基本信息

主题：NMT发现神经元线粒体耗O₂速率增加为Bcl2家族改善神经元代谢提供直接证据

期刊：Nature cell biology

影响因子：20.042

研究使用平台：NMT神经研究创新平台

标题：Bcl-x_L regulates metabolic efficiency of neurons through interaction with the mitochondrial F₁F₀ ATP synthase

作者：耶鲁大学Elizabeth A. Jonas、Kambiz N. Alavian

检测离子/分子指标

O₂

检测样品

大鼠海马神经元

中文摘要（谷歌机翻）

离子/分子流实验处理

① GFP-Bcl-x_L表达神经元与mito-GFP表达神经元CSCW2-荧光素酶慢病毒转染7 d

② 单个不表达神经元或表达Bcl-x_L shRNA或混乱shRNA的神经元CSCW2-荧光素酶慢病毒转染7 d

③ 单个神经元10 μM ABT-737处理18 h

④ 90 mM KCl和5 mg ml^-1寡霉素处理表达Bcl-x_L-GFP或mito-GFP的单个神经元

⑤ 萤火虫荧光素酶在有无1 μM ABT-737处理海马神经元中的发光5 min，随后用90 mM KCl处理90 s。

先前的工作描述了过表达Bcl-x_L的神经元中线粒体生物量的增加。如果线粒体生物量的增加是造成ATP水平升高的唯一原因，那么表达Bcl-x_L的细胞有望增加摄氧量。为了验证这一点，使用O₂流速微传感器检测单个神经元的氧摄取量。与预期相反，过表达Bcl-x_L的神经元的O₂流速低于转染mito-GFP的神经元（图1b），这表明过表达Bcl-x_L的神经元更有效地将ATP的产生与O₂的吸收结合。内源性Bcl-x_L具有类似的作用，因为shRNA介导的消耗（图1c, d）或Bcl-x_L活性的药理抑制作用（图1e）增加了神经元的O₂流速。这些数据表明，Bcl-x_L的消耗或抑制使ATP的产生与O₂的摄取解偶联。

从理论上讲，较高的ATP水平和过表达Bcl-x_L的神经元的O₂摄取水平较低，可能是由于电活动和突触活动水平降低而导致ATP积累的静止状态。这不太可能，是因为Bcl-x_L过表达的神经元具有比对照更大的突触和更多的自发活动。

因此，作者研究了过表达Bcl-x_L的神经元是否具有更大但未被充分利用的能量。当细胞在高钾条件下去极化时，Bcl-x_L过表达的神经元O₂流速比基础水平增加了约90%，这是一种已知的刺激神经元电活动和突触活动的处理方法（图1f），而mito-GFP表达对照则仅增加了50%。

在氧化磷酸化过程中，从线粒体基质中泵出的质子通过ATP合成酶处的线粒体内膜的H⁺流速（生产流速）和H⁺外排（非生产性）重新进入基质。减少非生产性外排可提高ATP生产效率。为了确定Bcl-x_L过表达的神经元在最大活性期间是否有不同程度的非生产性穿过内膜的外排，高钾被迅速冲洗出去，并在寡霉素中测量O₂摄取量，寡霉素抑制与ATP生成相关的H⁺流速，但不抑制与非生产性外排相关的H⁺流速。与mito-GFP表达对照相比，GFP-Bcl-x_L细胞具有更高的产O₂流速与总O₂流速的比值，表明它们利用更高的整体峰值O₂流速百分比来制造ATP（图1g）。

图1. Bcl-x_L改变神经元对O₂的吸收

其他实验结果

• Bcl-x_L过表达的神经元ATP水平升高，Bcl-x_L缺失的神经元ATP水平降低。

• Bcl-x_L是刺激引起的代谢变化所必需的。

• Bcl-x_L定位于线粒体内膜。

• 重组Bcl-x_L蛋白增强了F₁F₀ ATPase的酶促速率。
• 在F₁F₀ ATPase活动期间，Bcl-x_L抑制减弱H⁺进入亚线粒体囊泡。

• 内源性Bcl-x_L是ATP结合后抑制膜泄漏所必需的。

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