三磷酸腺苷（ATP）作为细胞的能量货币，是维持生命活动的重要信号分子。在生理条件下，细胞内ATP浓度通常保持高度稳定，尤其是在高耗能的心脏组织中，即使在剧烈运动时ATP的产生与消耗可发生5-10倍变化，但其浓度仍能保持恒定。这一现象背后的调控机制长期以来困扰着科学家。近日，北京大学分子医学研究所王显花课题组与中国第四军医大学高峰课题组合作，发现“线粒体炫（mitochondrial flash）”是心脏ATP稳态平衡的重要调控信号，能够有效调节心脏ATP水平。相关研究成果于7月11日在《eLife》期刊在线发表，并同期配有评论文章（eLife insight）。

线粒体作为真核细胞的“能量工厂”，为心肌细胞提供约90%的ATP。2008年，程和平课题组首次发现线粒体能够自发产生线粒体炫信号，这是一种单个线粒体水平的量子化信号，包含活性氧激增、基质瞬时碱化、膜电位瞬时下降等多重变化，持续数十秒，代表一种新型线粒体基本功能事件。基于此发现，研究团队进一步探究了线粒体炫是否为心脏ATP稳态调控的关键信号。

研究结果显示，在分离的线粒体体系中，线粒体炫能够抑制ATP的产生。在心肌细胞水平，线粒体炫的频率与ATP产生与消耗的失衡密切相关。当代谢底物增加导致ATP产能提升时，线粒体炫频率上升；反之，当心肌细胞收缩加速、ATP消耗增加时，线粒体炫频率降低，从而维持细胞内ATP浓度的稳定。进一步实验表明，通过人为上调或下调线粒体炫频率，即使不改变ATP供求水平，也能反向调控心肌细胞ATP稳态浓度。研究者提出，线粒体炫如同ATP能量工厂的安全阀，通过负反馈机制精准调控心脏ATP稳态平衡。

该研究从全新视角揭示了心脏ATP稳态平衡的调控机制，为生物能量代谢领域的基础问题提供了重要理论依据。本文共同第一作者为王显花副研究员（北京大学）、张星博士（第四军医大学）和吴迪博士（北京大学），通讯作者为王显花副研究员（北京大学）和高峰教授（第四军医大学）。研究工作获得国家973计划和国家自然科学基金支持。