北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院江迎教授實(shí)驗(yàn)室近期開發(fā)出一種新型自驅(qū)動(dòng)核酸適體電化學(xué)傳感器（aptGRP5-HT），成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)活體腦內(nèi)"快樂激素"5-羥色胺（5-HT）的高選擇性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，突破了神經(jīng)化學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域長(zhǎng)期面臨的兩大關(guān)鍵技術(shù)難題——抗壞血酸（Vc）干擾和5-HT電化學(xué)污染。
該研究通過兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，打破了傳統(tǒng)檢測(cè)方法的瓶頸。首先，研究團(tuán)隊(duì)采用硫代磷酸酯修飾的適體作為分子識(shí)別界面，顯著增強(qiáng)了對(duì)5-HT的特異性捕獲能力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Vc的高效排斥，提升了傳感器的選擇性。其次，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于K2IrCl6/K3IrCl6氧化還原對(duì)的電位傳感機(jī)制，依托負(fù)吉布斯自由能驅(qū)動(dòng)建立零電流工作模式，從根本上規(guī)避了5-HT在傳統(tǒng)電化學(xué)檢測(cè)中所引發(fā)的電極污染問題。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該傳感器在100 μM Vc存在的干擾環(huán)境中，仍可對(duì)1 μM 5-HT產(chǎn)生高達(dá)260 mV的響應(yīng)信號(hào)，其靈敏度較未經(jīng)改進(jìn)的GRP傳感器提升了98.3倍。對(duì)于5-HIAA、色氨酸等相關(guān)合成與代謝干擾物的響應(yīng)亦可忽略，選擇性提升達(dá)21.5倍。傳感器對(duì)于400 μM Vc及50 μM UA的響應(yīng)分別低于15%和6%，驗(yàn)證了其在腦環(huán)境中的應(yīng)用潛力。連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)顯示，其在1小時(shí)內(nèi)的信號(hào)漂移小于5%，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性與可重復(fù)性?；铙w實(shí)驗(yàn)方面，研究團(tuán)隊(duì)將傳感器植入小鼠大腦的內(nèi)側(cè)前額葉皮層（mPFC）與中縫背核（DRN）區(qū)域。結(jié)果表明，局部注射5-HT可誘發(fā)明顯的濃度依賴性電信號(hào)響應(yīng)。傳感器植入12小時(shí)后，免疫熒光染色未發(fā)現(xiàn)顯著膠質(zhì)細(xì)胞激活，表明其具有良好的生物相容性。 引人關(guān)注的是，在小鼠社會(huì)等級(jí)模型中，該傳感器首次揭示了5-HT釋放水平與社會(huì)地位之間的明確關(guān)聯(lián)：在自然狀態(tài)下，高等級(jí)（Rank 1）小鼠的mPFC區(qū)5-HT釋放水平比較低等級(jí)（Rank 4）高出10%，DRN區(qū)高出15%；在通過行為干預(yù)強(qiáng)制提升社會(huì)等級(jí)后，晉升組（FG）小鼠的mPFC區(qū)5-HT釋放較低等級(jí)提升達(dá)30%，DRN區(qū)無顯著性提升。進(jìn)一步分析表明，不同腦區(qū)5-HT釋放與神經(jīng)元活動(dòng)之間呈現(xiàn)區(qū)域特異性的相關(guān)性。在mPFC區(qū)域，高等級(jí)小鼠神經(jīng)元放電頻率降低，與5-HT釋放呈負(fù)相關(guān)；而在DRN區(qū)域，神經(jīng)元放電頻率升高，與5-HT釋放呈正相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)為理解社會(huì)壓力下腦區(qū)特異性的神經(jīng)化學(xué)調(diào)控機(jī)制提供了新視角。 該研究成功開發(fā)出首個(gè)無需樣本預(yù)處理、具備卓越抗Vc干擾能力的活體5-HT傳感器，揭示了社會(huì)壓力通過腦區(qū)特異性調(diào)控5-HT釋放，進(jìn)而影響應(yīng)激反應(yīng)的新機(jī)制。該成果為抑郁癥等精神疾病的神經(jīng)機(jī)制研究和治療靶點(diǎn)探索提供了新的理論基礎(chǔ)與技術(shù)路徑。 論文信息 Aptamer-Based Galvanic Potentiometric Sensor for Real-Time Monitoring of Serotonin Signaling Under Psychosocial Stress Fenghui Zhu, Yinghuan Liu, Zhining Sun, Jiping Ni Ying Jiang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202501701
