前言

       近期，來自四川大學華西二院生殖遺傳實驗室許文明教授團隊與鄧東教授，四川省婦幼保健院劉偉信教授合作在Cellular and Molecular Life Sciences雜志上發表了題為 “Metabolic profiling identifies Qrich2 as a novel glutamine sensor that regulates microtubule glutamylation and mitochondrial function in mouse sperm”的文章，深入探討了QRICH2蛋白在精子發育過程中的作用，尤其是在谷氨酰胺代謝、微管穩定性與線粒體功能中的調控作用。在本次研究中，作者基于瑞明生物的實時單細胞多功能分析儀，發現敲低QRICH2的細胞中線粒體功能下降，與QRICH2氨基末端純化蛋白或谷氨酰胺共培養后細胞的熒光有提高，說明部分細胞的線粒體功能得到挽救。單細胞代謝分析能夠提供細胞代謝活動更高分辨率的數據，這對于理解細胞內部代謝過程及其調控機制具有重要意義。此外，這種分析方法還可以幫助識別不同細胞之間的代謝差異。

文獻解讀

Literature interpretation

       研究表明,QRICH2在小鼠精子微管谷氨酰化和線粒體功能調節中的具體作用機制主要體現在以下幾個方面:

       1.谷氨酰化水平的調節：QRICH2作為一種新型的谷氨酰化傳感器，能夠感知谷氨酰胺（Gln）和谷氨酸（Glu）的濃度變化。QRICH2的缺失會導致精子微管的谷氨酰化水平降低，從而影響微管的穩定性。這種谷氨酰化的減少直接導致了精子鞭毛的組裝失敗，進而影響精子的運動能力。

       2.線粒體功能的影響：QRICH2的表達與精子中的線粒體功能密切相關。QRICH2缺失的小鼠精子中，線粒體膜電位降低，特定的活性氧種類（ROS）水平升高，這些變化都與精子的運動能力下降有關。線粒體的功能障礙會影響能量的產生，進而影響精子的活力和運動能力。

       3.精子運動能力和受精能力的影響：由于QRICH2在調節微管谷氨酰化和線粒體功能方面的作用，其缺失導致的微管不穩定和線粒體功能障礙最終導致精子運動能力的顯著下降。這種運動能力的降低直接影響了精子的受精能力，可能導致不育。

       綜上所述，QRICH2通過調節微管的谷氨酰化水平和線粒體的功能，影響小鼠精子的運動能力和受精能力。總之，研究揭示了正常的Gln/Glu代謝在維持精子微管結構穩定性中的重要性，并指出QRICH2作為潛在的谷氨酰胺傳感器在這一過程中發揮關鍵作用。

圖1. Qrich2 KO小鼠精子的線粒體功能評估結果。 WT,野生型；Qrich2 KO，Qrich2敲除；NC，正常對照；QRICH2-SH,QRICH2敲低；N domain，QRICH2 N-端結構域蛋白,5 μg/ml。A.JC1染色表明Qrich2 KO小鼠的精子線粒體膜電位顯著降低。上圖中的方框顯示了高線粒體膜電位的細胞；下圖中的方框顯示了低線粒體膜電位的細胞。N=3，每個實驗分析5000-10000個細胞。B.Mitotracker染色表明Qrich2 KO小鼠的精子線粒體活性顯著降低。橫軸代表熒光強度，縱軸代表精子數量。N=3，每個實驗分析5000-10000個細胞。C.實時單細胞代謝分析，使用5 μm光探針檢測到單個細胞的熒光信號（左圖）。在體外用QRICH2 N-端結構域蛋白（5 μg/ml）孵育2小時后，部分恢復了QRICH2敲低引起的線粒體功能降低。圖中顯示了細胞數量，每組分析的細胞數分別為8、16、20和15。

技術簡介

Technical Introduction

實時單細胞多功能分析儀

       單細胞研究對于理解細胞的組成、生理行為與功能的多樣性具有重要意義，為基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組等組學更高維度的分析提供了有力工具。

實時單細胞多功能分析儀主要性能有:

高時空分辨率：可以在亞細胞水平（細胞質、細胞核）原位、定量檢測。

多功能檢測：可以檢測單個活細胞內的百余種小分子含量（如乳酸、ATP、ROS等）及酶活性（葡萄糖甘酶等）。

細胞器提取：亞細胞水平提取細胞器；也可將藥物或其它物質微創注入細胞內。組織和活體：動態監測多種生理信號變化（如針灸研究，腦神經研究等）。

應用拓展---線粒體

       線粒體的功能狀態與線粒體膜電位、線粒體膜通道、線粒體Ca2+濃度、ATP生成、呼吸鏈復合體活性、活性氧生成以及DNA突變密切相關。線粒體與其他細胞器的相互作用可以調節細胞的命運和功能（線粒體-內質網接觸調節鈣信號、氧化還原信號、線粒體動力學和質量控制、脂代謝和未折疊蛋白反應；線粒體-溶酶體的接觸調節線粒體和溶酶體的動力學和鈣信號）。

       基于實時單細胞多功能分析儀可實現ROS、Ca2+、線粒體超氧化物、線粒體膜電位、線粒體膜通透性轉換孔（mPTP）、細胞衰老β-半乳糖苷酶檢測、ATP、谷胱甘肽、丙酮酸、乳酸、乳酸脫氫酶、細胞色素C等相關指標的檢測，為線粒體的研究提供單細胞及亞細胞維度上的數據支撐。同時基于該設備的超微量提取注射功能，可實現單細胞線粒體、溶酶體提取，并結合測序、PCR或質譜等技術進行下游分析，獲取更為精準的數據結果。

應用拓展---氨基酸代謝

       氨基酸代謝的異常與眾多疾病的發生和發展密切相關,越來越多的研究表明氨基酸在疾病代謝中具有重要的作用. 基于實時單細胞多功能分析儀可實現氨基酸代謝途徑相關激酶及代謝產物檢測，如色氨酸、谷氨酸、天冬氨酸等，為氨基酸代謝研究提供單細胞及亞細胞維度上的數據支撐。