作为需氧生物，我们不断地利用周围环境中的氧气，最终参与形成有用的生物能中间体。我们呼吸的空气中大约有21%是由氧气组成的，但是到达细胞水平的氧气量是变化很大的，是组织特异性的，而且几乎总是更低。当人类的呼吸系统和心血管系统协同工作将氧气输送到组织时，大脑、皮肤、肝脏和肌肉的含氧量都在2.5% -6%之间。当氧气进入细胞并到达线粒体呼吸链(氧气在能量生产中被利用的地方)时，即使在基础条件下，这些水平也可能低至1.3%。虽然看似低，线粒体能量转导到三磷酸腺苷通常不受氧限制。这是因为主要的耗氧酶，细胞色素c氧化酶，对氧有极高的亲和力，因此即使在氧气含量看似很低的情况下，氧饱和也能发挥最大的作用。尽管线粒体进行代谢所需的氧气水平很低，但细胞培养实验最常在正常大气中进行，这意味着细胞浸泡在~18%的氧气中。事实证明，当细胞在氧气水平高于正常生理范围的条件下生长时，细胞的功能就会发生变化。这可能部分是因为细胞将环境中的一些氧气转化为活性氧(ROS)。

图1所示。H₂O₂几种常用细胞系产生的外排率。数据显示更多的H₂O₂当细胞受到18%(标准细胞培养)和5%(生理)氧气时产生。柱状图表示≥5个独立测量的平均值±SEM。星号表示5%和18% O2之间的差异。' * ' = p值< 0.05。' ** ' = p值< 0.01。' *** ' = p值< 0.001。

活性氧是具有多种生物学功能的重要分子，但过量生产与加速衰老、神经退行性疾病和癌症有关。活性氧产生于多种细胞来源。超氧化物是ROS的前身，通常形成过氧化氢(H)₂O₂)和其他多种氧化物质。线粒体呼吸链的工作效率不是100%，线粒体中的一些氧被转化为超氧自由基，而超氧自由基又能迅速转化为其他活性氧。NADPH氧化酶，存在于细胞质中，可能也存在于线粒体中，类似地将氧转化为超氧化物或氢₂O₂．其他多种酶也能从氧气中产生活性氧。虽然活性氧是生物系统中的重要分子，但通常很少有人关注动物细胞中氧气与活性氧产生之间的关系。

我们研究了细胞培养研究中常用的各种细胞系在生理相关氧水平(5%)和标准细胞培养氧水平(18%)下生长时ROS的产生。官方manbetx手机版我们用肌肉(C2C12小鼠成肌细胞)、皮肤(小鼠胚胎成纤维细胞;mef)和几种人类癌细胞系(SH-SY5Y神经母细胞瘤、PC-3前列腺癌、HeLa宫颈癌和MCF-7乳腺癌)。使用酶联Amplex Red试验，我们测量了H₂O₂发出。在H₂O₂， Amplex Red试剂经辣根过氧化物酶转化为荧光分子间苯二酚，其荧光与H的产生成正比₂O₂，可以测量H₂O₂随着时间的推移而产生。我们发现的共同趋势是，我们检查的所有六种细胞系都产生了更多的H₂O₂在标准氧和生理氧水平下培养时(图1)。

然后我们着手确定H的来源₂O₂在5%和18%的氧气条件下生产。虽然线粒体通常被认为是ROS的主要细胞来源，但我们的实验测量表明，这实际上取决于细胞培养时的氧气水平。大部分增加的H₂O₂使用选择性NADPH氧化酶异构体1和4抑制剂GKT137831可以完全消除或改善高氧水平下观察到的NADPH氧化酶异构体1和4(图2)。有趣的是，GKT137831在低氧条件下几乎没有影响。这些结果表明NADPH氧化酶是H的主要来源₂O₂在标准细胞培养条件下，但可能不是在更生理相关的氧气条件下。NADPH氧化酶-4主要产生H₂O₂而不是超氧化物，生成氢₂O₂在12%的氧气条件下比3%的氧气条件下快三倍，我们认为在18%的氧气条件下比5%的氧气条件下NADPH氧化酶-4活性的增加是H增加的主要驱动因素₂O₂．

图2所示。NADPH氧化酶抑制剂GKT137831可抑制细胞H升高₂O₂在更高的氧气水平下产生(A) C2C12细胞。(B) PC-3细胞。mef C)。柱状图表示≥5个独立测量的平均值±SEM。星号表示5%和18% O2之间的差异。' * ' = p值< 0.05。' ** ' = p值< 0.01。' *** ' = p值< 0.001。

综上所述，我们的数据表明，培养箱内的氧气水平对细胞H的速率有主要影响₂O₂生产/释放。由于H₂O₂影响广泛的细胞内和细胞外氧化还原信号通路，这可能对细胞功能有重要影响。这突出了在细胞培养过程中维持生理氧水平的重要性，特别是对于旨在了解氧化还原信号通路如何影响细胞功能的实验。

霍尔特·梅斯纳，杰弗里·a·斯图尔特
布鲁克大学，圣凯瑟琳，加拿大

出版

在哺乳动物细胞培养中，过氧化氢的产生受氧水平的影响。
madalena LA, Selim SM, Fonseca J, Messner H, McGowan S, Stuart JA
《生物化学与生物物理》2017年11月4日

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