深圳先進院在尼古丁暴露與戒斷對海馬神經元細胞神經遞質代謝動態影響研究中取得進展
近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所傳感中心羅茜研究員團隊采用微流控芯片-液相色譜-質譜（MC-LC-MS）系統實時研究尼古丁暴露與戒斷對海馬神經元神經遞質代謝的影響中取得進展，最新的研究成果以Real-time effects of nicotine exposure and withdrawal on neurotransmitter metabolism of hippocampal neuronal cells by microfluidic chip-coupled LC-MS為題發表在化學類期刊Chinese Chemical Letters (IF = 6.779)上。深圳先進院醫工所仿生觸覺與智能傳感中心羅茜研究員、李芳副研究員為論文的通訊作者，課題組博士生陳志宇為論文的第一作者。
尼古丁是煙草煙霧中的一種天然活性成分，經吸食香煙或二手煙暴露后可穿過血腦屏障進入大腦，對大腦功能發育、學習、記憶等方面產生影響。海馬區神經遞質的變化與認知功能密切相關，解析尼古丁對海馬區中神經遞質代謝的變化是闡明其對認知功能影響機制的重要方法之一。傳統檢測手段難以實現對神經遞質實時和高通量檢測，本研究使用集成了細胞在線培養和液相色譜-質譜實時分析的微流控芯片-液相色譜-質譜（MC-LC-MS）系統，對小鼠海馬神經元HT22細胞進行在線培養及尼古丁暴露與戒斷，并實時監測尼古丁暴露與戒斷對海馬神經遞質代謝的動態影響（圖1）。
研究發現尼古丁暴露可對海馬神經元細胞的膽堿代謝合成與釋放產生影響，同時擾亂了細胞色氨酸代謝通路中犬尿氨酸和血清素兩個分支代謝途徑的平衡，且其改變與暴露劑量和持續時間密切相關。50ng/mL尼古丁暴露可能通過促使細胞中乙酰膽堿的代謝合成與釋放改善認知功能，及加速犬尿酸合成發揮神經保護作用；12ng/mL尼古丁通過降低海馬神經元細胞血清素的釋放促進空間學習和記憶等認知功能。尼古丁戒斷后，除吡啶甲酸外，其余神經遞質代謝均已恢復正常。
上述研究從神經遞質代謝的角度揭示了尼古丁對認知功能影響的可能機制，發現尼古丁可能通過影響海馬神經元細胞神經遞質代謝，進而發揮其增強神經元突觸可塑性及對海馬依賴認知功能的積極作用，為尼古丁對增強學習、記憶等認知功能方面的機制提供了重要補充，也為后續尼古丁用于預防神經退行性疾病的認知障礙和記憶障礙提供一定的理論支持。此外，本研究所使用的MC-LC-MS系統具備長期細胞在線培養、藥物遞送、藥物效應和細胞代謝實時分析的能力，有望系統地在體外模擬生理和藥理過程并對其所引起的效應與代謝變化進行實時、動態監測。
腦所劉欣安副研究員參與此研究的實驗設計并給與技術支持。該研究得到了國家自然科學基金、中科院儀器項目、深圳市單分子檢測技術與儀器開發工程實驗室、深圳市科創委、廣東省區域聯合重點項目的支持。
圖1. 微流控芯片-液相色譜-質譜實時研究尼古丁暴露與戒斷對海馬神經元細胞神經遞質代謝的動態影響
