本期文献
Single particle cryo-EM analysis of the Rhodospirillum rubrum encapsulin nanocompartment shows variable loading of encapsulated ferritin cargo proteins and differences in the fivefold pore.
封裝体是细菌和古菌中自组装的蛋白纳米隔室，通过封装货物酶来保护细胞免受有毒反应产物或中间物的伤害。冷冻电镜数据处理策略的进展使人们能够更详细地研究封裝体及其货物蛋白。本文报道了Rhodospirillum rubrum encapsulin在存在和不存在其搭档封装铁蛋白(EncFtn)时的单颗粒冷冻电镜结构。空载和装载encapsulins的单颗粒二十面体重构显示，装载货物后五倍孔处表现出更高程度的构象灵活性。作者应用一种新的非点群平均工作流程来分析encapsulin纳米隔室内的封装铁蛋白，获得了2.8 Å分辨率的首个完全精修EncFtn原位原子模型。加掩模二维分类和粒子减法表明，在这个重组复合物中货物装载是异质的，encapsulin最多可容纳五个十聚体EncFtn复合物。这些数据为encapsulins的动力学和货物排列提供了新见解，并展示了一种适用于encapsulin货物高分辨率重构的自适应工作流程。
Salubrinal-activated integrated stress response protects against doxorubicin-induced cardiotoxicity via activating transcription factor 4-mediated antioxidant defense and glutathione homeostasis.
多柔比星是有效化疗药，但其使用受限于心脏毒性，线粒体功能障碍是多柔比星介导心脏毒性的核心驱动因素。整合应激反应(ISR)是线粒体到细胞核的信号通路和关键细胞防御机制，其在多柔比星心脏毒性中的作用尚不清楚。研究者用药理学ISR激活剂salubrinal（真核起始因子2α去磷酸化选择性抑制剂）处理H9c2心肌细胞、C57BL/6小鼠和HL-1细胞模型。结果显示，多柔比星破坏ISR信号，而salubrinal通过激活转录因子4(ATF4)依赖通路减轻心脏毒性，抑制凋亡并维持线粒体代谢。ATF4调节胱氨酸/谷氨酸转运体xCT（对谷胱甘肽稳态至关重要）和生长分化因子15(GDF15)。机制上，salubrinal通过ATF4依赖的GDF15-xCT轴增强基于GSH的抗氧化能力。进一步分析显示，参与丝氨酸代谢的酶和谷胱甘肽过氧化物酶4（由ATF4介导的热休克蛋白70和胱硫醚-γ-裂解酶上调）也有助于salubrinal的心脏保护作用。这些发现强调ISR是暴露于多柔比星的心肌细胞中的重要生存机制，通过增强GSH稳态和ISR激活可能为减轻多柔比星心脏毒性提供治疗策略。
Disease-mutations perturb proton transfer reactions in respiratory complex I.
呼吸链复合物I通过长程质子耦合电子转移(PCET)反应驱动氧化磷酸化，其突变与超过一半的人类线粒体疾病相关。然而，由于大多数突变同时损害质子泵和氧化还原酶活性，功能损害的分子原理难以测试。本文探讨了末端ND5亚基（NuoL/Nqo12）中与Leigh综合征(LS)和LHON/MELAS相关的关键疾病突变（F124L、M252T、D393N）如何影响分离的抗运蛋白模块Nqo12内的质子转运活性。所有构建体均产生完全折叠的抗运蛋白模块，与野生型模块相比，这些突变体显示出跨蛋白脂质体膜的质子传导速率增强。分子动力学模拟揭示，这些突变扰乱了内部水网络和离子对动力学，而后者对复合物I的长程PCET活性至关重要。作者认为，线粒体疾病突变通过扰乱局部质子门的功能来改变复合物I的氧化还原驱动质子泵活性，并导致跨抗运蛋白模块的不受控质子转位。
Fructose directly remodels the translocase of the outer membrane to impair oxidative phosphorylation in podocytes.
过量膳食果糖摄入与全球肥胖、代谢综合征和慢性肾病患病率增加有关，临床前证据表明过量果糖暴露会诱发严重线粒体功能障碍。传统观点认为果糖诱导的线粒体损伤源于其胞内分解代谢产生的有害中间代谢物，而完整未代谢果糖的直接致病作用常被忽视。本文报道了一种不依赖果糖代谢的机制：果糖结构性地重塑线粒体外膜转位酶(TOM)复合物，阻碍核编码线粒体蛋白的输入，从而抑制线粒体核糖体生物发生和氧化磷酸化。体外生化实验证实，果糖非共价结合TOM22，并诱导TOM复合物发生微妙但功能关键的构象变化，阻断线粒体核糖体亚基的跨膜转位。破坏果糖-TOM22结合可有效恢复异常的核糖体运输，恢复受损的氧化磷酸化，并改善果糖处理的足细胞和小鼠损伤模型中的线粒体功能障碍和肾小球病理损伤。该研究确立了果糖作为线粒体膜复合物直接变构调节剂的新机制范式。
A novel role for Oxaloacetate Decarboxylase FAHD1 in cardiomyocyte maturation
线粒体代谢在出生后心脏成熟过程中经历剧烈重编程，但确保该时期三羧酸循环通量连续性的酶调节因子仍不明确。FAHD1是一种线粒体草酰乙酸脱羧酶(ODx)，被认为在调节电子传递链复合物II活性中发挥作用，但其体内生理相关性尚不清楚。本研究利用种系Fahd1敲除(KO)小鼠模型，发现Fahd1缺失损害复合物II呼吸，降低丙酮酸水平，并诱导向糖酵解和合成代谢的补偿性代谢转变。FAHD1缺失还破坏肌节组织，延迟胎儿到成人肌球蛋白亚型转换，并导致左心室收缩功能障碍和心肌细胞肥大。这些发现将FAHD1鉴定为线粒体功能的关键调节因子，对心肌细胞成熟有强烈影响，并提示其可能作为调节心脏发育和疾病的潜在靶点。
ATP Synthase Activity Couples Bioenergetics to Mitochondrial Translation
线粒体蛋白合成对氧化磷酸化至关重要，但其如何受线粒体能量状态调控尚不清楚。研究发现，寡霉素或citreoviridin抑制F1Fo-ATP合酶可快速且选择性地抑制线粒体蛋白合成，核糖体图谱显示全基因组范围核糖体有效装载下降。抑制ATP合酶导致内膜超极化、基质ATP和GTP减少；解除超极化可恢复核苷酸池和翻译，而选择性补充基质GTP可在腺嘌呤核苷酸交换受限时显著挽救蛋白合成。这表明基质GTP可用性是线粒体翻译的近端能量约束，揭示ATP合酶能量状态与线粒体核糖体活性偶联的细胞器内在机制。
Conformational gating at histidine junctions coordinates proton translocation in respiratory complex I
呼吸链复合物I将NADH氧化的自由能转化为跨膜质子动力势以驱动ATP合成，但氧化还原催化与质子转运偶联的分子机制仍不清楚。研究解析了牛复合物I在不同质子化状态下的高分辨率冷冻电镜结构，发现膜结构域关键通路连接处发生构象重排：ND5亚基中螺旋重排改变His248在质子摄取与输出通路之间的连接；ND4亚基中His220的旋转异构变换交替启用质子摄取或沿膜结构域的横向质子转移。结合分子模拟，这些结构定义了赋予质子转移反应方向性的门控机制，为复合物I质子偶联能量转导提供了框架。
Differential myocardial responses to indobufen and aspirin across clinical and experimental models of myocardial infarction.
阿司匹林是急性心肌梗死抗血小板治疗的基石，但部分患者不耐受。吲哚布芬作为可逆性环氧合酶-1抑制剂被考虑为替代药物。研究收集接受阿司匹林或吲哚布芬治疗的STEMI患者血清，并在小鼠心肌梗死模型和心肌成纤维细胞缺氧模型中比较二者心脏保护作用。结果显示，吲哚布芬组患者循环心肌肌钙蛋白I、血栓素B2、IL-1β、IL-12较低，IL-10较高；吲哚布芬改善小鼠心功能、减轻心肌纤维化、调节自噬信号、减少凋亡和氧化应激，并减轻缺氧诱导的成纤维细胞活化、凋亡和线粒体功能障碍，而阿司匹林作用有限；机制上涉及AKT/AMPK信号活化，AMPK抑制可部分削弱其自噬相关效应。结论认为吲哚布芬可能通过AKT/AMPK相关自噬调节发挥抗血小板之外的心肌保护作用。
Dynamic S-acylation of IDH2 regulates mitochondrial redox homeostasis.
线粒体氧化还原稳态对细胞功能至关重要，其失调与癌症等疾病有关。IDH2通过产生NADPH维持该平衡，但其亚细胞定位的调控机制尚不完全清楚。研究发现IDH2在保守半胱氨酸位点发生可逆S-脂酰化修饰，由ZDHHC3介导、APT1逆转。该修饰缺失会减弱IDH2与线粒体输入受体TOMM20的相互作用，破坏其线粒体定位，导致NADPH缺乏、氧化还原失衡和氧化磷酸化受损。ZDHHC3敲除可模拟IDH2脂酰化缺失的表型；遗传消除IDH2脂酰化在体外和体内抑制肿瘤生长。研究确立IDH2动态S-脂酰化是线粒体氧化还原稳态的重要调控机制，并提示其可能是癌症代谢弱点。
Chiglitazar alleviates cognitive dysfunction in diabetic mice by restoring mitochondrial function via the PPARs/Nrf2 signaling pathway.
糖尿病常伴高血糖，可导致认知功能障碍和线粒体损伤。Chiglitazar是一种新型PPAR激动剂，其对糖尿病认知功能障碍的作用机制尚不清楚。研究通过链脲佐菌素（STZ）诱导糖尿病小鼠模型和高糖诱导神经元损伤模型，发现Chiglitazar能够改善小鼠空间记忆和皮层/海马神经元结构损伤，升高mtDNA、ATP、SOD水平，降低MDA，改善线粒体超微结构，并上调PPARα、PPARγ、PPARδ、Nrf2和TFAM蛋白表达。结论认为Chiglitazar通过调控PPARs/Nrf2通路、逆转线粒体功能障碍改善糖尿病小鼠认知功能。
Distinct Mitochondrial Central Dogma Gene Expression in the Buffalo Brain: A Comparative Transcriptomic Study with Metabolically Active Organs.
在长寿神经元中，线粒体基因表达的精确调控对维持生物能量能力和防止与神经退行性疾病相关的功能障碍至关重要。这种调控由核编码的线粒体中心法则（NEM-CD）基因执行，但其组织特异性调控，特别是在大型哺乳动物大脑中的调控，仍不清楚。研究人员对水牛四种组织（大脑/小脑、心脏、肾脏和卵巢）中的214个NEM-CD基因进行了比较转录组分析，以阐明器官特异性调控策略。RNA测序和差异表达分析揭示了明确的定量层级（肾脏>心脏>大脑>卵巢），组织身份解释了46.36%的种内转录组变异（PC1）。心脏和肾脏上调结构性氧化磷酸化和翻译机器以满足高吞吐量需求，而大脑独特富集了调控转录延伸（如TEFM）、RNA监视（如PNPT1）和DNA修复（OGG1，POLG）的基因。通过靶向LC-MS/MS蛋白质组学筛选，鉴定出大脑独有的线粒体专门蛋白，如SFXN3和SLC25A14（UCP5）。种内分析显示，水牛神经元程序参与了一个稳健的全身体调控计划（系统一致性；中位数ρ=0.8027），这种同步结构在人类中也观察到（中位数ρ=0.9264）。跨物种压缩分析识别出一组高度保守的线粒体调控基因（如ANGEL2、AARS2、RECQL4、MTFMT），这些基因在人类和水牛之间保持严格的进化稳定性。总之，该研究确定了哺乳动物大脑中保守的“精确优于吞吐量”的神经保护策略，优先考虑转录保真度和基因组维护而非生物合成量。这一共享调控框架为理解人类和大型农场动物的线粒体失调提供了稳定的比较基础，为神经退行性疾病研究提供了高保真路线图。
Eicosapentaenoic acid ethyl ester, cardiac metabolomic and lipidomic signatures, and cardioprotection in myocardial infarction.
背景与目的：二十碳五烯酸乙酯（EPA-E）在减少主要不良心血管事件方面的心血管益处可能超出其降低甘油三酯（TG）的作用，但其机制仍不清楚。本研究探讨了EPA-E在心肌梗死（MI）情况下是否发挥心脏保护作用。方法：通过高蔗糖饮食（>175 mg·dL-1；基线）诱导雄性大鼠高甘油三酯血症（HTG）。高甘油三酯血症大鼠给予2周高剂量EPA-E补充（HTG+EPA-E；n=21）或安慰剂（HTG；n=27），并与饮食联合使用。另设对照饮食组（CD；n=15）。2周后，通过短暂冠状动脉结扎诱导MI，24小时后处死动物，用于梗死面积、分子、组织学和组学分析。进行了超声心动图检查。结果：与HTG组相比，HTG+EPA-E动物循环TG水平较低，心脏功能更好。HTG+EPA-E动物梗死面积更小（与两组相比P<0.05），EPA-E治疗动物的MI相关死亡率为29%（达到与CD组相当的水平），而HTG动物为56%（P=0.07）。循环TG水平与MI相关梗死面积或死亡率之间无相关性。所有动物MI后心脏功能均类似恶化。EPA-E治疗与梗死心脏中较低的TG相关心脏脂毒性、细胞凋亡、纤维化、氧化应激、促炎细胞募集和较少的线粒体功能障碍相关。EPA-E治疗有利于促消退反应，并改善全身和梗死心脏的代谢组学和脂质组学特征。结论：EPA-E治疗发挥直接的心脏保护作用，并改善MI后的心脏代谢和脂质组学特征，与其循环TG降低作用无关。
TM6SF2 binds cholesterol, interacts with apolipoprotein B, and promotes hepatic lipid secretion
TM6SF2（跨膜6超家族成员2）中的一个错义变异体TM6SF2E167K是脂肪性肝病的主要风险因素，同时对冠状动脉疾病具有保护作用。TM6SF2是光滑内质网和内质网-高尔基体中间区室的多跨膜驻留蛋白，在肝ApoB脂蛋白分泌到循环之前促进其脂化。在此，研究人员使用冷冻电镜分别确定了TM6SF2和TM6SF2E167K的结构，分辨率分别为3.64埃和3.58埃。TM6SF2包含10个跨膜螺旋，在跨膜腔内结合一个胆固醇分子。该蛋白组装成与ApoB相互作用的同源二聚体和同源四聚体。结构和生化分析表明，E167K替换减少了胆固醇结合和ApoB相互作用，而不破坏整体蛋白结构。野生型TM6SF2而非突变体的表达恢复了TM6SF2缺陷肝细胞中的肝脏甘油三酯分泌。总之，这些发现为肝脂蛋白生物发生中的批量脂化步骤——肝脏甘油三酯和胆固醇输出到循环的主要途径——建立了第一个结构框架。
cFAR and Relative Signal: Diagnosing Preferred Orientation in Single-Particle Cryo-EM
当图像数据中存在的3D颗粒取向种类不足时，单颗粒冷冻电镜重建的质量会严重下降，限制下游模型构建和解释。然而，由于所需的取向覆盖取决于目标几何形状、对齐精度和颗粒质量，通常难以确定特定数据集是否遭受此类择优取向问题。为了简化择优取向的诊断，研究人员提出了两种互补方法。首先，锥形傅里叶壳相关面积比（cFAR）比较3D傅里叶空间中相关最差和最佳的锥形区域，将半图各向异性量化为一个从零到一、易于解释的分数。其次，作为cFAR的伴随指标，相对信号将信号内容与观察方向直接关联，从而可以识别采样不足的视图。研究人员在合成数据和覆盖不同分子量和结构类型的14个真实数据集上对方法进行了表征，并与现有的各向异性检测方法进行了比较。cFAR和相对信号的实现已包含在CryoSPARC v4.5及更高版本中。
Structure-defined amplification of spin-dependent radical-pair reactivity in mitochondrial complex I
线粒体复合物I产生活性氧（ROS），但自由基对自旋动力学是否塑造这些反应尚不清楚。研究人员将冷冻电镜引导的氧采样与自由基对量子动力学相结合，检查黄素单核苷酸（FMN）周围的蛋白质环境如何塑造自旋依赖性反应结果。空间可及的氧位置聚集在FMN附近，自旋敏感性集中在约3.3埃外的狭窄区域，那里自由基之间的磁耦合很强。该热点在各种反应速率下都是稳健的，尽管其幅度随着更快的自旋去相位而急剧下降，表明可观察效应需要异常缓慢的去相位。磁敏感性本身在FMN附近没有出现尖峰，而是上升到更远处的平台，表明该热点反映了可及性而非局部最大值。结构波动在热点内产生更大的产量变异性，表明FMN口袋将小的几何变化放大为异质的ROS结果，将结构连接到复合物I中自旋依赖性化学反应。
Sesamol reprograms mitochondrial dysfunction and metabolic signaling to rescue endothelial degeneration in Fuchs' endothelial corneal dystrophy.
Fuchs内皮性角膜营养不良（FECD）以角膜内皮细胞丢失和线粒体功能障碍为特征，但代谢驱动因素不清。本研究对FECD患者房水进行代谢组学分析，并用甲萘醌（Mn）诱导iPSC来源角膜内皮细胞氧化应激，结合离体人角膜试验评估候选药物。结果显示，FECD房水中PPAR配体耗竭、鞘脂失衡。Mn处理的细胞出现屏障破坏、线粒体去极化、Mfn2和PGC-1α下降、促凋亡信号增加，而糖酵解基因上调。补充芝麻酚最有效地恢复线粒体电位、融合/分裂平衡，重新激活PGC-1α和PPARγ，抑制凋亡并维持屏障完整性。结论认为芝麻酚通过缓解氧化应激和纠正线粒体信号失衡恢复代谢稳态。
Nonequilibrium temperature fluctuations as modulators of mitochondrial elastocapillary stability.
近期研究表明，在线粒体呼吸活性高或接近最大时，线粒体内膜的离子转运蛋白可能在邻近基质和膜间隙产生瞬态非平衡温度波动。基于线粒体动力学的弹性毛细模型，本研究考察这些非平衡温度波动能否通过影响有效膜张力和弹性的温度依赖性来调节线粒体管状结构的稳定性。数值分析预测该效应具有强阈值依赖性：在深度不稳定状态下，热调节不足以恢复稳定；而接近阈值时，温度依赖的膜张力降低可克服弹性软化，从而增大弹性毛细数、抑制不稳定模态，使线粒体转向力学上更稳定的管状状态。也就是说，当线粒体开始转向促分裂状态时，升高的呼吸活性增大瞬态热扰动的幅度和累积时间占比，倾向于使系统回归力学稳定；但当线粒体已远处于力学不稳定区域，瞬态热活动不再足以恢复稳定。该稳定化行为与高氧化磷酸化导致线粒体伸长、融合或过度融合而非碎片化的实验观察定性一致。
Antenna photosystem I remodeling in the iron stress-induced complex from Anabaena sp. PCC 7120.
本研究通过单颗粒冷冻电镜在2.2埃分辨率下解析了蓝藻Anabaena sp. PCC 7120的PSI-IsiA超复合物结构。与以往研究不同，该结构解析了所有IsiA和PSI亚基，发现额外IsiA和独特的PSI-IsiA特异性PsaK亚基。时间分辨荧光光谱显示IsiA与PSI紧密能量耦合，可能降低天线荧光产率并提高能量传递效率。该工作扩展了对铁胁迫下PSI细胞重塑机制的认识。
Metabolism in the Solar Photon Field A physical framework for photon-assisted modulation of mitochondrial electron-transfer kinetics
现代室内光谱环境缺乏太阳光中丰富的红外光子。以光子能量为单位时，太阳光谱在约0.75 eV处有宽极大，与线粒体电子传递的活化能和重组能重叠。作者基于Marcus型框架提出，红外光子可通过改变势垒跨越概率调节线粒体电子传递动力学，而非提供化学能，并提出了‘光代谢’概念。标度分析显示该波段光子截获随体重变化与基础代谢率平行，提示环境阳光可影响生物圈代谢动力学。该框架对生理学、生态学和室内光环境设计有启示。
TSPO integrates redox and immune homeostasis in dermal fibroblasts to restrain vitiligo pathogenesis.
本研究鉴定线粒体转位蛋白TSPO为调控皮肤成纤维细胞氧化还原、炎症和粘附信号的关键因子。在氧化应激和白癜风患者皮肤中TSPO上调；TSPO缺失加重线粒体功能障碍和凋亡，过表达则恢复线粒体电位、ATP和钙稳态。机制上，TSPO激活p62/Keap1/Nrf2/HO-1通路，抑制NF-κB/NLRP3/STAT1信号。用配体Ro5-4864药理激活TSPO在H2O2诱导的白癜风小鼠模型中恢复线粒体功能、减轻脱色并减少CD8+ T细胞浸润。结论认为TSPO通过整合氧化还原控制和炎症抑制发挥线粒体保护作用，其配体有望治疗白癜风。