论文信息

神经递质的囊泡储存与胞吐释放是神经元实现化学信息传递的基础过程。近年来，快速扫描循环伏安法以及荧光神经递质探针等技术显著提升了活体神经化学分析的时空分辨率，但大多数方法仍主要反映组织或细胞尺度的神经递质变化，难以进一步解析单个神经囊泡中的递质储存量及其胞吐释放动力学。由于神经囊泡尺寸处于纳米尺度、胞吐释放发生在毫秒时间尺度，如何在完整活体神经系统中实现单囊泡水平的直接定量分析，仍是神经化学分析领域的重要挑战。

近日，北京大学李鲜婵课题组与北京师范大学毛兰群课题组联合报道了一种适用于活体斑马鱼的单囊泡电化学分析方法。首次在完整活体脊椎动物神经系统中，实现了对多巴胺能神经元单个囊泡内多巴胺储存量及胞吐量子释放动力学的直接定量监测，并将其用于揭示帕金森病模型中的囊泡功能异常及雷沙吉兰的改善作用。

构建活体单囊泡电化学分析平台

研究团队以斑马鱼幼鱼为模型，并选取腹侧间脑多巴胺能神经元胞体簇作为检测区域，结合单囊泡原位电化学计数法（IVIEC）和单细胞安培法（SCA），实现了单个囊泡多巴胺储存量和胞吐量子释放动力学的直接定量分析。由此，该平台能够在完整活体神经系统中解析单囊泡多巴胺动态。

揭示活体神经系统中的胞吐异质性

利用该平台，研究团队在活体多巴胺能神经元中观察到多种胞吐释放模式，并借助一维卷积神经网络对胞吐事件进行分类。结果显示，胞吐事件可分为单峰、双峰和多峰三种模式，分别占总事件的69.2%、8.4%和22.4%。不同模式在峰值电流、持续时间和释放量等参数上存在明显差异。这些结果表明，活体神经系统中的单囊泡胞吐并非均一过程，而具有显著的释放动力学异质性。

解析帕金森病中的囊泡功能异常及药物改善

为验证平台对药理调控的响应能力，研究团队首先使用L-DOPA进行处理。结果显示，L-DOPA使囊泡DA储存量提高约58%，单次胞吐释放量提高约44%，验证了该方法对囊泡多巴胺变化的灵敏响应。随后，该平台被用于MPTP诱导的帕金森病斑马鱼模型。结果显示，MPTP处理后单个囊泡中的DA储存量下降约62%，同时伴随胞吐释放量、峰值电流以及释放模式的明显改变，提示疾病状态下囊泡储存与胞吐动力学均受到损伤。雷沙吉兰处理后，囊泡DA储存量及多项胞吐释放参数得到明显改善，释放模式也趋近于正常状态。透射电镜结果进一步显示，MPTP引起的囊泡尺寸和体积下降在雷沙吉兰处理后得到恢复。上述结果从囊泡多巴胺储存、胞吐动力学和超微结构多个层面揭示了帕金森病状态下的囊泡功能障碍及其药物调节。

总结

综上所述，该研究将单囊泡电分析技术进一步拓展至活体层次，为揭示神经递质囊泡异质性、解析神经退行性疾病中的突触前功能障碍以及评价药物药效提供了新的分析平台，也为连接囊泡功能、动物行为与药物治疗效果开辟了新的研究路径。

期刊介绍

Angewandte Chemie是全球化学领域最具影响力的顶级期刊之一，由Wiley出版，创刊于1887年，最新影响因子为16.9。