寡霉素处理下细胞外ATP和细胞内ATP的关系及其对细胞死亡调节作用的研究

以烟草悬浮细胞BY~(-2)为材料,利用FoF1-ATP合成酶(FoF1-ATPase)抑制剂寡霉素研究了细胞内ATP(i ATP)对胞外ATP(e ATP)水平的影响,以及施加外源ATP对i ATP水平和细胞死亡的调节作用。结果表明,随着寡霉素浓度的增加(5、10、25、50μmol·L~(-1)),烟草悬浮细胞的i ATP含量逐渐下降,e ATP含量也随之减少,且细胞死亡水平在较高寡霉素处理浓度下有明显上升。同时,随着寡霉素处理时间的增加(0.5、1、3、5 h),烟草悬浮细胞的i ATP含量和e ATP含量也呈现出不同程度的下降,而细胞死亡水平则有所增加。施加外源ATP能够缓解寡霉素引起的细胞i ATP水平的下降和细胞死亡水平的上升。上述结果表明,e ATP水平受到了i ATP水平的影响,而e ATP也在线粒体ATP合成受到抑制时调控i ATP和细胞死亡的发生。     

生理病理状态下线粒体合成ATP动态调控机制

线粒体是细胞的代谢中心之一,不仅产生大量的ATP为细胞提供能量,还参与多种生物分子（例如核酸、氨基酸、胆固醇和脂肪酸）合成及代谢废物的处理。ATP是细胞重要的“能源货币”,是能量载体和信号分子,参与调节细胞的各种生命活动。动物与人在激烈运动时,ATP消耗速率增加数十倍,但细胞内的ATP仍维持在“设定点”水平,不出现降低。因此,传统生理学观点认为,动物细胞内ATP水平保持恒定。但新的研究结果表明,生物细胞内ATP水平存在波动。生理条件下,增加能量物资（糖、脂和氨基酸等）和氧供,促进线粒体ATP合成,可使细胞内ATP水平出现一过性升高。新的研究证明,在肥胖情况下,由于能量物质的过多供应,细胞内ATP水平出现持续性升高,构成代谢紊乱的源头信号。线粒体ATP合成受多种因素影响,如氧化应激、钙超载、缺氧、线粒体膜通透性增加和线粒体DNA突变等。这些因素与疾病条件下细胞内ATP水平持续降低相关,常见的疾病包括阿尔茨海默症、帕金森疾病、精神分裂症、肿瘤、心衰、全身炎症反应综合征等。本综述简要概述线粒体调节细胞内ATP水平的研究进展,重点讨论造成ATP波动的因素、机制及病理生理学意义。     

基于数据挖掘分析ATP1A1基因在肾透明细胞癌中的表达及意义

目的:通过数据挖掘分析ATP1A1在肾透明细胞癌中的表达及意义。方法:通过Oncomine数据库检索关于ATP1A1的mRNA信息,采用The Human Protein Atlas分析ATP1A1蛋白在正常肾组织和肾透明细胞癌中表达情况,GEPIA网站中TCGA数据对ATP1A1低表达的肾透明细胞癌患者进行生存分析,Meth HC数据库分析ATP1A1甲基化水平和蛋白相互作用,利用String-DB数据分析ATP1A1与上下游蛋白的相互作用。结果:肾透明细胞癌(Clear cell Renal Cell Carcinoma,cc RCC)组织中ATP1A1的mRNA表达水平较正常对照组明显降低。免疫组化结果证实ATP1A1蛋白质表达变化与mRNA相似。TCGA数据中得出ATP1A1低表达患者的总体生存期明显短于高表达组患者。此外,ATP1A1基因启动子区在肾透明细胞癌中的甲基化水平明显高于正常肾组织中。同时,ATP1A1与ATP1B1、FXYD2、ATP1B2等蛋白可能存在相互作用。结论:大数据分析结果表明ATP1A1在肾透明细胞癌中低表达,并与其发生发展相关,可能作为其潜在的治疗靶点。     

生理病理状态下线粒体合成ATP动态调控机制

线粒体是细胞的代谢中心之一，不仅产生大量的ATP为细胞提供能量，还参与多种生物分子（例如核酸、氨基酸、胆固醇和脂肪酸）合成及代谢废物的处理。ATP是细胞重要的“能源货币”，是能量载体和信号分子，参与调节细胞的各种生命活动。动物与人在激烈运动时，ATP消耗速率增加数十倍，但细胞内的ATP仍维持在“设定点”水平，不出现降低。因此，传统生理学观点认为，动物细胞内ATP水平保持恒定。但新的研究结果表明，生物细胞内ATP水平存在波动。生理条件下，增加能量物资（糖、脂和氨基酸等）和氧供，促进线粒体ATP合成，可使细胞内ATP水平出现一过性升高。新的研究证明，在肥胖情况下，由于能量物质的过多供应，细胞内ATP水平出现持续性升高,构成代谢紊乱的源头信号。线粒体ATP合成受多种因素影响，如氧化应激、钙超载、缺氧、线粒体膜通透性增加和线粒体DNA突变等。这些因素与疾病条件下细胞内ATP水平持续降低相关，常见的疾病包括阿尔茨海默症、帕金森疾病、精神分裂症、肿瘤、心衰、全身炎症反应综合征等。本综述简要概述线粒体调节细胞内ATP水平的研究进展，重点讨论造成ATP波动的因素、机制及病理生理学意义。     

胞外ATP对壳聚糖诱导的ROS和PAL活性变化的影响

以烟草BY-2悬浮细胞为材料,探讨了胞外ATP对壳聚糖引起的活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平和苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)活性变化的影响。结果表明,5~20μg·mL^-1壳聚糖处理导致了烟草悬浮细胞细胞内ROS水平逐渐增加;壳聚糖也导致了PAL活性的增加,其活性在15μg·mL^-1壳聚糖处理下达到峰值,此后有所降低。10~40μmol·L^-1外源ATP处理未引起烟草悬浮细胞内ROS水平和PAL活性的显著变化。细胞外ATP水平则随壳聚糖浓度的增加而逐渐下降。本文进一步分析了细胞外ATP对壳聚糖引起的ROS水平和PAL活性变化的影响。结果显示,外源施加20μmol·L^-1ATP可以有效降低壳聚糖诱导的烟草悬浮细胞ROS水平上升,同时外源ATP也明显减缓了壳聚糖所诱导的PAL活性的上升。上述结果表明,细胞外ATP水平能够影响壳聚糖引起的ROS水平和PAL活性的变化。     

生理病理状态下线粒体合成ATP的动态调控机制

线粒体是细胞的代谢中心之一,不仅产生大量的ATP为细胞提供能量,还参与多种生物分子(例如核酸、氨基酸、胆固醇和脂肪酸)合成及代谢废物的处理。ATP是细胞重要的"能源货币",是能量载体和信号分子,参与调节细胞的各种生命活动。动物与人在激烈运动时,ATP消耗速率增加数十倍,但细胞内的ATP仍维持在"设定点"水平,不出现降低。因此,传统生理学观点认为,动物细胞内ATP水平保持恒定。但新的研究结果表明,生物细胞内ATP水平存在波动。生理条件下,增加能量物资(糖、脂和氨基酸等)和氧供,促进线粒体ATP合成,可使细胞内ATP水平出现一过性升高。新的研究证明,在肥胖情况下,由于能量物质的过多供应,细胞内ATP水平出现持续性升高,构成代谢紊乱的源头信号。线粒体ATP合成受多种因素影响,如氧化应激、钙超载、缺氧、线粒体膜通透性增加和线粒体DNA突变等。这些因素与疾病条件下细胞内ATP水平持续降低相关,常见的疾病包括阿尔茨海默症、帕金森疾病、精神分裂症、肿瘤、心衰、全身炎症反应综合征等。本综述简要概述线粒体调节细胞内ATP水平的研究进展,重点讨论造成ATP波动的因素、机制及病理生理学意义。     

血源细胞系中CD39的表达和功能分析

细胞外ATP通过激活细胞膜上核苷酸受体介导细胞间通讯。CD39是一个钙,镁离子依赖的ATP双磷酸酶,其对ATP信号的调节机制尚未完全阐明。采用半定量RT．PCR、ABC免疫酶标和流式细胞术以及荧光素／荧光素酶法,研究了七个血源细胞系中CD39的表达和功能。结果表明,不同细胞中CD39的表达水平差异显著：在J6-1和LCL-H中高水平表达,在HL60中低水平表达,而在Namalva、Jurkat,U937细胞中极低水平表达．CD39的表达与这些细胞膜上ATP酶活性、胞外ATP的基础水平结果一致,提示CD39是这些细胞膜上ATP酶活性的主要来源,可能在调节P2受体介导的细胞间通讯中起重要作用。     

番茄红素对胰腺alpha和beta细胞的差异作用

番茄红素是一种强抗氧化剂,在糖尿病的治疗实验中显示出对机体的保护作用,但是其细胞机制尚不明确。本研究采用不同浓度梯度的番茄红素处理胰腺alpha和beta细胞系,检测细胞的生长、凋亡、周期、活性氧、ATP水平和相关细胞因子的表达变化。结果显示,番茄红素不影响alpha细胞的生长、凋亡、周期、活性氧和ATP水平,但番茄红素可以促进beta细胞的生长、上调其S期比例、降低活性氧水平并提升ATP水平。与此同时,番茄红素可以提升beta细胞tnfα、tgfβ和hif1αmRNA的表达。这些结果表明番茄红素的作用具有细胞特异性,可以活化胰腺beta细胞,为其在糖尿病防治的临床应用提供数据支撑。     

细胞内ATP水平调节机制在肥胖病理生理中的作用

ATP是细胞的重要能源。传统观点认为细胞内ATP水平相对恒定,不会出现持续升高。而新的研究提示:在能量过剩状态下,ATP水平在多种组织中持续升高,这种升高与能量过剩引起的代谢紊乱密切相关,但其升高机制尚不清楚。本文通过回顾本研究组前期实验结果和文献,论述调节细胞内ATP水平的多种因素,其中涉及超氧离子、线粒体炫、抗氧化剂、抗凋亡蛋白(Bcl-xL)、AMP活化的蛋白激酶以及二甲双胍等,重点讨论这些因素改变ATP设定点的作用及其潜在机制,评估它们在细胞内ATP水平升高或降低中扮演的角色。本文以能量过剩的分子机制为中心,探讨细胞内ATP水平升高导致胰岛素抵抗的分子机制,同时阐明新的实验结果与ATP传统观点之间发生矛盾的可能原因。作者认为在肥胖条件下,ATP水平升高是细胞能量过剩的重要信号,该信号通过激活反馈通路抑制线粒体功能,造成糖脂代谢紊乱。     

高氧抑制LPS/ATP诱导的骨髓源性巨噬细胞的焦亡

目的:研究不同浓度的氧气在LPS/ATP诱导的骨髓源性巨噬细胞焦亡中的作用。方法:提取C57BL/6小鼠的骨髓源性巨噬细胞,用1μg/ml脂多糖(LPS)刺激细胞24 h,用5 mM三磷酸腺苷(ATP)刺激细胞4 h,酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测细胞培养上清液中IL-1β水平的变化。用5 mM ATP刺激细胞后,给予细胞40%、60%和100%的氧气处理1.5 h,ELISA检测细胞培养上清液中IL-1β水平的变化。结果:1μg/mL LPS和5 mM ATP先后刺激下,骨髓源性巨噬细胞培养上清液中IL-1β的水平明显升高(P0.001),用caspase-1特异性抑制剂AC-YVAD-CMK刺激骨髓源性巨噬细胞后IL-1β水平明显降低(P0.001)。5 mM ATP刺激之后给予细胞不同浓度的氧气干预1.5 h后,细胞培养上清液中IL-1β的水平明显下降。结论:高氧抑制LPS/ATP诱导的骨髓源性巨噬细胞的焦亡。     

34例乳腺癌细胞体外ATP-TCA法敏感性检测分析

乳腺癌在妇女疾病中是较为常见的恶性肿瘤之一。外科手术是治疗乳腺癌的首选方法,但局部切除者的复发率高。术后复发与手术方式、肿瘤病理类型及术后使用化疗药物种类有关。故选择针对乳腺癌患者个体有效的药物进行化疗是术后控制复发的重要手段,寻找与临床相关性好、敏感、标准化、快速、简易的方法是药敏试验的方向。三磷酸腺苷一肿瘤细胞药敏试验（ATP—TCA法）,是根据ATP为细胞的基本能量单位,当细胞的代谢受损时,ATP合成下降．细胞死亡时受酶的作用,ATP迅速水解消失。     

姜半夏乙醇提取物对人胃癌SGC7901 细胞增殖和凋亡的影响

目的:观察姜半夏乙醇提取物对人胃癌SGC7901细胞增殖和凋亡的影响。方法:不同浓度姜半夏乙醇提取物(终浓度为1mg/ml,0.5mg/ml,0.25mg/ml,0.125mg/ml)处理SGC7901细胞后,倒置相差显微镜下观察细胞的形态学变化;通过甲基噻唑基四唑法检测细胞增殖状况、描绘生长曲线,使用紫外分光光度法观察药物干预后细胞ATP酶活力;AnnexinV-异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate,FITC)/碘化丙啶(propidium iodide,PI)双标记法流式细胞术检测姜半夏乙醇提取物对SGC7901细胞诱导凋亡的情况。结果:不同浓度姜半夏乙醇提取物均能不同程度地抑制人胃癌SGC7901细胞的增殖;在姜半夏乙醇提取物诱导细胞后细胞发生了边缘毛刺、体积缩小等形态学变化,同时可见细胞折光度和贴壁能力下降;AnnexinV-FITC/PI双标记法检测显示姜半夏乙醇提取物可诱导细胞发生凋亡;细胞总ATP酶活力在药物干预72小时后出现明显下降;并且随着药物浓度增加细胞凋亡率、细胞形态异常改变以及ATP酶活力抑制作用均呈上升趋势。结论:姜半夏乙醇提取物可抑制人胃癌SGC7901细胞的增殖,促进其凋亡,抑制细胞ATP酶活力。     

线粒体ATP合成酶抑制因子1在细胞能量代谢中的调节作用

ATP除了为细胞提供能量外,还发挥重要的信号作用。因此,细胞内ATP水平的调节机制引起了越来越多的关注。ATP合成酶抑制因子(ATPase inhibitory factor 1,ATPIF1,简称IF1)是线粒体基质中的一个蛋白,其与呼吸链中的F_1Fo-ATP合酶结合,调控后者合成和水解ATP的活性。该分子在肿瘤研究方面已有综述,但是在糖脂代谢领域还缺乏相关综述。该综述从能量代谢角度出发,阐明IF1分子在调节细胞ATP水平中的作用。IF1蛋白半衰期较短,其表达呈现组织特异性,活性受基因表达和蛋白修饰的双重调节。IF1活性在其质子化后或过表达条件下升高,使线粒体ATP合成减少,引起细胞能量代谢重新编程,糖酵解合成ATP增多,并且线粒体产生活性氧增加。这些作用可解释IF1促进癌细胞生长和提高细胞炎症反应的作用。相反,IF1活性在蛋白磷酸化后或基因敲除条件下降低,由此介导的代谢编程提高细胞对恶劣环境的适应能力,提高细胞的生存力,增加局部组织的抗炎能力。总之,IF1的这些作用为探索细胞内ATP水平调节机制和细胞能量代谢稳态机制提供了重要的指导意义。     

番茄红素对胰腺alpha和beta细胞的差异作用（英文）

番茄红素是一种强抗氧化剂,在糖尿病的治疗实验中显示出对机体的保护作用,但是其细胞机制尚不明确。本研究采用不同浓度梯度的番茄红素处理胰腺alpha和beta细胞系,检测细胞的生长、凋亡、周期、活性氧、ATP水平和相关细胞因子的表达变化。结果显示,番茄红素不影响alpha细胞的生长、凋亡、周期、活性氧和ATP水平,但番茄红素可以促进beta细胞的生长、上调其S期比例、降低活性氧水平并提升ATP水平。与此同时,番茄红素可以提升beta细胞tnfα、tgfβ和hif1αmRNA的表达。这些结果表明番茄红素的作用具有细胞特异性,可以活化胰腺beta细胞,为其在糖尿病防治的临床应用提供数据支撑。     

朊病毒感染对细胞中三羧酸循环关键催化酶的影响研究

为了研究朊病毒感染对细胞氧化供能的主要途径—三羧酸循环关键催化酶的影响。使用ATP检测试剂盒检测朊病毒感染后细胞的ATP表达情况,采用蛋白免疫印迹方法检测朊病毒感染细胞中三羧酸循环关键催化酶的表达情况;使用细胞免疫荧光对催化酶进行细胞定位;应用线粒体分离试剂盒分离线粒体,检测线粒体中催化酶的表达情况。结果显示朊病毒感染后的细胞ATP表达水平明显降低,进一步检测三羧酸循环过程中三个主要的催化酶,发现这三个催化酶在朊病毒感染的细胞中表达量明显降低,免疫荧光实验显示催化酶与线粒体标志蛋白具有空间共定位现象,并发现在朊病毒感染细胞的线粒体中这三个催化酶的表达也显著降低。本研究发现朊病毒感染细胞中三羧酸循环催化酶的表达量明显降低,导致ATP产能下降,影响细胞代谢水平。     

姜半夏乙醇提取物对人胃癌SGC7901细胞增殖和凋亡的影响

目的：观察姜半夏乙醇提取物对人胃癌SGC7901细胞增殖和凋亡的影响。方法：不同浓度姜半夏乙醇提取物（终浓度为1mg／ml,0．5mg／ml,0．25mg／ml,0．125mg／ml）处理SGC7901细胞后,倒置相差显微镜下观察细胞的形态学变化;通过甲基噻唑基四唑法检测细胞增殖状况、描绘生长曲线,使用紫外分光光度法观察药物干预后细胞ATP酶活力;AnnexinV．异硫氰酸荧光素（fluorescein isothiocyanate,FITC）／碘化丙啶（propidium iodide,PI）双标记法流式细胞术检测姜半夏乙醇提取物对SGC7901细胞诱导凋亡的情况。结果：不同浓度姜半夏乙醇提取物均能不同程度地抑制人胃癌SGC7901细胞的增殖;在姜半夏乙醇提取物诱导细胞后细胞发生了边缘毛刺、体积缩小等形态学变化,同时可见细胞折光度和贴壁能力下降;Annexin V-F／TC／PI双标记法检测显示姜半夏乙醇提取物可诱导细胞发生凋亡;细胞总ATP酶活力在药物干预72小时后出现明显下降;并且随着药物浓度增加细胞凋亡率、细胞形态异常改变以及ATP酶活力抑制作用均呈上升趋势。结论：姜半夏乙醇提取物可抑制人胃癌SGC7901细胞的增殖,促进其凋亡,抑制细胞ATP酶活力。     

ATP激活鼻咽癌细胞氯电流并减小细胞容积

采用全细胞膜片钳技术和细胞容积测量技术,在低分化鼻咽癌细胞株CNE-2Z上观察ATP 诱导的Cl- 电流的特性及其对细胞容积的影响。细胞外微摩尔水平的ATP 以剂量依赖性的方式激活一个具有弱外向整流特性,没有时间依赖性失活的电流,此电流的反转电位 [(-0.05 ± 0.03) mV]接近Cl- 的平衡电位(-0.9 mV)。用葡萄糖酸置换细胞外液Cl- 后, ATP 激活的电流明显减小并且反转电位发生改变。氯通道抑制剂NPPB (200 μmol/L)可以抑制这一电流 [(81.03 ± 9.3)%] 。此电流亦可被嘌呤受体(P2Y) 拮抗剂反应蓝 2 抑制 [(67.39 ± 5.06)%]。50 μmol/L 的 ATP 使在等渗状态下的细胞容积缩小, 替代和耗竭细胞外、内的Cl- 后, ATP 的这一作用消失。这些结果提示细胞外微摩尔水平的 ATP 可通过兴奋 P2Y 受体激活氯通道而产生与细胞容积调节相关的Cl- 电流。     

细胞外ATP通过刺激NADPH氧化酶缓解水杨酸诱导的细胞死亡

水杨酸（SA）是植物重要的信号分子,低浓度的SA能够诱导植物的抗病反应,而高浓度的SA导致植物细胞死亡。本文采用500μmol·L-1的SA处理烟草悬浮细胞BY-2,研究了细胞外ATP在SA诱导的细胞死亡中的作用及可能的机制。结果显示,外源ATP可缓解SA诱导的细胞死亡水平的上升。另外,SA导致NADPH氧化酶活性下降,而外源ATP则刺激其活性上升。外源ATP能缓解SA对NADPH氧化酶活性的抑制,且这种缓解作用可被NADPH氧化酶的抑制剂——二亚苯基碘（DPI）所消除。DPI还可部分消除外源ATP对SA所诱导的细胞死亡的缓解作用。上述结果表明,胞外ATP通过刺激NADPH氧化酶活性缓解SA诱导的细胞死亡。     

Novobiocin、Coumermycin A、Oxolinic acid、Nalidixic acid、溴化乙锭和ATP类似物对细菌病毒φ29细胞外DNA包装的抑制作用

四种抗菌素Novobiocin、CoumermycinA、Oxolinicacid和Nalidixicacid以及化合物溴化乙锭(Ethidiumbromide)和ATP类似物γ—S—ATP能抑制噬菌体φ29DNA的细胞外包装。达到50％抑制作用的药物浓度(不包括ATP类似物)分别为每毫升5、90、167、380和1.3微克。当ATP类似物加入完全纯化的φ29胞外DNA包装系统时,DNA包装的中间产物积蓄,DNA包装流产,表明DNA装壳的整个过程均需ATP的参与。这一发现为抗病毒药物的研究提供另一条线索。本文并对φ29DNA包装的可能机制进行讨论。     

噻唑衍生物WSF-SN-10激活AMPK的机制研究

目的:在噻唑衍生物中筛选新型AMPK激活剂并探究其激活AMPK的分子机制,以期找到副作用少的II型糖尿病治疗药物。方法:用14种噻唑衍生物处理293T细胞,用Western Blot筛选能显著提高AMPK磷酸化水平的化合物;用HPLC和FACS分别检测该化合物对细胞内AMP/ATP比值和Ca~(2+)浓度的影响,探究其激活AMPK的分子机制。结果:WSF-SN-10(2-(2-(6,6-二甲基双环[3,1,1]庚-2-亚基)肼基)-4-(4-氰基苯基)噻唑)为14种噻唑衍生物中活性最强的AMPK激活剂;20μM下WSF-SN-10激活AMPK的活性最强;用20μM WSF-SN-10处理293T细胞后,细胞内的AMP/ATP比值和LKB1的磷酸化水平分别上升至空白对照的1.94和3.04倍,同时Ca~(2+)浓度无明显变化,说明WSF-SN-10通过增加细胞内的AMP/ATP比值来激活AMPK。结论:噻唑衍生物WSF-SN-10能抑制细胞内的ATP合成来间接激活AMPK,是治疗II型糖尿病和肥胖症的潜在药物。