研究内容
神经元中囊泡神经递质的原位定量分析对于研究阿尔茨海默病和帕金森病（PD）等神经退行性疾病至关重要。到目前为止，监测新鲜脑组织中单个囊泡中神经递质化学的直接方法仍然无法实现。
北京大学李鲜婵介绍了一种新鲜脑组织中单囊泡电化学（SVE）的平台，能够在单囊泡水平上定量分析躯体和静脉曲张的神经递质。作者进一步研究了PD动物模型，表明黑质DA神经元的囊泡多巴胺（DA）储存和胞外释放都显著减少。此外，SVE揭示了不同脑区DA神经元之间化学神经传递的异质性。这种基于组织的SVE方法可以扩展到在单个囊泡水平上量化其他单胺类神经递质，如去甲肾上腺素和血清素。相关工作以“Single-Vesicle Electrochemistry in Fresh Brain Slices Enables In Situ Quantification of Vesicular Monoamine”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
研究要点
要点1.作者开发了一种新的单囊泡电化学方法，定量分析新鲜脑切片中单个囊泡中的神经递质储存。与电化学细胞术结合毛细管电泳和囊泡冲击电化学细胞术相比，这种原位组织方法避免了从脑组织中分离囊泡的需要，提供了显著的简单性，这一过程已知会显著影响结果。此外，当与先前建立的量化单次细胞外活动期间神经递质释放的方法相结合时，这形成了一个全面的单囊泡电化学（SVE）平台，为新鲜脑组织中神经递质的囊泡储存和释放的原位定量分析提供了强有力的策略。
要点2.作者使用L-DOPA和利血平进行药理学治疗的验证研究表明，SVE平台可靠地反映了SNc中DA神经元囊泡DA储存和胞外释放的变化。SVE在化学诱导的PD动物模型中的应用表明，在PD模型中，DA的胞外释放不仅受到抑制，其特征是量子大小减小、动力学减慢和胞外融合孔变小，而且SNc中DA神经元的囊泡DA储存也缩小，从而揭示了PD的病理生理学。
要点3.SVE结果突显了DA神经元在囊泡神经递质储存和胞外释放中在不同脑区（如SNc、VTA和CPu）的异质性。除了DA，SVE平台还可以扩展到使用其他单胺类（如5-HT和NE）作为新鲜脑组织中的信使来量化神经元的囊泡化学。
组织SVE为研究化学神经传递的生物学过程和在新鲜脑组织的单个囊泡水平上探索各种神经系统疾病中的神经递质紊乱提供了一种新策略。具有高时空分辨率的电化学方法和体内纳米级生物体的局部策略的未来发展可以直接研究特定结构（如突触）处囊泡神经递质的储存和释放。此外，利用乙酰胆碱、谷氨酸和GABA等电化学惰性神经递质传感器对组织SVE的改进，有望促进我们对包括阿尔茨海默病在内的各种神经疾病的神经基础和功能障碍的理解。
研究图文
图1. 用于新鲜脑组织的单囊泡电化学（SVE）平台示意图和用于定量新鲜脑切片中黑质致密部（SNc）DA神经元中囊泡多巴胺（DA）含量的SVE示意图。
图2. L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA）和利血平对小鼠SNc DA神经元囊泡DA储存和胞外释放的影响。
图3. 用于新鲜脑组织静脉曲张的SVE平台。
图4. MPTP诱导的PD动物模型中DA神经元的SVE。
图5. SVE用于大鼠大脑不同区域的DA神经元。
图6. SVE分别定量大鼠蓝斑核（LC）和中缝背核（DR）中的囊泡儿茶酚胺（CA）和血清素（5-HT）。
文献详情
Single-Vesicle Electrochemistry in Fresh Brain Slices Enables In Situ Quantification of Vesicular Monoamine
Yuying Liu, Lijiao Cao, Junlan Zhou, Chuqi Li, Jinchang Du, Yifei Xue, Xianchan Li,* Lanqun Mao
J. Am. Chem. Soc.
DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c06572
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