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说不完、学不完的Seahorse细胞能量代谢分析:一个性价比不高的指标

2026-01-13 14:25 来源:admin 点击:56

小学三年级就学过,ATP主要来自于糖酵解和氧化磷酸化两个生物学过程。正常细胞中,细胞主要依靠线粒体呼吸功能,而在肿瘤细胞,ATP则主要来自于糖酵解,即使氧气充足(即Warburg效应)。研究肿瘤细胞能量代谢的小朋友应该会普遍希望通过一些手段来干预Warburg效应,逆转肿瘤细胞能量代谢模式,从而开发出治疗肿瘤细胞的有效方案。这就不可避免地要分析治疗前后来自于无氧呼吸和有氧呼吸的ATP比例是否变了。那是不是可以用我们高中学到的牛X方法:放射性同位素示踪?呵呵...这个方法我也就高中的时候见过了...


Seahorse检测法理论基础



一、糖酵解ATP怎么算?


根据糖酵解方程式:Glucose + 2 ADP + 2 Pi ➔ 2 Lactate + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+我们可以发现,糖酵解来源的ATP(glycoATP)和氢离子(H+)数量是相等的,因此glycoATP速率就等于糖酵解来源的质子释放速率(glycoPER)。这个glycoPER的计算比较复杂,主要涉及到3个固定系数——缓冲液因子(BF)、CO2贡献因子(CCF)和(体积比例因子,volumetric scaling factor;Kvol),可以参考下面公式作简单理解,以后有空讲糖酵解速率计算的时候再细说(我也不是很熟,还要再学学)。


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▲ATP检测OCR、ECAR动力学曲线


二、线粒体ATP怎么算?


我们已经知道,Seahorse技术中直接检测的对象就只有氢离子(表示为pH或浓度)和氧气,其它的指标其实都是用这两个指标等作等价换算的。此前我们说过的一般OCR检测结果中有一个ATP-linked Respiration,很多人也会用ATP Production表示。原理上,这个ATP-linked Respiration就等价于ETC上的ATP合成酶被寡霉素抑制后引起的耗氧速率的降低幅度。我之前说,用ATP Production这个名词其实没那么准确,主要就是因为ATP产量和呼吸的具体比例关系没有那么明确。那么如果我们算准确了,这个ATP产量其实就是氧化磷酸化生成的ATP(即线粒体ATP,mitoATP)。算法如下:


① 先算等价的耗氧速率变化:

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② 再把这个OCRATP乘相应系数做相应的折算即可:


ATP速率检测官方白皮书:理论P/O比值此前已根据各代谢燃料的化学计量关系,结合通过分离线粒体获得的实验结果,并考虑F1F0-ATP合成酶的效率来估算。所得到的最大理论P/O值从棕榈酸氧化的2.45至全糖原氧化的2.86不等[4]。然而,在标准细胞实验条件下,细胞处于混合的不同燃料(氨基酸、碳水化合物、脂质)环境中,同时也存在用于线粒体氧化的内部燃料储备。为了在测定条件下计算线粒体ATP生成速率,应使用一个估计的平均P/O值,以代表不同细胞燃料的平均P/O比值。该平均P/O比值是2.75。


PS:我发现有氧呼吸生成ATP约32-34个,耗氧6个O2,即12个O原子,若认为有氧呼吸平均生成33个ATP,再除以12,刚好是2.75,碰巧了,哈哈!


三、总ATP生成速率计算


直接把糖酵解和线粒体来源的ATP加和处理就行,因为前面算的都是ATP生成速率的绝对值,不是相对值。加和之前注意对细胞进行计数,然后把所有孔进行均一化处理。


你可以得到什么?



如果浓缩一下精华,你就只能得到以下3个图:


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下面这个图稍微换了一下表达形式,感觉还不如直方图来的直接了当!


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最后,因为这个检测相当于是在不同孔同时检测OCR、ECAR检测,因为需要的成本是翻倍的,如果你的研究方向没走到这里,或者深度没必要达到这里,这个实验就不要做了。如果不差钱,那就大胆做下去,可以让你最终的研究成果达到更高水平。