线粒体的氧化应激和能量代谢是至关重要的生物学事件，并参与各种生理和病理过程，例如细胞凋亡和坏死。然而，在这些事件中线粒体过氧化氢（H₂O₂）和三磷酸腺苷（ATP）的动态模式如何变化尚不清楚，更重要的是，它们之间如何相互影响也未知。

近日，华东师范大学田阳教授课题组开发了一种基于双光子荧光寿命探针（TFP），可实时成像并同时测定两个单独的荧光通道中线粒体H₂O₂和ATP的变化，而不会发生光谱串扰。

图 | 示意图

本文要点

1）研究人员设计开发了双光子荧光寿命探针（TFP）。由于荧光寿命成像的准确性和定量能力，TFP的荧光寿命在0.4-10μM H₂O₂和0.5-15 mM ATP的检测范围内表现出良好的响应性和选择性。

图 | TFP探针工作原理的图示。

2）研究人员使用这种探针，研究了线粒体中H₂O₂和ATP之间的关系，并观察到超氧阴离子（O2^•-）诱导的线粒体H₂O₂和ATP的动态水平变化。发现在短时间内（8分钟）的O2^•-刺激会暂时改变线粒体中H₂O₂和ATP的水平，并且神经元能够在短时间内恢复到初始状态。但是，将O2^•-刺激时间增加到50分钟则会导致永久性氧化损伤和能量缺乏。

图 | 不同条件下用TFP探针（10μM）染色的神经元中线粒体H₂O₂和ATP的共定位研究和双光子荧光寿命成像。

3）研究人员还首次发现O2^•-和H₂O₂的外源性刺激对线粒体H₂O₂和ATP的水平有不同的影响，其中O2^•-表现出更严重的负面影响。

 图 | 实时成像并同时量化线粒体H₂O₂和ATP对外源O2^•-刺激的响应。

总结一下，该项工作不仅为多物种成像提供了一种通用的分子设计方法，同时，基于这种方法的TFP探针还能揭示线粒体中氧化应激诱导的与H₂O₂和ATP相关的细胞内功能。

参考文献：

Zhou Wu et al. Real-Time Imaging and Simultaneous Quantification of Mitochondrial H₂O₂ and ATP in Neurons with a Single Two-Photon Fluorescence-Lifetime-Based Probe. JACS. 2020.

https://doi.org/10.1021/jacs.0c00771