能够实时监测大脑细胞外催产素动态变化的荧光传感器问世
【化工仪器网 项目成果】我们都知道，催产素有着能够刺激乳腺分泌乳汁，在分娩过程中促进子宫平滑肌的收缩，促进母爱的作用。然而，这并不是催产素唯一的作用，事实上，催产素还能够降低人体内肾上腺素酮等工作压力生长激素的水平，以降低血压。
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催产素是一种由室旁核和下丘脑视上核中的神经元产生的神经肽，用来调节外周组织和中枢神经系统的许多生理过程。催产素神经元主要将轴突发送到垂体后叶，在那里催产素作为促进分娩和哺乳的外周激素释放到外周循环中。此外，催产素神经元的轴突投射到许多其他大脑区域，以此释放催产素以调节各种生理功能，例如感觉处理、进食控制、社会认知和情绪。除了作为内源性配体的作用外，催产素也已成为一种潜在的精神疾病治疗剂。
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但是时至今日，大脑中催产素的动态变化与动物复杂行为之间的关系仍研究较少，其部分原因是由于缺乏合适的技术能够在体内进行实时检测。目前可用的方法，如微透析和基于报告基因的检测都有着一定的局限性，特别是在时间分辨率方面。
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因此，在这样的情况下，急需能够动态监测脑催产素的技术出现。日前，来自日本金泽大学医学研究生院的Daisuke Ino助理教授研究团队开发了一种名为MTRIAOT的灵敏荧光催产素传感器，这种传感器能够检测小鼠大脑中的多种催产素动力学。
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这是一种基于G蛋白(鸟苷三磷酸结合蛋白)偶联受体的绿色荧光催产素传感器。他们选择青鳉OTR (meOTR)作为荧光传感器的支架，并且通过三个筛选步骤，分别得到了OT-1.0、OT-2.0和OT-3.0。筛选后的最终产物OT-3.0在100 nM OT刺激下具有约720%ΔF/F0荧光响应，并能被OTR拮抗剂所抑制。
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对PM的最佳靶向性( HEK293T) 细胞中OT-1.0对OT-3.0的剂量依赖性荧光反应的表征表明，其筛选改善了荧光反应的动态范围，对半最大有效浓度(EC50)值几乎没有改变。研究人员将OT-3.0的荧光模块命名为MTRIA，并将其更名为MTRIAOT。
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研究人员还对该催产素传感器进行了体内验证，他们使用腺相关病毒 (AAV)，在OTR表达水平较高的前嗅核(AON)表达MTRIAOT，并进行光纤测定记录。他们在脑室内输注不同剂量催产素检测到在0.2ug及以上剂量的刺激下，荧光强度显著增加，表明MTRIAOT能够实时检测活体大脑中的胞外催产素变化。
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此外，他们还通过光诱发AON中催产素的释放，发现随着刺激激光功率的增加，且其在体内的动力学特性时间常数足够稳定，说明MTRIAOT可用于测量体内内源性催产素释放，具有高灵敏度和快速动力学。并且还发现，社交互动中MTRIAOT的荧光信号逐渐增加，其特征是上升时间常数为~1分钟，而在提起鼠尾后(应激反应)，MTRIAOT信号迅速上升，达到峰值信号值的平均时间约为6s。证明了MTRIAOT检测能在几秒钟内迅速出现催产素响应的实用性。
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研究人员还发现，麻醉对大脑催产素水平具有抑制作用，并且食物剥夺会干扰催产素振荡，研究人员将这种现象命名为“催产素湍流”，并且随着年龄的增长，催产素振荡反应的频率也会逐渐减缓。
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该研究通过结合病毒基因传递并利用光纤光度介导的荧光测量，试验了该传感器在活体小鼠中实时检测大脑催产素动态变化的功能，并表明催产素的动态变化受动物的行为环境和物理条件等因素影响，该传感器使各种生理和病理过程中进行催产素动态分析成为可能。
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我们可以注意的是，通过MTRIA系统，几乎30%的工程传感器在高浓度的特异配体刺激下显示出显著的荧光增加，这项发现将有助于加速各种基于GPCR传感器的工程开发。该研究成果于近日发表在《Nature Methods》上，题为：A fluorescent sensor for real-time measurement of extracellular oxytocin dynamics in the brain。
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(资料参考来源：科技部生物中心、自然方法)
