Hypothesis 與 History

?? 話說二十億年前，命運將細胞的祖先與細菌的祖先拉在一塊兒，而成為同 甘共苦、生死與共的合伙人。她們共同面對氧壓力對生物體的毒性，并適當的將 其轉化為成能量。此后，細胞展開多采多姿的演化之路，而共生的細菌則退居幕 后，形成所謂的線粒體 (mitochondria)。 Mitochondria 一詞起于 1850 年， 顯微鏡專家在觀察細胞內部結構時發現許多線條狀 ?(mitos) 和顆 粒狀 (chondros) ?的特異形胞器，故將其以形命名為?????????? mitochondria 。而

1912~1913 年，Kingsbury 和 Warbury 等人發現 mitochondria 為細胞 的產能中心，故將其稱之為 ?"powerhouse of the cell"，1920~1930 年

Kerbs ?發現了 citric ?acid ?cycle ?及??????????????? 1931 ?年?? ATP ?的發現更證明了

mitochondria 在細胞內能量的供應占舉足輕重的地位。

Mitochondria 與 Apoptosis

一些證據指出，當初原生細菌進到細胞內的同時，不但將產能的方式帶入 細胞內，以提供細胞生長、活動、分化之用；更將一些目前認為與細胞凋亡 (apoptosis) 的基因帶入細胞內，最明顯的例子是與 Bcl-2 相似的基因

CED-9 () 其在染色體的位置恰好在線粒體電子傳遞鏈的重要蛋白質

cytochrome b 的旁邊，這些 Bcl-2 家族的成員不論結構或功能都與一些細菌 毒素相似 (如 diphtheria toxin 和 colicins)，并且 Bcl-2 家族的許多成員都

會結合在線粒體的膜上，并且能在線粒體表面形成許多孔洞，而這些孔洞的形成 會造成線粒體間質釋放出 cytochrome c 和 apoptosis-inducing factor

(AIF) 去活化 caspases 而引起一連串細胞凋亡的現象發生。也因此線粒體被稱之為細胞凋亡的劊子手 (executioner)。

在這宛如連續劇般的情節中，調控這些線粒體內容物的釋放被認為與線粒 體膜上一種稱為 mitochondrial permeability transition pore (PT pore) 的巨大信道有關，她包含了兩大部分︰一是在線粒體內膜與 adenine nucleotide translocator (ANT) 相關之蛋白質；另一是在外膜的蛋白質 (包 括了 porin, voltage-dependent anion channel, VDAC)。 打開此一信道會造成線粒體內膜兩側 H+ gradient 消失、線粒體膜電位下降、matrix 滲透壓 增高，造成線粒體漲大，外膜漲破之后???????????????????????????????????????????????????????? caspase-inducing factors (cytochrome c 和 AIF) 釋放到 cytosol 中造成細胞 apoptosis。在研究

PT pore 過程中發現，許多抑制 PT pore 打開的化合物可以抑制細胞

apoptosis 的發生。這些研究使得研究線粒體膜電位的改變就顯得相當重要。

因為，線粒體膜電位下降不但是細胞 apoptosis 一個重要指針；也可能是調控 此一機轉相當重要的關鍵。

Mitochondrial membrane potential (Dym) 與 Mitochondrial

Potential Sensor

線粒體在呼吸氧化過程中，將所產生的能量以電化學位能儲存于線粒體內 膜 (約 250 mV/5~10 nm)，稱之為 mitochondrial membrane potential (Dym)，并以此位能來進行電子傳遞鏈，最終產生 ATP 以供細胞使用。而此 一電位差形成于線粒體內膜，為外正內負的形式。 許多親脂性的陽離子化合物 會結合到線粒體內膜，在雷射激發光下放出螢光，可以非常方便地使用螢光顯微 鏡或共軛焦顯微鏡來觀察線粒體的形態和移動的變化情形。最早被發現的線粒體 染劑為 rhodamine 123 (Rh123)，Dr. Lan-Bo Chen 的實驗室發現 Rh123 可特異性的染在活細胞的線粒體上，而 ionophores, uncoupler 或是一些抑 制電子傳遞鏈的藥物 (rotenone, antimycin, cyanide) 都會降低 Dym，并 會減少線粒體攝入 Rh123 的量。之后，陸續有許多種不同的線粒體染劑被用來偵測 Dym，其中最大宗要算是 Molecule Probe 公司 (Engene, OR) 生產的 一系列 MitoTracker (MitoFluor Green, MitoTracker Orange, and MitoTracker Red...etc.)，這類的染劑在細胞被固定的過程也能保存其特性； 因此，常被使用于需要固定的情況并與其它像 immunocytochemistry、 DAPI、或 TUNEL 來共同染色。此外，一種早期被應用于 silver-halide-based 照片的感光劑，5, 5’, 6, 6’ -tetrachloro-1, 1’, 3,

3’-tetraethylbenzimidazolylcarbocyanine iodide (JC-1)被發現較

Rh123 或 DiOC6 對線粒體膜電位有更高的敏感性和解析分辨能力，甚至可應 用于測定單一線粒體的 Dym，JC-1 是 JC-10 之前最好的線粒體膜電位檢測試

劑。

2010 年，美國 AAT Bioquest 公司開發成功新的線粒體膜電位檢測試劑 JC-10, JC-10 是一類用于檢測細胞功能的系列工具，包括細胞活性、細胞毒性、細胞凋亡、細胞膜電位以及細胞周期等方面的指標。JC-10 在具備