陈启鑫团队单个线粒体电子流动力学直接观测用于药物可视化筛选

摘要：线粒体电子流（Mitochondrial Electron Flow，Mito-EF）作为线粒体呼吸链中支持能量供应的重要组成部分，也是多种疾病发生的关键机制，如肿瘤、炎症和帕金森病等。先进成像技术结合活细胞特异性荧光标记方法是创新药物筛选的常用策略。然而，与

BioArtMED

2025年01月30日 16:24四川

线粒体电子流（Mitochondrial Electron Flow，Mito-EF）作为线粒体呼吸链中支持能量供应的重要组成部分，也是多种疾病发生的关键机制，如肿瘤、炎症和帕金森病等。先进成像技术结合活细胞特异性荧光标记方法是创新药物筛选的常用策略。然而，与那些可通过化学生物技术进行监测的实体蛋白靶标不同，电子不具备传统意义上的化学可修饰特性，导致缺乏有效的可视化检测工具。现行的评价方法如Seahorse能量代谢分析和单线粒体形态学评价等，因其测试成本较高，不适用于实验室初期的大规模药物筛选工作，这在很大程度上限制了针对Mito-EF创新药物的筛选进程。

近期，山东第一医科大学陈启鑫团队报道了一种新型Mito-EF示踪剂（Mito-EFT），成功实现了对单个线粒体电子流的实时监测，使得研究人员能够更加精确地分析线粒体在药物作用下的反应性变化。相关结果以Mitochondrial Electron Flow Dynamics Imaging for Assessing Mitochondrial Quality and Drug Screening为题，作为研究性论著发表在最新一期的Advanced Science期刊。这项工作不仅为深入研究线粒体功能与Mito-EF之间的关系提供了新工具，同时也为药物发现领域提供了一种极具潜力的可视化筛选新策略。

首先，研究人员利用可被化学标记的质子来反映电子流动态变化，以香豆素为基本骨架，融合了正电荷和乙二氨基等特征结构，实现了对线粒体内膜中质子/Mito-EF信号的直接且可逆的监测（图1），用于可视化追踪单个线粒体内Mito-EF的动态变化。

图1 荧光示踪剂响应线粒体电子流的示意图（来源Advanced Science）

随后，研究人员使用Mito-EFT研究了细胞内线粒体形态与Mito-EF信号之间的关系。结果显示，Mito-EFT在圆形线粒体内表现出较低的荧光信号，而在纤维状线粒体中则表现出较强的信号。通过一系列实验，研究人员验证了Mito-EFT作为可视化评价Mito-EF药物筛选参数的可行性和准确性。最终，研究人员构建了一种基于Mito-EF的亚细胞药物可视化筛选方法（图2），并进一步利用该方法评价了13种源自中药/天然产物的活性小分子药物对Mito-EF的影响，发现木兰花碱能够显著影响Mito-EF的稳态。