MPTP开放、减轻肝细胞凋亡而实现的。

线粒体膜通透性转换孔与心肌缺血/再灌注损伤

线粒体是细胞能量代谢的重要场所,并介导缺血(氧)诱导的细胞凋亡。存在于线粒体内膜上的线粒体膜通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)是调节细胞钙稳态和细胞损伤/修复的重要结构,其不可逆开放引起线粒体结构破坏、膜电位丢失、多种促凋亡蛋白释放,导致心肌坏死和凋亡,在心肌缺血/再灌注损伤中起着非常重要的作用。本文综述mPTP的构成、作用机制及抑制mPTP开放药物的研究进展。

窒息新生鼠心肌线粒体膜通透性转换孔开放度的变化

目的 观察新生鼠窒息后心肌组织缺血损伤情况以及心肌细胞线粒体膜通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore,MPTP）开放度的变化,以期揭示MPTP开放在窒息后心肌缺氧缺血及再灌注损伤的作用机制.方法 成年SD母鼠妊娠第21天行剖宫产,随机分为正常分娩组及动脉夹闭组,正常分娩组不夹闭子宫动脉,所分娩新生鼠为对照组；以夹闭动脉夹闭组孕鼠子宫动脉方法制作宫内窒息新生大鼠模型,为窒息组,每组各30只,于出生24 h处死新生鼠.以ELISA法检测血清心肌肌钙蛋白Ⅰ（cardiac troponin Ⅰ,cTn Ⅰ）,以荧光分光光度法检测MPTP开放度；以TTC染色法检测心肌缺血面积；以HE染色法观察心肌细胞形态变化.结果 HE染色观察发现,窒息组心肌细胞排列紊乱、细胞肿胀、部分细胞溶解.对照组、窒息组新生鼠血清cTn Ⅰ分别为（0.08 ±0.04） μg/L、（0.40±0.29） μg/L,窒息组明显升高,差异有统计学意义（P＜0.01）.对照组、窒息组新生鼠TTC染色心肌缺血面积分别为（8.01±3.48）％、（42.50±15.90）％（P ＜0.01）.窒息组出现心肌点状坏死,缺血面积增大.对照组、窒息组新生鼠MPTP相对荧光单位分别为118.10±19.10、79.40±10.57 （P＜0.01）,窒息组心肌MPTP开放度增大.各组新生大鼠血清cTn Ⅰ值与MPTP开放度呈正相关（r=-0.384,P＜0.01）.结论 窒息新生大鼠出现心肌损伤,表现为血清cTn Ⅰ升高、心肌缺血及坏死.窒息后心肌MPTP开放度增大是导致心肌损伤的重要原因.