近日，國際綜合研究權(quán)威期刊《美國國家科學院院報》(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。該研究由中國科學技術大學生命學院神經(jīng)退行性疾病研究中心暨中國科學技術大學腦資源庫熊偉教授研究組與中科大化學學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，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)等化學小分子，實現(xiàn)了單個神經(jīng)元化學成分及代謝物的即時分析，該技術將目前神經(jīng)細胞成分分析的研究推向了一個活細胞及單細胞水平，有望在單細胞層次上去研究神經(jīng)生物學、代謝組學、毒理學等生命科學的重大問題，具有非常重要的應用前景。

　　大腦中有億萬個神經(jīng)細胞，這些神經(jīng)細胞在細胞形態(tài)，突觸連結(jié)，細胞結(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)細胞中，其化學分子組成、含量、代謝也都有著很大的差別。因此，對腦內(nèi)單個神經(jīng)元的化學成分進行分析，則具有重要的生物學價值。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分子的特點，逐漸被用于單細胞的細胞代謝分析。但目前的方法需要使用大量有機試劑對細胞進行處理，無法保持采樣時細胞的活性;冗長的處理和分離過程也導致較慢的分析速度，無法短時間內(nèi)完成大量單細胞分析;并缺乏來自同一細胞的電生理信號;最終導致單細胞代謝物的質(zhì)譜分析無法大規(guī)模用于神經(jīng)細胞的分析。

　　此研究成功建立了一套穩(wěn)定的單細胞質(zhì)譜分析技術，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院博士后朱洪影、生命學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下完成。該研究工作得到了國家自然科學基金委重大研究計劃、科技部、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項(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技術大學同步輻射實驗室光電離質(zhì)譜線站的儀器與技術支持。