【国自然热点文献】之线粒体​

Hello，大家好，又到了文献分享的日子啦！这些天的天气如此美好，是不是心情也异常不错呢！很开心又和大家见面啦~

那么近两期我们将分享两篇与线粒体相关的文献，为什么要选用线粒体呢？且让我们根据权威数据来分析一下吧！

在pubmed数据库中输入“mitochondria”，文章数量为23691篇左右，且线粒体虽然研究历史是比较长的，但在近十年来呈爆发式增长。

从国自然立项情况来看，近十年来，立项的数目加速增长的状态。

从以上的数据来看，线粒体在研究领域中的地位不言而喻，那么本月，就让我们一起来了解这个功能强大的线粒体吧！

首先，先来了解一下线粒体相关的基础知识。

线粒体是细胞内微小的细胞器，其主要功能是提供细胞所需要的能量。线粒体为细胞的生命活动提供场所，是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所，被称为“细胞动力工厂”。而且，线粒体有自身的DNA和遗传体系，但因线粒体基因组的基因数量有限，所以线粒体只是一种半自主性的细胞器。在人体中，线粒体的数量庞大，平均每个细胞里有300-400个线粒体，整个人体里有1亿亿个。在人类正常或异常生物调控过程中发挥着举足轻重的作用。

线粒体功能失调对人类的健康影响大且广，线粒体功能障碍主要表现在线粒体形态结构的改变、ATP 合成减少、活性氧物种的过度产生、动力学失衡和 mtDNA 损伤。其功能失调与人体各个系统的疾病如神经系统疾病、心血管系统疾病、肝脏疾病、肾脏疾病、糖尿病以及 DNA 损伤反应相关癌症的发生与发展联系紧密。

因此，基于以上信息，对线粒体的深入研究还是非常有必要的。这次，我们就跟着这篇比较简单的与线粒体相关的SCI的文献一起来学习一下关于线粒体的研究思路。

文献题目是：MicroRNA-128 inhibits mitochondrial biogenesis and function via targeting

PGC1α and NDUFS4，影响因子4.160分，发表在Mitochondrion杂志上，发表时间为2021年8月。

让我们跟着作者提供的实验结果一起来了解这篇文献的主要内容吧~

一、在C2C12成肌细胞中，MiR-128直接靶向过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC1α）

作者之前的研究已经发现miR-128靶向NAD+依赖的蛋白去乙酰化酶Sirtuin 1(SIRT1)。文献报道，SIRT1可通过调节多种组蛋白和非组蛋白，包括PGC1α，广泛参与线粒体生物发生和其他多种生物过程，如凋亡、炎症和代谢。作者先前的研究表明在HEK293T细胞中，过表达miR-128后得到的基因转录组谱中发现PGC1α下调。骨骼肌功能（最大的代谢组织）障碍与线粒体功能受损关系密切。作者在C2C12成肌细胞研究miR-128水平在的下游作用。

首先在C2C12成肌细胞中过表达和敲降了miR-128的表达（图1A）。另外，通过Starbase发现miR-128与PGC1α序列能部分结合，且在包括人类、黑猩猩和恒河猴在内的哺乳动物中序列保守（图1B）。双荧光素酶报告基因结果支持miR-128与PGC1α相互结合（图1C）。过表达miR-128显著降低了PGC1α的mRNA和蛋白表达水平；敲降miR-128则显著提高了PGC1α的mRNA和蛋白表达水平（图1E-F）。以上结果说明，miR-128在C2C12成肌细胞中直接靶向PGC1α。

二、在C2C12成肌细胞中，miR-128通过NRF转录因子下调TFAM，从而抑制线粒体生物发生

因为PGC1α和SIRT1通过核呼吸因子介导TFAM调控线粒体生物发生。因此，检测了miR-128对NRF1、NRF2、TFAM表达的影响。结果表明，miR-128过表达显著降低了NRF1、NRF2、TFAM的mRNA和蛋白水平的表达；miR-128敲低显著增高了NRF1、NRF2、TFAM的mRNA和蛋白水平的表达（图2A-F）。以上结果说明miR-128负向调控与线粒体功能调节相关的基因（NRF1、NRF2、TFAM）的表达。

三、在C2C12成肌细胞中，过表达miR-128可通过靶向能量代谢基因NDUFS4降低线粒体呼吸

据文献报道，线粒体DNA的复制先于线粒体的生物发生，这是细胞能量稳态所固有的，并能很好的反映线粒体的质量。作者进一步检测了miR-128对线粒体DNA含量的影响， miR-128过表达降低了线粒体DNA的转录本，而miR-128敲降则取得相反的结果（图3A）。接着采用NAO处理后（染色内线粒体膜的心磷脂）量化线粒体质量。miR-128过表达后，线粒体质量减少，而miR-128敲降使线粒体质量增加（图3B）。利用Starbase以及双荧光素酶实验验证，得到miR-128可靶向结合线粒体能量代谢基因NDUFS4（图3C-D）。MiR-128过表达显著抑制了NDUFS4的蛋白表达，其敲降则增加了NDUFS4的蛋白表达，但对NDUFS4的mRNA水平没有显著影响（图3E-F）。

而且，有趣的是，作者还发现电子传递链（ETC）的几个亚基在其3 ' UTR中具有miR-128结合位点（图4）。这提示miR-128与ATP水平之间可能存在负相关调控。

线粒体功能障碍可导致线粒体无法产生和维持足够的细胞ATP水平。于是作者探索了miR-128是如何影响细胞中ATP的产生情况。作者通过线粒体耗氧率（OCR）来进行评估。miR-128过表达降低了OCR，而miR-128敲低则增加了OCR（图5A）。同时，其它的呼吸参数如基础呼吸，最大呼吸，ATP的产生和多余的呼吸能力等均随着miR-128过表达降低以及miR-128敲降而增高（图5B-E）。

四、MiR-128调控线粒体动力学并影响线粒体形态

线粒体生物发生和功能的改变与线粒体动力学的变化有关。MiR-128改变了线粒体的生物发生和功能，作者进一步假设miR-128也可能调节线粒体动力学。作者检测了miR128对MFN1、MFN2、OPA1和DRP1基因在转录和翻译水平的表达情况。结果显示，过表达miR-128显著降低线粒体融合促进蛋白（MFN2和OPA1）水平，显著升高裂变蛋白（DRP1）水平。相反，miR-128敲降增高MFN2和OPA1表达，降低DRP1表达（图6A-D）。

另外，采用共聚焦显微镜使用MitoTracker Green FM染料对线粒体形态进行可视化。过表达miR-128的C2C12成肌细胞，显微镜下观察到更多的线粒体碎片，提示线粒体裂变增加；而敲降miR-128则增加了线粒体的融合（图7A）。接下来进一步通过线粒体面积、周长、形态因子和ferret’s直径等参数对线粒体形态进行量化。结果显示，miR-128过表达明显减小了以上参数，而miR-128敲降则取得了相反的结果（7B）。以上结果表明miR-128过表达促进线粒体裂变，而这种效应在miR-128抑制时被抵消。

文章的所有结果就分析完啦！是不是非常简单？

从文献的整体思路来看，确实不复杂，我们再简单的捋一捋文章的整体研究思路：作者主要从线粒体的功能方面入手，探讨了miR-128对其线粒体功能各方面的影响。分别探讨了miR-128对PGC1α、NRF1、NRF2、TFAM（与线粒体生物发生密切相关基因）、NDUFS4（能量代谢相关基因）、ATP水平、线粒体动力学、线粒体形态等方面的调控作用。大家也可以结合下图作者的思路图以及前面的结果分析来了解它们相互之间的调控关系。

此篇文献分享到这就结束了哦！本月月底还会出一篇相对高分的与线粒体相关的文章，感兴趣的小伙伴们赶紧戳个关注呦，精彩内容不容错过~

好啦，那我们今天就讲到这里

如果有更多需要咨询的地方

赶紧戳个关注吧，我们下一期不见不散~