一文读懂膜电位的生物学意义与主流检测方法全景

在探究神经退行性疾病、肿瘤代谢或药物毒性时，“线粒体功能”是一个高频词汇。而评估线粒体健康状态，一个无法绕开的指标便是线粒体膜电位（Mitochondrial Membrane Potential, MMP）。

简单来说，线粒体膜电位是存在于其内膜两侧的电化学梯度，主要由呼吸链（电子传递链）泵出质子所建立。它不仅是驱动ATP合成的直接动力源泉，还调控着钙离子储存、活性氧（ROS）产生等关键细胞进程。因此，膜电位的稳定是细胞能量代谢和整体稳态的基石。其异常下降，往往是多种细胞功能紊乱的早期信号。

那么，我们如何量化这一关键的“电压”信号呢？目前，基于荧光探针的检测是主流方案。根据探针的工作原理，主要分为两大类：

1、比率型探针（代表：JC-1）：这种探针的荧光特性会随着膜电位变化而发生根本性转变。在线粒体功能正常、膜电位高时，JC-1在线粒体基质内聚集形成聚合物，发射红色荧光；当功能受损、膜电位下降时，JC-1则以单体形式存在，主要发射绿色荧光。通过分析红/绿荧光的比值变化，可以非常灵敏且定量地反映膜电位的细微波动。这种比率法设计，使得结果不易受染料负载量、细胞数量等实验变量影响，数据更稳定可靠。

2、强度型单色探针（代表：TMRE, TMRM, Rhodamine 123, DiOC6(3)）：这类亲脂性阳离子染料依赖膜电位梯度进入并积累在线粒体内。膜电位越高，积累的染料越多，检测到的单色荧光强度就越强。操作相对直接简便，尤其适合与其它荧光指标进行多色流式细胞术分析。

除了直接检测膜电位，研究者有时还需要评估其上游的关键事件——线粒体通透性转换孔（MPTP）的开放。MPTP是内膜上的一个非特异性通道，其持续性开放是导致膜电位崩溃的直接原因之一。通常采用钙黄绿素（Calcein AM）联合CoCl₂淬灭法进行检测，通过特异性淬灭胞浆荧光，观察线粒体内荧光强度的丧失来判断MPTP的功能状态，从膜通透性角度提供补充信息。

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