本期文献
High-throughput screen identifies a potent MCU activator boosting cardiac contractile bioenergetics
线粒体钙摄取通过线粒体钙单向转运体复合体（MCUc）将胞内Ca2+信号与能量代谢和细胞功能偶联，但强效、选择性MCU复合体药理学激活剂仍稀缺且现有化合物特异性有限。研究者筛选了1280种生物活性化合物，鉴定出CGP7930为线粒体钙摄取的强效激活剂；其作用机制需要MICU1而非MICU2。分子对接、非共价相互作用分析和定点突变表明MICU1的Gln304和Val307是化合物活性的关键决定因素。除直接刺激MCU活性外，CGP7930还增加线粒体-内质网接触位点，提示其可促进细胞器间Ca2+转移。CGP7930促进心肌细胞中Ca2+依赖的线粒体能量代谢激活，并增强小鼠心脏收缩性能；该效应依赖MCU，因为MCU敲除小鼠心脏在CGP7930灌注后未能增加心室收缩力。
Naloxone as mitochondrial phenotype rescuer in a 3D bioprinted LCHADD/VLCADD model
对于长链3-羟酰基辅酶A脱氢酶缺乏症（LCHADD）或极长链酰基辅酶A脱氢酶缺乏症（VLCADD）患者，禁食或高能量需求仍可危及生命；因发病率低，新疗法临床试验有限，现有小鼠模型仅部分反映人类症状。研究者利用线粒体形态和3D生物打印血管化组织模型，为饮食及实验性治疗建立测试平台，并证明线粒体形态受NOX2驱动的ROS形成严格调控。用NOX2抑制剂纳洛酮处理LCHADD/VLCADD来源成纤维细胞，可导致由DNM1L/MFN2控制的线粒体结构重组。RNA转录组学鉴定出LCHADD和VLCADD患者存在促纤维化表型，损害完全3D生物打印人类组织等价物中的血管形成。标准治疗中的饮食代谢补充可部分改善血管化；纳洛酮诱导最强改善，使血管长度和网络复杂度恢复至健康对照水平，提示氧化应激增加是主要驱动因素。纳洛酮对健康成纤维细胞无影响，支持其安全性。总体而言，这些结果提示阿片受体拮抗剂纳洛酮可作为LCHADD/VLCADD驱动代谢危机期间的潜在救援药物。
Chromatin structure of the inactive X chromosome revealed by in situ cryo-electron tomography
真核细胞染色质组织在基因转录调控等DNA模板过程中起核心作用；既往光镜、生物化学和基因组学研究提示组蛋白/DNA修饰、组蛋白变体、染色体蛋白、非编码RNA及染色质内在生物物理性质参与多尺度染色质组织。本研究采用原位冷冻电子断层扫描直接可视化天然染色质结构及其调控，以分化中小鼠胚胎干细胞的失活X染色体（Xi）作为兼性异染色质模型。结果显示，Xi染色质从单个核小体到染色质结构域发生渐进性压缩，并富集组蛋白H1结合的染色质小体，这些结构分布于Xi染色质结构域核心。研究还表明组蛋白去乙酰化划定染色质结构域边界；诱导Xi组蛋白乙酰化的扰动使离散结构域边界消失，导致核小体致密均匀包装的均一染色质分布。这些发现阐明了天然兼性异染色质的多尺度组织以及组蛋白H1和组蛋白乙酰化对此的贡献，为在近天然细胞中研究染色质修饰与结构与基因活性的关系开辟新途径。
No passive sidekick: mitochondrial compensatory evolution during adaptation of ETC mutant lines in Caenorhabditis elegans
线粒体正常功能依赖线粒体DNA（mtDNA）与核基因组之间有利的核质上位互作，而两套基因组在突变率、拷贝数和复制/传递方式上差异显著。动物mtDNA紧凑、编码能力有限、突变率高、单亲遗传且缺乏重组，这使人们倾向于认为mtDNA易积累有害突变，核质适应主要由核基因组承担。研究者在秀丽隐杆线虫中采用前瞻性进化框架，考察携带四个关键电子传递链（ETC）突变的ETC缺陷品系在三种繁殖方式下适应60代后mtDNA的适应能力。结果显示，mtDNA可快速适应由核基因有害突变引起的线粒体功能障碍；mtDNA蛋白编码基因中的非同义变化频率显著升高并与适合度正相关，提示正选择。线粒体基因nd-1成为补偿性核质适应的关键驱动因素。值得注意的是，当补偿突变影响与原始有害突变同一复合体中的ETC亚基时，其频率更高。结果提示，尽管线粒体基因组小且蛋白编码能力有限，其在线粒体核质适应中发挥超乎比例的重要作用。
Mechanism of membrane perforation in rotavirus cell entry.
非包膜动物病毒进入细胞需要将大分子组装体跨细胞膜转位。双链RNA病毒向靶细胞导入不进一步脱壳的内层衣壳颗粒，该颗粒依靠内部聚合酶和加帽活性挤出带帽病毒mRNA。本研究利用冷冻电子断层扫描观察恒河猴轮状病毒进入的全过程，从细胞吸附、病毒粒子摄取到亚病毒颗粒释放。冷冻断层图及对分类亚颗粒的亚断层平均，将病毒粒子及其组分的高分辨率结构与活细胞荧光显微镜时间序列联系起来。研究概述了进入过程每一步的机制，包括将亚病毒颗粒转移至胞质中的膜穿孔步骤。
Structural basis of stepwise G protein activation by the viral chemokine receptor US28
G蛋白偶联受体（GPCR）调控多种细胞反应，是重要药物靶点，但从G蛋白识别到GDP释放的结构事件序列仍不明确。本研究利用病毒趋化因子GPCR US28，结合冷冻电镜和工程化趋化因子超激动剂，捕获了US28–Gq复合物的多个激活状态，解析了三个不同复合物结构：GDP结合的Encounter状态、无核苷酸的Canonical状态，以及连接二者的假定中间态Transition-to-Canonical状态。这些结构结合模拟和功能数据，提供了G蛋白激活轨迹的高分辨率快照，支持G蛋白逐步激活的构象模型。该激活级联与人GPCR中提出的机制高度相似，提示GPCR信号机制具有保守性。
Cryo-ET and Sub-Volume Analysis of Fibrillar Pathology in the Neurodegenerative Human Brain
从脑组织提取的淀粉样纤维结构研究已鉴定出疾病特异性纤维多态性，但由于缺乏将单个聚集体的细胞环境、组成和超微结构与其组成纤维多态性联系起来的方法，驱动不同多态性的机制仍不清楚。本研究提出一种原位冷冻电子断层扫描（cryo-ET）工作流程，用于研究人类神经退行性疾病死后脑组织单个聚集体中的淀粉样蛋白。使用化学固定组织，作者研究了阿尔茨海默病（AD）供体海马中的原位tau纤维，以及多系统萎缩（MSA）供体扣带回胶质核内包涵体中的α-突触核蛋白纤维。对纤维亚体积进行子断层平均和螺旋重构得到低分辨率（约30–35 Å）密度图，并与已有离体结构进行比较。保留的超微结构使研究者能详细观察病理特征，包括α-突触核蛋白纤维穿透核膜，为核内聚集体形成机制提供线索。结合缺乏空间背景的已有高分辨率纤维结构，cryo-ET为理解神经退行性疾病中的淀粉样蛋白多态性、推进抗淀粉样蛋白疗法和诊断工具提供了有力途径。
Structure of the human mitochondrial RNA degradosomereveals a distinct mode of helicase-nuclease coupling
RNA降解影响细胞和细胞器基因表达。在人线粒体中，该过程由解旋酶SUV3和外切核糖核酸酶PNPase组成的专用降解体介导，但这些酶如何组装并协同降解结构化RNA仍未知。本研究报道了结合RNA的完整人线粒体RNA降解体的冷冻电镜结构。结构显示其为SUV3二聚体和PNPase三聚体组成的不对称异五聚体。降解体组装伴随PNPase构象重排，重塑RNA进入通道并产生不对称S1结构域平台供SUV3结合。这形成从SUV3到PNPase的连续正电通路，提示RNA在降解过程中可能被引导。总体而言，这些发现揭示了一种不同于其他RNA降解机器的解旋酶-核酸酶偶联模式，并为理解人线粒体RNA降解、其调控及与疾病的关联提供了结构框架。
CryoConvNeXt enables robust identification of low-abundance molecular species in experimental cryo-EM data
当基于重构的cryo-EM分类应用于由更丰富颗粒主导的异质样品时，罕见但具生物学重要性的分子种类容易丢失。作者开发了CryoConvNeXt，一种结合循环等变性和自适应频率滤波的深度学习分类器。该模型在模拟投影上训练，并通过自训练适应实验数据；自训练是一种无监督域适应技术，模型充当自身注释者。作者在本研究采集的Catalase、Apoferritin和HSP60受控二元和三元混合物cryo-EM数据上测试CryoConvNeXt。人工颗粒筛选提供参考标签，用于类别比例从1:1到1:16的基准测试。CryoConvNeXt在该范围内保持了少数物种召回率。相比之下，cryoSPARC的召回率在六种成对条件中有四种崩溃，早在Catalase为少数物种的1:4比例时即出现。通过恢复传统分类无法可靠恢复的低丰度物种，CryoConvNeXt向解决定量视觉蛋白质组学的核心问题迈出重要一步：测量复杂生物样品的分子组成。
A Robust Hierarchical Linear Model for Cryo-EM Map Analysis
冷冻电镜（cryo-EM）已成为确定生物大分子原子结构的核心工具，其三维重构图为原子模型搭建提供指导。当前对cryo-EM图的定量分析主要依赖固定宽度参数的简化高斯信号模型，限制了直接从图中捕捉原子特异性信号特征的能力。作者提出一种稳健层次线性（RHL）模型，用于分析EMDB和PDB中配对的cryo-EM图与原子结构。在该框架中，每个原子周围局部体素强度的对数用线性化高斯形式建模，并通过在同一类型原子间汇集信息的层次结构估计原子特异性振幅和宽度参数。其主要目标是为从cryo-EM图中提取定量原子信号特征提供统计上可靠的框架，而不对这些参数施加 rigid 物理假设。为处理重叠原子信号、空间变化分辨率和实验噪声带来的污染，作者引入基于最小密度幂散度估计（MDPDE）的数据自适应加权方案。该公式保持计算效率并确保参数估计稳定，同时自然有助于识别可能源于模型误设或局部结构异质性的偏离原子轮廓。模拟研究表明，所提方法即使在显著污染下也能获得稳定的组水平参数估计。应用于多个分辨率的cryo-EM图显示，1.25 Å原子分辨率apoferritin图表现出原子类型间系统性的高斯振幅和宽度差异，而2.20 Å近原子分辨率图则更接近传统均匀宽度假设。除结构生物学外，所提RHL框架还为异质噪声下的层次数据整合提供通用统计方法，可潜在应用于多中心研究和联邦学习。
Cryo-EM structure of detergent-bound Vibrio cholerae MakA captures a candidate intermediate between the soluble form and mature assembly of an α-pore-forming toxin
霍乱弧菌三组分毒素 MakA/MakB/MakE 属于 α-成孔毒素家族，其与膜相互作用后需经历大幅构象重排，但膜结合与成孔组装的结构基础尚不清楚。本研究报道了去垢剂结合状态下 MakA 的冷冻电镜结构，整体分辨率为 3.13 Å，对柔性区域进行聚焦精修后局部分辨率提升至 2.68 Å。该结构由 MakA 不对称同源二聚体组成三聚体，每个亚基采取与此前可溶结构不同的跨膜 α-螺旋构象；该不对称二聚体与既往报道的 MakA 螺旋组装中的构建单元高度相似，也与嗜水气单胞菌 AhlB、粘质沙雷菌 SmhA 孔道的同源二聚体构建单元以及 Xenorhabdus nematophila XaxAB、Yersinia enterocolitica YaxAB 孔道的异源二聚体构建单元结构相似，提示远缘相关的 α-成孔毒素之间存在保守的组装原则。结合疏水性分析、AlphaFold2 建模和脂质体实验，三项组分角色不同：MakA 为主要膜插入亚基，MakE 表现出低但一致的膜结合，MakB 单独存在时基本保持可溶。结果支持如下模型：MakA 不对称同源二聚体可能是早期膜插入单元与成孔组装构建单元，而二聚体的三聚体则代表一种早期组装中间体。
HydroMg attenuates doxorubicin-induced myocardial injury via promoting mitochondrial function.
与分子氢本身的局限不同，HydroMg 通过结构优化缩短了胃肠道通过时间，减少氢的逸散并提高细胞生物利用度，但其是否对心脏损伤具有保护作用尚不明确。本研究考察了缓释供氢剂 HydroMg 对多柔比星所致心脏损伤的保护作用。体外研究显示，1 μg/mL HydroMg 处理可通过抑制凋亡、减少活性氧生成并恢复线粒体膜电位，减轻多柔比星诱导的心肌细胞死亡。在多柔比星处理小鼠中进一步验证了 HydroMg（20、100、500 和 1000 mg/kg）的心脏保护作用：100 mg/kg 组死亡率较多柔比星对照组低 35.7%；HydroMg 处理还显著改善心脏功能，左心室射血分数较单用多柔比星组提高 12.44%。机制上，HydroMg 通过清除活性氧减轻多柔比星心脏毒性模型中的线粒体功能障碍，并双重抑制铁死亡（上调 solute carrier family 7 member 11/谷胱甘肽过氧化物酶 4 轴）与凋亡（caspase-3 下调、Bcl-2 上调）。总体而言，HydroMg 通过减轻活性氧过度生成抑制多柔比星诱导的线粒体功能障碍，进而抑制铁死亡和凋亡。
Ferroptosis-Mitochondrial Crosstalk in Cardiomyocyte Death: The Cardiomyocyte Ferroptotic Amplification Circuit (CFAC) as a Proposed, Testable Systems Framework.
心力衰竭中的心肌细胞丢失传统上归因于凋亡和坏死，但二者均无法完全解释缺血再灌注损伤、糖尿病心肌病或压力超负荷性心衰中的代谢特征、不可逆性及细胞丢失程度。铁死亡与线粒体功能障碍均参与心脏损伤，但其机制上的相互依赖尚未被正式建模。作者明确以假说生成而非既定机制为前提，提出“心肌细胞铁死亡放大回路（CFAC）”，认为铁死亡与线粒体功能障碍是相互强化的关系而非平行过程。CFAC 包含三个相互锁定的正反馈环：无机环（线粒体铁→Fenton 反应活性氧→Fe-S 簇解体→不稳定铁池）、有机环（线粒体活性氧→PE-PUFA 过氧化→电子传递链加合→活性氧），以及一个假设的蛋白毒性环（磷脂氢过氧化物蓄积→推测由亲电性脂质过氧化产物使 GPX4 失活→过氧化物进一步蓄积）。作者推测，亲环素 D 调控的通透性转换标志着终末临界点，此时膜电位丧失与基质谷胱甘肽耗竭使残余 GPX4 活性消失。该模型预测，部分抑制两个或更多环路可能优于完全阻断单一环路，并定义了一个候选的 CFAC 活跃心脏表型，该表型尚需前瞻性验证，既不被视为诊断实体也不被视为独立心肌病。各组成元件均有已发表的实验工作支持，但将其整合为单一耦联、非线性、阈值依赖的回路属于作者的推断，目前尚未被证实。严格意义上的双稳态（两个稳定状态伴滞后返回路径）是该回路被提出的一种性质，尚未在任何系统中得到证实；因此全文将该框架描述为一种提出的非线性阈值模型，并给出了可直接检验双稳态的实验（第 8.5 节）。该框架据此被表述为三个确定性递减的嵌套论断，即耦联且阈值依赖的回路、其双稳态与滞后延伸、以及转化表型假说，每个论断均设有预先设定的证伪标准，以便阴性结果可确定终结了哪一论断（第 8.1 节）。作者因此将 CFAC 作为一个可证伪的框架提出，并明确了可用于证实或反驳它的实验。
The Role of Mitochondrial Dysfunction in Hepatocellular Carcinoma: From Pathogenesis and Drug Resistance to Targeted Therapeutic Strategies.
肝细胞癌（HCC）恶性程度高，晚期普遍存在耐药，给临床诊断和治疗带来巨大挑战。线粒体功能障碍是 HCC 发生和耐药的核心驱动因素，但其可塑性如何在各种条件下动态调控肿瘤生长尚待系统阐明。本综述系统梳理了线粒体功能障碍在 HCC 发病机制、耐药和靶向治疗中的关键作用。在发病机制方面，作者整合了四条主要通路，即氧化磷酸化（OXPHOS）异常与线粒体 DNA（mtDNA）突变、谷氨酰胺代谢重编程、氧化应激失衡和铁死亡失调，以阐述驱动 HCC 恶性进展的分子基础。在耐药机制方面，强调线粒体可塑性作为一个中心适应性枢纽，通过重塑肿瘤免疫微环境、动态调节 OXPHOS 水平和调控铁死亡敏感性等多方面机制协同促进耐药。在治疗策略方面，总结了当前主要干预方向，包括活性氧/OXPHOS 调节剂、靶向线粒体代谢酶和转运体的抑制剂、铁死亡诱导剂，以及纳米递送系统和联合治疗。值得注意的是，这些干预措施的疗效往往取决于肿瘤的线粒体表型状态；单靶点策略长期获益有限，而联合方案或依据线粒体可塑性状态进行动态调整的策略更具临床应用前景。总体而言，本综述汇总了将线粒体功能障碍定位为连接 HCC 进展、耐药与靶向治疗汇聚点的证据，并提出“靶向线粒体可塑性”可能成为克服耐药、实现精准治疗的新方向，为未来基础研究与临床转化提供理论参考。
Sigma-1 receptor (S1R): Advancing therapeutic strategies in targeting ischemia.
缺血再灌注（I/R）损伤仍是卒中、心肌梗死等疾病的重要病理过程，涉及细胞存活与氧化应激反应信号通路以及代谢反应等多方面分子机制。Sigma-1 受体（S1R）是许多生理和病理过程的重要调节因子，可作为神经递质受体/配体以及离子通道的调节者，在应激或疾病状态下被激活后调节其功能。本综述强调了提示 S1R 在缺血治疗中关键作用的证据。血管生成通路如血管内皮生长因子（VEGF）、原肌球蛋白受体激酶 B（TrKB）和表皮生长因子（EGF）被认为可促进存活。炎症相关通路包括丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶 B（PI3K/AKT）、细胞外信号调节激酶（ERK）和雷帕霉素机制性靶蛋白（mTOR），可提高细胞存活、减少凋亡，并在心肌和脑缺血中促进后续组织修复。由核因子 E2 相关因子 2/血红素加氧酶-1（Nrf2/HO-1）、肌醇需求酶 1（IRE-1）和蛋白激酶 R 样内质网激酶（PERK）通路介导的氧化应激反应是抵御缺血所致氧化损伤所必需的。此外，还包括蛋白激酶 A（PKA）、蛋白激酶 C（PKC）和胰岛素样生长因子 1（IGF-1）等通路，调控细胞存活、代谢、离子稳态和线粒体功能。靶向这些通路，尤其是通过 S1R，为缺血性损伤的管理提供了有前景的治疗途径。
SGFP-Grid Split GFP Graphene Grids
亲和石墨烯网格为冷冻电镜中的选择性蛋白捕获提供了有前景的途径。作者提出分裂GFP石墨烯网格平台（SGFP-G），其中偶联石墨烯的GFP1-10可从低浓度样品或细胞裂解液中选择性捕获带有GFP11标签的蛋白。该平台可在玻璃化前通过荧光成像快速评估目标蛋白富集程度和颗粒分布，其网格设计使被捕获蛋白远离石墨烯表面与气液界面。作者还引入一种减少非特异性蛋白吸附的策略，以提高该网格对目标蛋白的选择性富集。以GFP11标记的去铁蛋白为对象，展示了荧光引导的蛋白捕获并获得2.58 Å的冷冻电镜重构，表明SGFP-G可作为降低样品用量、用于高分辨率结构研究的亲和网格平台。
Specimen-Dependent Sampling and Signal Limitations Govern the Effectiveness of Low-Magnification Super-Resolution in Cryo-EM
单颗粒冷冻电镜常规可实现近原子分辨率结构，但数据采集优化需在放大倍数、采样带宽和颗粒通量之间取得平衡。低倍超分辨率成像可恢复超出物理Nyquist极限的信息，然而其收益在不同样品间差异显著，提示超分辨率效果可能取决于重构受探测器采样带宽限制还是受可恢复颗粒信号限制，而区分这两种情形的条件尚不明确。作者以去铁蛋白（APO）和苹果酸合酶G（MSG）作为分子大小、对称性和图像对比度不同的代表性样品，在两种放大倍数下系统比较超分辨率与物理像素流程。低倍下APO呈采样受限行为，超分辨率处理达到1.72 Å，物理像素处理为2.74 Å；MSG在同一条件下主要呈信号受限行为，超分辨率与物理像素处理分辨率相当（3.05 Å与2.98 Å）。颗粒数饱和、逐颗粒运动校正和Q-score分析进一步支持上述两种机制。结果为判断重构质量主要受采样带宽还是可恢复颗粒信号限制提供实用框架，并为选择采集策略时平衡分辨率与颗粒通量提供依据。
A scalable human neuron model of Alzheimer's disease relevant tauopathy reveals mechanisms linking Tau fibrillization to synaptic dysfunction
包括阿尔茨海默病在内的tau蛋白病由过度磷酸化Tau的病理性聚集驱动，其破坏突触完整性、损害神经元通讯并导致认知下降。为解析tau蛋白病发病机制并支持治疗发现，需要可靠且可扩展的人iPSC神经元模型。作者建立了两种互补的iPSC来源神经元模型：一种为内源性Tau种子模型，用可形成与成对螺旋丝一致的预制Tau片段处理神经元；另一种为Tau-0N3R过表达种子模型以加速病理。两种模型均再现tau蛋白病标志性特征，包括进行性形成胞内、过度磷酸化、肌氨酰不溶且构象改变的Tau聚集体（AT8、MC1阳性），以及突触和神经元功能障碍。冷冻电镜断层扫描进一步揭示细胞内Tau纤维的形态，以及Tau纤维原位困住突触囊泡的超微结构。利用该平台，作者开展整合磷酸蛋白质组学、高内涵筛选和功能验证，鉴定驱动Tau聚集的关键通路。Tau微管结合域内MARK2介导的磷酸化被确定为聚集的早期触发因素，并经位点特异性突变证实。同时，靶向PI3K/mTOR/GSK3通路的小分子可减少聚集并恢复突触功能，其中GSK3抑制降低了Tau关键聚集驱动位点的磷酸化。这些发现建立了一个生理相关、可扩展的治疗筛选平台，将Tau种子摄取、位点特异性磷酸化、纤维形成和突触破坏联系起来，并识别出聚集级联中机制上可分离的干预点。
MFF SUMOylation regulates neuronal mitochondrial morphology and facilitates AMPK-induced mitochondrial fragmentation
神经元线粒体功能障碍与碎片化是多种神经退行性疾病的特征。AMP活化蛋白激酶（AMPK）是细胞能量感受器，在阿尔茨海默病中过度激活。应激条件下，AMPK介导线粒体外膜蛋白线粒体分裂因子（MFF）磷酸化，导致其Lys151位点发生SUMO化。MFF SUMO化促进分裂及随后的线粒体碎片化。作者利用原代神经元培养研究MFF SUMO化在线粒体形态和功能中的作用，显示在基础条件下MFF SUMO化为维持轴突和树突中线粒体长度所必需。使用AMPK激活剂AICAR诱导线粒体分裂时，阻止MFF SUMO化可减少AICAR诱导的树突线粒体碎片化。这些发现通过揭示AMPK-MFF-SUMO通路在神经元线粒体分裂中的关键作用，调和了AMPK过度激活与线粒体碎片化的观察。
Functional evidence of Hv1-mediated proton flux in cardiac mitochondria.
线粒体对心肌细胞功能至关重要，为收缩和细胞稳态提供持续ATP供应。对ATP合成至关重要的质子动力势调控依赖多种离子转运机制，包括介导H+流者。由Hvcn1基因编码的电压门控质子通道（Hv1）已知在多种细胞类型中调控胞质pH和膜电位。作者利用分离的小鼠心脏线粒体，首次证明Hv1在心脏线粒体中功能性表达。在琥珀酸驱动的线粒体能量化过程中，药理学抑制Hv1增强基质碱化并诱导线粒体超极化。重要的是，在完整心肌细胞的基态条件下也观察到类似的超极化。