高内涵成像分析系统用于线粒体动力学 检测和表型分析

概述 

线粒体是细胞的主要能量来源，在调节细胞代谢中起着重要作 用。线粒体可以根据环境条件和细胞需求改变其结构来调节自 身的形态，其动力学本质是由分裂、融合、自噬和生物发生几 个过程驱动。线粒体分裂产生大量的圆形碎片，尺寸较小；融 合产生的线粒体数量较少，形状细长且尺寸较大。线粒体分裂 和融合的相对过程都参与到线粒体质量控制和正常细胞稳态 的维持过程中 [2，3]。线粒体分裂和融合对细胞的正常功能都至关重要。  

线粒体自噬是清除受损线粒体的过程，是正常线粒体循环的 重要组成部分。线粒体受损或衰老时会发生不对称裂变。当 健康的成分被运送到新的线粒体时，受损的成分将被分离成小 的组分，这些小的组分被去极化并通过线粒体自噬小体迅速清 除 [4]。生物发生是导致新的线粒体成分合成的过程。 

线粒体动力学的病理改变可导致生物能量功能受损和线粒体 介导的细胞死亡，并与多种病理机制相关，包括缺血性心肌 病，糖尿病，肺动脉高压，帕金森氏病和亨廷顿氏病以及骨骼 肌萎缩症或阿尔茨海默氏病 [1,5]。由于线粒体本身有限的糖酵 解能力和高水平的能量使用，神经元对线粒体功能的改变特 别敏感 [6]。心肌细胞是线粒体体积分数最高的细胞之一，对线粒体动态变化也特别敏感 [7,8]。线粒体动态改变在许多癌症 中也发挥作用，其中线粒体融合可以降低细胞对凋亡信号的敏 感性，诱导有氧糖酵解 (Warburg 效应 )，并可能通过减少凋亡细胞死亡而促进癌细胞生长 [9]。 研究表明，线粒体动力学的改变可以促成应急刺激的正常生 理反应。在运动期间，骨骼肌的线粒体碎片能维持活跃的体 内平衡；恢复过程中，线粒体融合被激活，并维持稳定。 目前，科研界对使用高内涵成像方法研究线粒体结构重塑的兴 趣日益浓厚。共聚焦成像和水镜可以提高成像质量并更好地 显示线粒体结构，而这些图像分析工具可以获得不同表型的 数字特征。本研究中，我们阐述了线粒体表型和结构重排的分析模块可用于线粒体动力学为基础的细胞研究。