信息来源：程和平教授、席鹏教授团队

线粒体是细胞的能量代谢中心和信号转导枢纽，其膜电位动态变化是重要的生理信号。传统的线粒体膜电位检测主要依赖反映整体跨膜电位变化的能斯特型探针，但该类探针响应动力学受到扩散和平衡过程限制。因此，对于更快速、更精细的线粒体膜界面电活动，目前还没有足够好的探针。

HB_mito是一种膜锚定小分子电压探针，具有线粒体富集、近红外发射和高光稳定性等特点。研究团队通过优化脂肪链长度、荧光骨架和光谱性质，最终获得了这款性能优良的探针。实验结果表明，HB_mito锚定在线粒体内膜界面附近，可报告该界面的近场电位相关信号，而不只是像传统探针主要反映整体跨膜电位变化。

HB_mito具有突出的信号幅度和动态范围。在线粒体动作电位过程中，其平均荧光变化幅度约为0.55ΔF/F₀；在最强的前10%事件中，其峰值荧光响应可达1.93倍。与既往报道的小分子膜电压探针相比，HB_mito的动态范围提高了约一个数量级。在检测原理方面，HB_mito记录到的并不只是整体跨膜电位变化，其中还包含内膜界面附近更快的表面电位分量，因此在快速、局部电活动检测上表现出独特优势。

借助HB_mito的高灵敏度和大动态范围，研究团队在每秒1000帧的高速成像条件下，捕捉到一类此前未被报道的线粒体瞬态微小电活动—“电闪烁”（Mitochondrial Electric Flicker）。与持续时间约10秒的线粒体动作电位相比，这类事件通常只持续几十毫秒，峰值约为0.03ΔF/F₀。这类电闪烁的单位信号积分比线粒体动作电位信号积分小1000倍以上。实验结果进一步提示，单次电闪烁可能反映单个或少数几个离子通道的开关活动，可作为线粒体电生理活动的基元事件。

这项研究的意义，不仅在于发展出一种新型、超灵敏的线粒体膜电压探针，更在于把线粒体电活动研究从“整体膜电位变化”的观测，推进到了“膜界面局部快速电信号”的解析。如何获得兼具高灵敏度、快速响应、大动态范围的膜电压探针，一直是细胞电生理领域面临的关键难点之一。本研究提出的膜锚定近场电位探测策略，为破解这一难题提供了重要启发。

图1、HB_mito检测线粒体内膜近场电位和微小“电闪烁”信号。

（A）HB_mito检测线粒体内膜近场电位信号的原理示意图；（B）受激发射损耗显微镜（STED）超分辨成像显示HB_mito定位在线粒体内膜区域；（C）HB_mito记录的线粒体动作电位和微小“电闪烁”信号。

北京大学未来技术学院博士后任伟和2025届博士毕业生张琳是文章的共同第一作者，北京大学程和平教授、北京大学席鹏教授、河北大学高保祥教授是共同通讯作者。北京大学未来技术学院王显花研究员和陈知行长聘副教授等参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划以及北京大学国家蛋白质科学中心的支持。