钙调蛋白增强分离线粒体中钙离子单转运体功能及其在疾病模型中的调控机制

本研究聚焦线粒体钙离子（Ca2+）摄取调控机制不清的问题，研究人员通过主题“钙调蛋白（Calmodulin, CaM）对线粒体钙离子单转运体（Mitochondrial Calcium Uniporter, MCU）功能的直接作用”展开实验。使用健康和小鼠Barth综合征模型线粒体，发现CaM增强Ca2+摄取，不依赖CaMKII（钙调蛋白依赖性激酶II），且CaM-C结构域Ca2+结合是关键。这一结果揭示了线粒体钙离子调控新机制，为Barth综合征等疾病提供潜在治疗靶点，意义重大。

　　线粒体作为细胞的“能量工厂”，其钙离子（Ca²⁺）摄取过程对调节细胞能量代谢至关重要。线粒体钙离子单转运体（Mitochondrial Calcium Uniporter, MCU）是Ca²⁺进入线粒体基质的主要通道，其功能异常与多种疾病相关，如Barth综合征——一种因线粒体功能障碍导致的遗传性疾病。然而，调控MCU的具体机制仍不明确，尤其是钙调蛋白（Calmodulin, CaM）是否直接作用于MCU存在争议。先前研究多聚焦于CaM下游激酶CaMKII的作用，忽视了CaM本身的直接影响，这限制了针对线粒体钙离子相关疾病（如心力衰竭和代谢疾病）的靶向治疗开发。因此，阐明CaM对MCU的调控机制，成为解决这一问题的关键突破口。

研究人员在《Cell Calcium》发表的最新研究，通过系统性实验揭示了CaM直接增强MCU功能的新机制。该研究利用重组表达的CaM蛋白，结合分离自健康和小鼠Barth综合征模型（模拟人类疾病）的线粒体样本，进行了钙离子摄取动力学分析。关键方法包括：钙离子荧光探针（Calcium Green?-5N）实时监测Ca²⁺浓度变化；使用特异性抑制剂（如KN93和AIP抑制CaMKII，cyclosporin抑制孔道转运蛋白PTP）；以及基因工程小鼠模型（包括MCU功能缺陷的Barth综合征模型），验证了MCU在钙离子摄取中的核心作用。

研究结果通过多个小标题详细呈现：

• Mitochondrial Ca²⁺ uptake is enhanced in the presence of CaM
  通过向浴液中注入10μM Ca²⁺脉冲，荧光数据显示，添加1μM CaM显著增强线粒体Ca²⁺摄取速率，这一效应在CaMKII抑制剂（KN93和AIP）存在时仍持续，表明CaM的作用独立于CaMKII通路。

• Appropriate mitochondrial Ca²⁺ handling is important for health
  使用Barth综合征小鼠模型（MCU功能缺失）验证，其线粒体无法摄取Ca²⁺，突显了MCU在疾病中的核心作用。同时，孔道转运蛋白（PTP）抑制剂cyclosporin不影响CaM的增强效应，排除了PTP干扰。

• Animal Experiments
  实验基于伦理批准的年龄匹配小鼠（12-24周），包括野生型（C57BL/6N）和Barth综合征模型，确保了结果的生理相关性。对照实验确认CaM的缓冲作用并非增强原因，荧光数据拟合显示单相衰减过程，CaM提升了动力学速率。

• 关键突变验证
  通过CaM蛋