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第6章 从安徽桐城县走出来的中科院院士着名生物物理学家程和平（第3页）

院士科研之路

程和平院士是我国着名的细胞生物学与生物物理学家，早在1993年，程和平院士在钙信号研究方面，就发现并命名细胞钙信号的基本单位—“钙火花”（CalciumSparks）。

所谓的“钙火花”，是指细胞内的钙信号的基本单位，钙火花是细胞内钙离子浓度瞬时、局部升高的现象，它反映了细胞内钙离子释放和调控的微观过程。

程和平院士还揭示钙火花的产生与调控机理，并且深入研究了钙火花，在各种可兴奋性及非兴奋性细胞中的生物学功能。

据程和平院士的研究发现，钙火花主要由细胞内质网（ER）上的钙离子通道释放产生。

当这些通道开放时，钙离子从ER迅速流入细胞质，形成局部高浓度的钙离子区域。

程和平院士的研究显示，钙火花的产生和持续时间受到多种因素的调控，包括钙离子通道的活性、ER的钙离子储备量以及细胞质中的钙离子缓冲能力等。

在可兴奋性细胞中，如心肌细胞和神经细胞，程和平院士的研究发现，钙火花对于触发动作电位、传递神经信号以及调控肌肉收缩等生理功能至关重要。

在非兴奋性细胞中，程和平院士的研究发现，钙火花同样发挥着重要的作用，参与细胞增殖、分化、凋亡以及细胞间信号传递等过程。

通过对钙火花产生与调控机理的研究，以及钙火花在各种细胞中的生物学功能的深入探讨，程和平院士为开发新的药物和治疗策略提供了理论依据，对于治疗与钙信号异常相关的疾病具有重要意义。

“超氧炫”是程和平院士在细胞活性氧信号研究领域的又一重大发现。

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为了深入探究细胞内的活性氧信号，程和平院士巧妙地设计了一种新型荧光蛋白超氧探针，这一探针能够在细胞环境中准确地识别并报告超氧离子的动态变化。

利用这种创新的工具，程和平院士成功地建立了表达超氧探针的转基因动物模型，为直接在活体动物中进行显微成像研究奠定了基础。

通过对这些转基因动物的显微成像，程和平院士和他的团队观察到了一种惊人的现象:在单个线粒体中，超氧离子浓度会突然爆发性地增加，程和平院士将这种现象命名为“超氧炫”。

超氧炫的产生，可能是由线粒体内部某种特定的代谢过程或环境变化所触发的，它反映了线粒体，在应对不同生理或病理条件下的反应机制。

超氧炫的发现，为科研人员理解线粒体，在细胞内的角色提供了新的视角。

因为线粒体不仅是细胞的“能量工厂”，而且还参与了细胞内的多种信号转导过程。

超氧炫可能是线粒体在信号转导过程中的一个重要环节，它可能参与调控细胞的多种生理功能，如代谢、增殖、凋亡等。

此外，超氧炫的发现，也为疾病的治疗提供了新的思路。

因为超氧离子与多种疾病的发生和发展密切相关，如心血管疾病、神经退行性疾病等。

因此，通过调控超氧炫的产生和调控，可能为我们提供新的治疗策略。

总的来说，程和平院士发现的“超氧炫”现象，不仅为科研人员理解细胞内的活性氧信号提供了新的视角，而且也为疾病的治疗提供了新的可能。

这一发现无疑将推动细胞生物学和生物医学领域的发展，为人类健康事业做出重要贡献。

2017年，程和平院士所领衔的跨学科团队，通过一系列精心设计和创新实践，成功实现了双光子显微镜核心部件的微型化，这一成果堪称生物医学成像领域的一次重大突破。

传统的双光子显微镜，由于体积庞大、重量沉重，往往限制了其在活体动物研究中的应用。

这种显微镜通常重达几百公斤，难以移动，更无法用于自由活动的小动物观测。

然而，程和平院士的团队深刻认识到这一局限性，并决心通过技术创新解决这一问题。

他们首先对双光子显微镜的核心部件进行了深入的分析和研究。

通过精心设计和优化，他们成功地将这些部件进行微型化，使其尺寸大幅缩小，重量大幅减轻。

最终，原本笨重的显微镜核心部件被缩减至仅2。2克的轻巧体积，极大地提高了其便携性和可用性。

不仅如此，程和平院士的团队还进一步思考，如何将这一微型化核心部件应用于自由活动的小鼠身上。

他们设计了一种特殊的头戴式装置，将微型化核心部件巧妙地集成其中。这种装置不仅轻巧，而且舒适，不会对小鼠的正常活动造成任何干扰。

通过这种方式，团队成功地将双光子显微镜的核心部件，变成了可被自由活动的小鼠戴在头上的观测利器。

这一创新使得科学家们能够实时观测小鼠大脑等生物组织在自由活动状态下的微观结构和功能变化，为神经科学、生物学等领域的研究提供了全新的视角和工具。