实时测量中性粒细胞的线粒体生物能量特征

线粒体在细胞生物能量学中起主要作用，其通过氧化磷酸化（OXPHOS）产生三磷酸腺苷（ATP）。除此之外，线粒体的作用延伸到活性氧的产生和解毒，细胞质和线粒体基质钙调节，细胞合成，分解代谢^{以及细胞内}代谢物的运输1。线粒体呼吸在所有细胞中都是必不可少的，因为它们的功能障碍会导致代谢问题²，包括心血管疾病³ 和多种神经退行性疾病，如年龄相关性黄斑变性⁴，帕金森氏症和阿尔茨海默氏症⁵，以及Charcot-Marie-Tooth疾病2 A（CMT2A）⁶。

对中性粒细胞的电子显微镜研究表明，线粒体⁷相对较少，并且由于线粒体呼吸^{速率非常低，}它们严重依赖糖酵解来产生能量8。然而，线粒体对中性粒细胞功能至关重要，例如趋化性⁹和细胞凋亡^10,11,12。之前的一项研究揭示了具有高膜电位的人中性粒体中性粒体网络。线粒体膜电位丢失是中性粒细胞凋亡的早期指标¹⁰。用线粒体解偶联剂羰基氰化物间氯苯基腙（CCCP）处理显示出对趋化性的显着抑制，以及线粒体形态的变化^9,10。

虽然中性粒细胞的主要能量来源是糖酵解，但线粒体通过推动嘌呤能信号传导的第一阶段来提供启动中性粒细胞激活的 ATP，从而促进 Ca²⁺ 信号传导，放大线粒体 ATP 的产生，并启动中性粒细胞功能反应¹³。线粒体呼吸链功能障碍导致有毒活性氧（ROS）的过量产生并导致致病性损害^14,15,16。NETosis是形成中性粒细胞细胞外陷阱（NET）的过程，是中性粒细胞的关键特性，可帮助它们对抗病原体¹⁷，并导致许多病理状况，包括癌症，血栓形成和自身免疫性疾病¹⁸。线粒体来源的 ROS 有助于 NETosis¹⁹，线粒体 DNA 可以是^{NETs 18} 的组成部分，线粒体稳态改变会损害 NETosis 20,21,22,23,24。此外，在正常分化或成熟期间，中性粒细胞代谢重编程通过限制糖酵解活性而被逆转，并且它们参与线粒体呼吸并动员细胞内脂质^25,26。

代谢细胞外通量分析仪可以连续监测和量化活细胞线粒体呼吸和糖酵解。该分析仪利用一个 96 孔板格式的传感器盒和两个荧光团来量化氧 （O₂） 浓度和 pH 值变化。在测定过程中，传感器盒位于细胞单层上方，并形成~200nm高的微室。分析仪中的光纤束用于激发荧光团并检测荧光强度变化。自动计算 O₂ 浓度和 pH 值的实时变化，并显示为耗氧速率 （OCR） 和细胞外酸化速率 （ECAR）。传感器盒上有四个端口，允许在测定测量期间将多达四种化合物加载到每个孔中。该协议侧重于使用代谢细胞外通量分析仪量化小鼠和人中性粒细胞的线粒体呼吸，以及中性粒细胞样HL60细胞。