氧，以活性氧(ROS)的形式参与氧化应激，氧化应激是许多疾病触发的主要因素之一，同时活性氧还可以作为信号和细胞刺激参与细胞的许多生理过程。单线态氧(1o2)是活性氧的一种，是氧气(三线态氧)的电子激发态(氧分子的最低激发态)的通称。水溶液中单线态氧的寿命高于大多数活性氧。
因此，单线态氧可以作为信号和刺激分子参与许多生理过程，或者与三线态氧参与相同的反应，但是单线态氧可能具有更高的反应活性和效率。由于技术限制，单线态氧在生理学和病理学中的作用尚不明确，与其它活性氧相比，无法进行深层次的研究。
已有报道证实1267nm的红外激光脉冲照射有机溶液和癌细胞可以产生单线态氧。利用这一现象，2021年英国伦敦大学Plamena R. Angelova 课题组在Free Radical Biology andMedicine 杂志上发表了题为“Singletoxygen stimulates mitochondrial bioenergetics in brain cells ”的研究论文，探讨了1267nm激光照射产生的单线态氧对大鼠脑细胞线粒体能量代谢的影响。
主要研究结果如下：
（一）1267nm激光可诱导初级神经元和星形胶质细胞产生单线态氧，并且随着激光照射强度的增加，单线态氧的产生速率加快(图1)
图1. 1267nm激光照射下神经元和星形胶质细胞的单线态氧产量
（二）单线态氧对线粒体的影响
人体细胞以ATP的形式产生能量满足不同组织器官能量需求。大脑是一个相对较小的器官(约占体重的1-2%)，但是能量需求巨大，消耗的氧气和葡萄糖是其他器官的十倍。如此高水平的氧气和代谢条件的变化很容易产生活性氧，那么单线态是否会对线粒体产生影响呢？线粒体膜电位(Δψm)是线粒体健康和功能的指标。1267 nm激光照射后，初级神经元和星形胶质细胞的线粒体膜电位均呈剂量依赖性增加。同时，在1267 nm的高强度激光(>205 mW；187.8 J/cm2)照射下，神经元和星形胶质细胞Δψm瞬时下降。这表明高强度1267nm激光照射下产生的单线态氧对线粒体有毒害作用(图2a, b & c)。
图2. 1267nm激光照射增加了线粒体膜电位，激活了NADH和FADH依赖的呼吸
NADH是线粒体电子传递链(ETC)复合体I的底物和电子供体。低强度的1267 nm激光照射，不会改变NADH自发荧光的水平(图2d)。然而，高强度的激光照射，线粒体NADH池减少20–30%，而FAD的自发荧光增加(图2d, e)，这与线粒体复合物II的激活相对应。
因此，1267nm激光产生的单线态氧会激活神经元和星形胶质细胞中线粒体ETC复合物I和复合物II。
图3. 1267nm激光照射刺激神经胶质细胞中ATP的产生
另一方面，1267nm激光诱导产生的单线态氧对线粒体呼吸的影响导致了ATP产生加快，并且随着照射强度的增加，ATP产生加快(图3)。
（三）单线态氧对线粒体呼吸的影响
为了进一步研究单线态氧对线粒体呼吸的影响，本文利用英国Hansatech公司生产的Clark液相氧电极研究了单线态氧影响下的大鼠脑线粒体状态呼吸。在1267nm激光照射下离体大鼠脑线粒体的耗氧量随着照射强度的增加而加快。同时，1267nm激光产生的单线态氧激活了线粒体的ADP依赖性(V3)和非ADP依赖性(V4)呼吸，但是呼吸控制率RCR没有显著变化，表明线粒体呼吸的加快不是由线粒体解偶联引起的(图4 c)。
图4. 1267nm激光照射提高了线粒体氧化磷酸化效率
此外，1267nm激光照射导致了ADP/O的增加(图4a)，表明单线态氧存在时线粒体的氧化磷酸化效率提高。添加0.5μM FCCP能够激活线粒体最大耗氧量，1267nm激光照射的线粒体呼吸速率显著高于对照组。
结论
1267nm激光照射产生的单线态氧会导致大鼠脑线粒体膜电位增加，NADH和FADH依赖性呼吸的激活，重要的是，虽然呼吸控制率没有显著变化，但是单线态氧增加了线粒体的最大呼吸速率，ADP/O增加，线粒体呼吸的激活刺激了细胞产生更多的ATP。因此，1267nm激光脉冲产生的单线态氧可以作为大脑线粒体呼吸和ATP生成的激活剂。
