钙离子是细胞内最重要的信使物质，参与神经递质释放、肌肉收缩、能量代谢乃至细胞凋亡等重要生物学过程。程和平等1993年发现心肌细胞内钙释放的基元事件，命名为“钙火花”（Calcium Spark），后来形成一个新兴研究领域—“钙火花学”（Sparkology）。
线粒体是真核细胞特有的内含自身基因组的一种细胞器。它既是细胞能量代谢的中心，也是细胞稳态调控、应激反应、生存与凋亡信号转导的枢纽。线粒体功能障碍与心血管病、糖尿病、肿瘤、神经退行性疾病等密切相关。本实验室于2008年发现线粒体“超氧炫”(Superoxide Flash)。超氧炫由mPTP通道瞬态开放所触发，与线粒体呼吸、ATP合成、钙信号紧密相关，可作为定量研究线粒体代谢状态和氧化应激的生物标记物。超氧炫研究不仅将揭示线粒体功能调控新机制，也将为探究诸多复杂疾病的共同源头提供新视角。
主要研究方向
探究超氧炫信号生物学意义及其产生、调控和信号传递机制。具体方向包括：1）超氧炫生成机制及调节因子；2）超氧炫的生理功能及与重大疾病的关系；3）超氧炫与衰老； 3）超氧炫介导的信号通路；4）筛选线超氧炫相关蛋白组，并寻找线粒体疾病干预、治疗的可能策略和靶点
发展超氧炫与钙火花活体检测的新技术、新工具、新方法，如： 1）微型化高分辨显微成像系统；2）超氧炫自动检测图像处理软件；3）新型钙信号与活性氧探针；4）超氧炫计算机理论模型。
研究室成员：
研究室主任（PI）：程和平 教授 Ph.D.
E-mail: chengp@pku.edu.cn
研究室Co-PI：王显花 副研究员 Ph.D.
E-mail: xianhua@pku.edu.cn
马 淇 助理研究员 Ph.D.
E-mail: maq@pku.edu.cn
大仪器项目助理： 赵凌 助理研究员 Ph.D.
E-mail: lingzhao1976@gmail.com
实验技术员：王艳茹
E-mail: wangyr@pku.edu.cn
973秘书: 杜淑欣
E-mail: shuxindu@126.com
研究生：尚维、黄章泷、欧阳萌、侯婷婷、吴迪、简崇书、路福建、林渊、孙翠巍、于鹏、戚文峰、张入峰、张晓雅、孙涛、李雅礼、郭前进、赵其锦、殷荣康、郑巧霞
客座学生：李雯雯、张婧、刘潇、薛婷龄
本科生：黄晓、张哲、孙潇

研究室地址：北京大学英杰交流中心312、314室
联系电话：010-6275-8383，6275-4605
代表性文章
1. EZ Shen, CQ Song, Y Lin, WH Zhang, PF Su, WY Liu, P Zhang, JJ Xu, N Lin, C Zhan, XH Wang, Y Shyr, HP Cheng, MQ Dong. Mitoflash frequency in early adulthood predicts lifespan in Caenorhabditis elegans. Nature, 502:128, 2014.
2. W Shang, FJ Lu, T Sun, JJ Xu, LL Li, YR Wang, G Wang, LY Chen, XH Wang, MB. Cannell, SQ Wang, HP Cheng. Imaging Ca2+ nanosparks in heart with a new targeted biosensor. Circ Res, 114:412, 2014.
3. XH Huang, L Sun, SX Ji, T Zhao, WR Zhang, JJ Xu, J Zhang, YR Wang, XH Wang, C Franzini-Armstrong, M Zheng, HP Cheng. Kissing and nanotunneling mediate intermitochondrial communication in the heart. Proc Natl Acad Sci USA, 110:2846, 2013.
4. HQ Fang, M Chen, Y Ding, W Shang, JJ Xu, X Zhang, WR Zhang, KL Li, Y Xiao, F Gao, SJ Shang, JC Li, XL Tian, SQ Wang, J Zhou, N Weisleder, JJ Ma, KF Ouyang, J Chen, XH Wang, M Zheng, W Wang, XQ Zhang, HP Cheng. Imaging superoxide flash and metabolism-coupled mitochondrial permeability transition in living animals. Cell Res, 21:1295, 2011.
5. CL Wei, XH Wang, M Chen, KF Ouyang, LS Song, HP Cheng. Calcium flickers steer cell migration. Nature, 457:901, 2009.
6. W Wang, HQ Fang, L Groom, A Cheng, WR Zhang, J Liu, XH Wang, KT Li, PD Han, M Zheng, JH Yin, WD Wang, M Mattson, JPY Kao, EG Lakatta, SS Sheu, KF Ouyang, J Chen, RT Dirksen, HP Cheng. Superoxide flashes in single mitochondria. Cell, 134:279, 2008.
7. HP Cheng, WJ Lederer. Calcium sparks. Physiol Rev, 88:1491, 2008.
8. SQ Wang, LS Song, EG Lakatta, HP Cheng. Ca2+ signaling between single L-type Ca2+ channels and ryanodine receptors in heart cells. Nature, 410:592, 2001.
9. HP Cheng, M Fill, HH Valdivia, WJ Lederer. Models of calcium release channel adaptation. Science, 267:2009, 1995.
10. HP Cheng, WJ Lederer, MB Cannell. Calcium sparks: Elementary events underlying excitation-contraction coupling in heart muscle. Science, 262:740, 1993.