北京大学分子医学研究所王显花课题组揭示线粒体炫调控心脏ATP稳态平衡

ATP是细胞的能量货币，也是许多生命过程的重要信号物质。生理条件下，细胞的ATP浓度通常维持在十分稳定的水平，尤其是对于高耗能的心脏，剧烈运动时，其ATP的产生与消耗发生5-10倍的变化，而其ATP浓度却保持不变。那么心脏是如何维持ATP稳态平衡的？这看似简单的科学难题困扰着研究者们几十年。近日，北京大学分子医学研究所王显花课题组与中国第四军医大学高峰课题组合作,发现“线粒体炫（mitochondrial flash）”是心脏中ATP稳态平衡的一个重要调控信号，有效控制着心脏的ATP水平。相关成果于7月11日在eLIFE在线发表，并且同期配有相关评论文章（eLIFE insight）。

线粒体是真核细胞ATP的能量工厂，心肌细胞所需的ATP90%来源于线粒体。程和平课题组于2008年首次发现线粒体自发产生着线粒体炫信号，它是单个线粒体水平的量子化信号，含有活性氧激增、基质瞬时碱化、膜电位瞬时下降等多重变化，时程为数十秒，是新形式的线粒体基本功能事件。基于此，研究者探究了线粒体炫是否是寻觅已久的心脏ATP稳态的调控信号。

研究者发现在分离的线粒体体系中，线粒体炫能抑制ATP的产生。在心肌细胞水平，线粒体炫频率与ATP产生与消耗的失衡密切相关。当代谢底物增加，使得ATP产能提高时，线粒体炫频率增加；反之，当加速心肌细胞收缩，增加ATP消耗时，线粒体炫频率降低，从而使得细胞的ATP维持在稳定水平。令人惊奇的是，人为上调或者下调线粒体炫的频率，而不改变ATP供求水平，就足以反向调控心肌细胞ATP的稳态浓度。研究者提出，线粒体炫就如同ATP能量工厂的安全阀，以负反馈的方式精密调控心脏ATP的稳态平衡。

该工作从一个全新的视角探索了心脏ATP稳态平衡的机制，为解答这一生物能量代谢领域的基本问题提供了一个新概念。

本文共同第一作者为王显花副研究员（北京大学）、张星博士（第四军医大学）和吴迪博士（北京大学），通讯作者为王显花副研究员（北京大学）和高峰教授（第四军医大学）。该项目得到973计划以及国家自然科学基金的支持。