中科大科學(xué)家建立起一套穩(wěn)定的單細(xì)胞質(zhì)譜分析技術(shù)

  近日，中科大科學(xué)家開展了一項科學(xué)研究，此研究通過對腦區(qū)單個神經(jīng)元內(nèi)的數(shù)千種化學(xué)小分子進行了快速質(zhì)譜檢測，成功建立了一套穩(wěn)定的單細(xì)胞質(zhì)譜分析技術(shù)。
  近日，PNAS上一發(fā)表了來自中科大科學(xué)家的一項研究，該研究對小鼠海馬、前額葉、杏仁核、紋狀體等腦區(qū)單個神經(jīng)元內(nèi)的數(shù)千種化學(xué)小分子進行了快速質(zhì)譜檢測，并且可以做到同步采集電生理信號，在單細(xì)胞層次上成功地完成了對神經(jīng)元功能、代謝物組成及其代謝通路的研究。
  近日，國際綜合研究權(quán)威期刊《美國國家科學(xué)院院報》（PNAS）發(fā)表了題為《Single-Neuron Identification Of Chemical Constituents, Physiological Changes, And Metabolism Using Mass Spectrometry》的研究論文。該研究由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命學(xué)院神經(jīng)退行性疾病研究中心暨中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)腦資源庫熊偉教授研究組與中科大化學(xué)學(xué)院黃光明教授研究組合作完成。該研究依托電生理膜片鉗以及電噴霧離子源技術(shù)建立的穩(wěn)定的單神經(jīng)元胞內(nèi)組分取樣和質(zhì)譜組分分析技術(shù)，對小鼠海馬、前額葉、杏仁核、紋狀體等腦區(qū)單個神經(jīng)元內(nèi)的數(shù)千種化學(xué)小分子進行了快速質(zhì)譜檢測，并且可以做到同步采集電生理信號，在單細(xì)胞層次上成功地完成了對神經(jīng)元功能、代謝物組成及其代謝通路的研究。這項研究首次利用化學(xué)質(zhì)譜方法直接無稀釋的檢測單個神經(jīng)元中多種神經(jīng)遞質(zhì)、代謝物、脂質(zhì)等化學(xué)小分子，實現(xiàn)了單個神經(jīng)元化學(xué)成分及代謝物的即時分析，該技術(shù)將目前神經(jīng)細(xì)胞成分分析的研究推向了一個活細(xì)胞及單細(xì)胞水平，有望在單細(xì)胞層次上去研究神經(jīng)生物學(xué)、代謝組學(xué)、毒理學(xué)等生命科學(xué)的重大問題，具有非常重要的應(yīng)用前景。

  大腦中有億萬個神經(jīng)細(xì)胞，這些神經(jīng)細(xì)胞在細(xì)胞形態(tài)，突觸連結(jié)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)，電生理以及生理功能上具有高度的多樣性。不同種類的神經(jīng)細(xì)胞中，其化學(xué)分子組成、含量、代謝也都有著很大的差別。因此，對腦內(nèi)單個神經(jīng)元的化學(xué)成分進行分析，則具有重要的生物學(xué)價值。質(zhì)譜分析因為具有高靈敏度，大的線性范圍以及高通量分析化學(xué)分子的特點，逐漸被用于單細(xì)胞的細(xì)胞代謝分析。但目前的方法需要使用大量有機試劑對細(xì)胞進行處理，無法保持采樣時細(xì)胞的活性；冗長的處理和分離過程也導(dǎo)致較慢的分析速度，無法短時間內(nèi)完成大量單細(xì)胞分析；并缺乏來自同一細(xì)胞的電生理信號；最終導(dǎo)致單細(xì)胞代謝物的質(zhì)譜分析無法大規(guī)模用于神經(jīng)細(xì)胞的分析。

  此研究成功建立了一套穩(wěn)定的單細(xì)胞質(zhì)譜分析技術(shù)，并對不同年齡段的小鼠海馬、杏仁核、紋狀體等腦區(qū)單個神經(jīng)元中的谷氨酰胺、谷氨酸以及GABA等化學(xué)小分子進行定性、定量分析并對其進行神經(jīng)元分類，最后利用該技術(shù)成功鑒定單個神經(jīng)元內(nèi)谷氨酰胺的代謝路徑。這項方法的成熟與普及，必會為后續(xù)單個神經(jīng)元組分分析、神經(jīng)元分類以及病理狀態(tài)下單個神經(jīng)元中組分變化分析提供強有力的手段。

  該項工作由中科大生命學(xué)院博士后朱洪影、生命學(xué)院博士研究生鄒桂昌、王寧在熊偉教授和黃光明教授的共同指導(dǎo)下完成。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委重大研究計劃、科技部、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）以及國家青年千人計劃等的資助。該工作還得到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)同步輻射實驗室光電離質(zhì)譜線站的儀器與技術(shù)支持。
  編輯點評
  中國科大科學(xué)家通過對小鼠海馬、前額葉、杏仁核、紋狀體等腦區(qū)單個神經(jīng)元內(nèi)的數(shù)千種化學(xué)小分子進行了快速質(zhì)譜檢測，并且可以做到同步采集電生理信號，在單細(xì)胞層次上成功地完成了對神經(jīng)元功能、代謝物組成及其代謝通路的研究，也建立了一套穩(wěn)定的單細(xì)胞質(zhì)譜分析技術(shù)。