近日，我院天然药物及仿生药物全国重点实验室李鲜婵团队联合北京师范大学毛兰群团队，在 Angewandte Chemie International Edition杂志发表了题为 “An In Vivo Single-Vesicle Electrochemistry Enables Monitoring Vesicular Dopamine Dynamics and Pharmacological Rescue”的研究论文。该研究建立了一种适用于活体斑马鱼的单囊泡电化学分析平台，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。

神经递质的储存与胞吐释放是神经元之间化学信息传递的核心过程。神经递质通常被储存在纳米尺度的神经囊泡中，并在神经元受到刺激后通过毫秒尺度的胞吐过程释放。因此，直接定量单个囊泡内神经递质的储存量、释放量以及释放动力学，对于理解神经化学信号转导、突触前调控和神经系统疾病具有重要意义。针对单囊泡递质分析这一难题，研究团队前期结合单细胞安培法和单囊泡原位电化学计数法，实现了单囊泡胞吐释放及囊泡内递质储存的定量分析，并进一步将其拓展至新鲜脑组织切片。然而，已有研究主要局限于培养细胞、类器官或离体脑组织，如何在保持完整神经环路、生理微环境和全身状态的活体动物中开展单囊泡电化学测量，仍然是该领域长期面临的挑战。

为突破上述限制，该研究以活体斑马鱼幼鱼为模型，建立了一种面向完整活体神经系统的单囊泡电化学分析平台。研究团队将单囊泡原位电化学计数法与单细胞安培法相结合，利用微纳碳纤维电极对腹侧间脑多巴胺能神经元胞体进行精准检测，分别实现了单个囊泡内多巴胺储存量和胞吐过程中量子释放量及释放动力学的定量检测，从而将单囊泡电化学分析由培养细胞和离体脑组织进一步拓展至完整活体脊椎动物神经系统。

研究发现，活体多巴胺能神经元的胞吐事件呈现单峰、双峰和多峰等多种释放模式，反映出神经囊泡释放行为具有显著的动态异质性。通过L-DOPA药理干预，平台能够同步检测到囊泡多巴胺储存量和单次胞吐释放量的升高，验证了该方法的灵敏性与可靠性。进一步将该平台应用于MPTP诱导的帕金森病斑马鱼模型后，研究发现疾病状态下不仅多巴胺能神经元数量和运动能力下降，单囊泡多巴胺储存量也显著减少，同时伴随胞吐释放模式趋于单一、量子释放量降低、释放动力学受损以及囊泡结构异常。雷沙吉兰处理能够部分恢复囊泡多巴胺储存、胞吐释放模式和释放动力学，并改善多巴胺能神经元完整性及运动行为。

综上所述，该研究将单囊泡电分析技术从体外和离体研究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。

北京大学药学院李鲜婵研究员和北京师范大学毛兰群教授为研究论文的通讯作者，北京大学药学院2022级博士研究生刘玉影和北京大学药学院2023级博士研究生曹立娇为研究论文的第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、国家重点研发计划与国家级人才计划青年项目等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.6461178

作者简介

李鲜婵，博士，北京大学药学院、天然药物及仿生药物全国重点实验室PI、研究员、博士生导师。入选国家级人才计划青年项目，第三批“全国高校黄大年式教师团队”成员。课题组长期聚焦于脑化学分析、神经化学信号转导机制、重大脑疾病发病机制及药物作用机制等方面研究。担任Talanta编委。近年来在Nat. Rev. Chem.、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Acc. Chem. Res.、Anal. Chem.、ACS Nano等国际学术期刊发表多篇研究论文。获得国家级人才计划青年项目、国家自然科学基金、科技部重点研发计划和北京市自然科学基金重点项目等项目支持。

刘玉影，北京大学药学院药物分析学系2022级博士研究生 。在读期间聚焦于多层次单神经囊泡电分析方法的构建与应用研究，以第一作者或共同作者身份在 JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Sci.、Anal. Chem.、Talanta 等国际权威期刊发表多篇学术论文。曾获国家奖学金、北京大学三好学生荣誉称号，博士学位论文获评“2026年北京大学优秀博士论文”。

曹立娇，北京大学药学院药物分析学系2023级博士研究生，研究方向为高选择性单囊泡电化学传感技术构建及其在神经疾病中的应用研究。以第一作者或共同作者身份在JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Sci.、Anal. Chem.、Talanta等杂志上发表多篇学术论文。曾获北京大学优秀医学生二等奖学金、北京大学三好学生荣誉称号。

天然药物及仿生药物全国重点实验室