活细胞能量代谢"金标准"——Agilent Seahorse XFe24
前言
提升仪器效能，赋能交叉创新。我院科研仪器共享平台已开放预约，【大型科研仪器导览】系列上线，旨在全面展示核心设备性能与应用，促进资源开放共享，让每一次科研探索都始于精准、成于高效。
一、仪器简介
哺乳动物细胞的两条核心能量通路——线粒体氧化磷酸化与糖酵解——分别以耗氧和产酸的形式驱动细胞功能。Agilent Seahorse XFe24分析仪通过专利固态荧光传感探针，在24孔板中实时、无标记地同步测定活细胞的耗氧率（OCR）与细胞外酸化速率（ECAR），从而量化细胞代谢表型，解析线粒体呼吸、糖酵解、ATP生成速率等关键功能参数。
二、应用领域
1、肿瘤代谢：解析Warburg效应、代谢重编程、药物代谢干预靶点。
2、免疫代谢：T细胞激活/记忆分化、巨噬极化、免疫细胞代谢重编程。
3、线粒体疾病：线粒体功能评估、底物依赖性与灵活性。
4、干细胞：干性维持与分化过程中的代谢转换。
5、糖尿病/肥胖：胰岛功能、脂肪组织产热、底物氧化。
6、神经退行性疾病：神经元能量代谢与氧化应激。
7、药物研发与毒理：化合物代谢毒性筛选、机制研究。
三、主要特点
实时、无标记、双通路、24孔通量。
与传统终点法检测不同，XFe24通过4通道自动加药系统，可在同一孔内依次注入4种化合物，实时记录细胞对底物、抑制剂、药物的即时响应，捕捉代谢动态变化的全过程。
优势 | 说明 |
实时结果 | 几分钟内报告代谢速率，无需样品提取或标记，当日出具测试结果 |
活细胞响应 | 4 加药口系统自动加药并混合，37 ℃ 恒温，实时检测底物/抑制剂/化合物响应 |
高灵敏度 | 24 孔板每孔低至 1×10⁴ 细胞即可获得可靠响应，兼容更大或代谢更活跃的样品 |
宽温控范围 | 精密加热托盘维持 16–42 ℃，兼容多种样品类型 |
3D 与组织兼容 | 搭配 XF24 胰岛捕获板，可检测胰岛、脑组织、骨骼肌、脂肪组织、斑马鱼胚胎、线虫、果蝇等 |
软件生态 | Wave 控制软件 + 基于 Web 的 Seahorse Analytics，自动计算各试剂盒关键参数 |
四、主要检测指标
XFe24平台可同时输出OCR（线粒体呼吸指标）与ECAR/PER（糖酵解指标），并由此衍生出一系列功能参数：
Basal respiration：用于满足细胞的ATP需求和质子漏的耗氧。代表细胞在基础状态下的能量需求。
ATP-linked respiration：加入 oligomycin 后产生的耗氧下降部分，占基础呼吸耗氧的一部分，用于驱动ATP合成。代表线粒体满足细胞能量需求的ATP合成能力。
Proton leak：基础呼吸减去ATP 相关呼吸的剩余耗氧，该部分氧气消耗未偶联ATP 合成。质子漏可作为线粒体损伤的标志，也可被认为是调节线粒体ATP合成的一种机制。
Maximal respiration：加入 FCCP 后获得的细胞最大耗氧。FCCP通过刺激细胞呼吸链以最大能力工作，来模拟一种生理上的“能量需求”，这引起了底物（糖、脂肪、氨基酸）的快速氧化以应对这种代谢挑战。代表了细胞能够实现的最大呼吸速率。
Spare respiratory capacity：最大呼吸减去基础呼吸的耗氧。代表细胞对能量需求的潜在响应能力以及细胞基础呼吸与理论呼吸最大值间的差距，细胞响应需求的能力可作为细胞适应性或灵活性的指标。
Non-mitochondrial oxygen consumption： 加入 rotenone 和 antimycin A 后仍持续的耗氧，这是由一部分细胞酶继续耗氧产生的。该参数对于精确测量线粒体呼吸功能非常重要。
五、标准实验流程
以最常用的XF细胞线粒体压力测试为例，整体流程分为“实验前一天—实验当天—上机运行”三阶段：
关键操作要点提示：
1、加药时探针板必须平放于台面，不可倾斜或拿起，避免药物泄漏。
2、同一系列加药孔（如所有A孔）必须加入相同体积液体，否则影响注射。
3、检测液现用现配，谷氨酰胺需新鲜；切勿使用含酚红的基础培养基进行Glycolytic Rate与Real-Time ATP实验。
4、FCCP浓度需针对每种细胞系预实验优化（常用范围0.5–2.0 μM）。
5、4个背景校正孔（A1、B4、C3、D6）不接种细胞，仅加培养基。
六、应用案例
案例一
Ex vivo的FACS纯化小胶质细胞进行耗氧测定，证实RISP-cKO小胶质细胞OCR显著下降
Nature Metabolism（2024, 6:1492–1504，https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39048801/）
案例二
Seahorse分析显示Nrf2过表达可恢复miR-101a-3p抑制的糖酵解和氧化磷酸化功能，ATP生成增加
Cell Metab（2025, 37(8):1636-1654.e10，https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40345179/）
案例三
Seahorse实验结果表明，抑制Hmbox1通过激活Gck改善OGDR诱导的心肌细胞线粒体呼吸和糖酵解
Circulation (2024, 150(11):848-866, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38708602/)
七、仪器使用联系方式
院外人员：
地址：南方科技大学医院住院部5楼 临床研究与转化中心 生化与分子室
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