线粒体炫是一种新近发现的细胞生物学现象,从细菌到高级哺乳动物线粒体炫广泛存在。线粒体炫包含多个层面信号,为一种复合现象。线粒体炫发生时伴随着线粒体基质的碱性化、活性氧的大量产生、线粒体内外膜两侧电势差下降等等,前人在其它系统中的研究发现线粒体炫与多种重要的生理、病理过程密切相关。本文主要研究了原代培养的大鼠海马神经元中线粒体炫的性质以及其与神经活动、突触可塑性的相关性。本文发现,神经元中的线粒体炫与前人报道的基本一致,其发生伴随着线粒体基质的碱性化、活性氧的大量产生和线粒体内外膜两侧电势差的下降;而药物实验揭示了线粒体炫的发生依赖于线粒体电子传递链的活动,说明线粒体炫与线粒体能量代谢密切相关。除了之前报道的发生在单个线粒体水平上的线粒体炫以外,我们还观察到了全细胞范围内的同步线粒体炫活动。初步实验指示这种同步的线粒体炫活动与神经元的癫痫样活动有关,进一步实验揭示了全细胞范围内的钙震荡活动与线粒体炫存在相关性。为了更精确的研究线粒体炫的性质和功能,我们在前人的基础上建立了一种光激活线粒体炫的方法,可以在单个线粒体上,在毫秒时间尺度内可靠的激发线粒体炫活动。实验证实光激活的线粒体炫同样伴随着线粒体基质的碱性化、活性氧的大量产生、线粒体内外膜两侧电势差下降等现象,其动力学参数也与自发的线粒体炫基本一致。进一步,我们研究了线粒体炫与神经突触可塑性的相关性。实验发现在化学诱导树突棘长时程增大的10min后,树突的线粒体炫频率显著上升,在25min左右达到峰值,并在刺激后45min左右降回基线。通过分析树突棘的形态变化我们发现,与长时程增大的树突棘毗邻的树突线粒体其线粒体炫频率在化学诱导后显著上升,而仅与稳定的树突棘毗邻的线粒体在化学诱导后线粒体炫频率不变。说明线粒体炫与树突棘的长时程增大存在精确的时间、空间相关性。进一步的实验表明,线粒体炫频率的时相性增加是NMDA受体和CaMKⅡ分子激活依赖的。在与合作者的实验中我们发现在诱导突触短时程增强后的20min-30min内用光激活与之毗邻的树突线粒体发生少数几次线粒体炫,就可以将树突棘由短时程增大变为长时程增大。综上,我们研究了神经元中线粒体炫的复合信号、动力学参数以及化学性质,发现线粒体炫与线粒体能量代谢密切相关;我们还建立了高时空精度的可重复诱导线粒体炫的方法,可以在单个线粒体水平快速诱发线粒体炫;在线粒体炫的功能方面,我们确立了线粒体炫与树突棘长时程增大存在精确的时间、空间关系,后续的实验结果显示线粒体炫可能在树突棘长时程增大过程中发挥着重要的作用。