近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院黃光明教授與生命科學(xué)學(xué)院熊偉教授開展緊密合作，基于自行開發(fā)的單細(xì)胞電生理與質(zhì)譜聯(lián)合檢測平臺，對小鼠大腦中單個神經(jīng)元開展了多種化學(xué)成分的快速質(zhì)譜檢測，并且可以做到同步采集電生理信號，在單細(xì)胞層次上成功完成了對神經(jīng)元功能、代謝物組成及其代謝通路的研究。相關(guān)研究成果以“Single-Neuron Identification Of Chemical Constituents,Physiological Changes, And Metabolism Using Mass Spectrometry”為題，于2月21日在線發(fā)表在國際權(quán)威綜合學(xué)術(shù)期刊《美國科學(xué)院院報》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS)上。

　　腦內(nèi)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(jìn)行分析，具有重要的生物學(xué)價值。質(zhì)譜分析因?yàn)榫哂懈哽`敏度、大的線性范圍以及高通量分析化學(xué)分子的特點(diǎn)，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(jī)試劑對細(xì)胞進(jìn)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。近年來，中國科大黃光明教授實(shí)驗(yàn)室與熊偉教授實(shí)驗(yàn)室緊密合作，開發(fā)了能用于復(fù)雜樣品的原位質(zhì)譜分析方法，大大提高了分析速度，并于近期實(shí)現(xiàn)了針對細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的直接分析(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50:2503;Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50:9907; Anal. Chem. 2016,88:10860)，同時通過電生理膜片鉗技術(shù)開展了對小鼠腦內(nèi)單個神經(jīng)元的功能鑒定與解析(Nat. Chem. Biol., 2011;J. Exp. Med., 2012; Nat. Neurosci., 2014)。這些研究為實(shí)現(xiàn)單個神經(jīng)細(xì)胞的高通量質(zhì)譜分析、代謝物鑒定和代謝通路研究提供了重要的工作基礎(chǔ)。

膜片鉗與單細(xì)胞質(zhì)譜分析聯(lián)用技術(shù)分析單個神經(jīng)細(xì)胞示意圖

　　該工作實(shí)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。

　　中國科大生命學(xué)院與化學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士后朱洪影、生命學(xué)院博士研究生鄒桂昌、王寧為該文章的共同第一作者，黃光明教授和熊偉教授為共同通訊作者。該研究工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)以及國家青年千人計劃等資助，以及中國科大國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室光電離質(zhì)譜線站的儀器與技術(shù)支持。