碳纤电极撬动交感神经研究新范式——我校曹济民教授团队联合北大、协和专家团队在《美国国家科学院院刊》发文

近期，我校细胞生理学教育部重点实验室曹济民教授与北京大学分子医学研究所周专教授、中国医学科学院阜外心血管病医院李立环教授、北京协和医学院基础学院郭姝博士等团队合作，在《美国国家科学院院刊》（PNAS）发表了题为“Physiological super-resolution in situ recording reveals kinetic changes of sympathetic norepinephrine release in heart failure”的研究论文（doi: 10.1073/pnas.2519828123），周专、曹济民、李立环、张岩、王昌河为本文的共同通讯作者。该研究利用团队开发的电化学碳纤电极（CFE）技术，首次实现了心脏交感神经递质去甲肾上腺素（NE）释放的高时空分辨率记录，并进一步揭示了心衰的新机制。这一成果突破了交感神经研究的技术瓶颈。

交感神经是心脏活动的一个关键调控因素，与多种心脏疾病的发生、发展及恶化有密切关系。该工作首次将CFE技术用于心脏交感神经研究，实现了对递质NE释放的实时（毫秒级）、高灵敏度（纳摩尔级）及高分辨率（微米级）检测（图1）。

图1. 用CFE技术记录心肌切片中交感神经末梢递质NE释放的实验设置及记录效果

该研究利用主动脉弓缩窄（TAC）诱发的小鼠心衰（HF）模型、临床心衰心肌样本，乃至将标本拓展至血管、肾脏、肺脏、脾脏、肝脏、脂肪、肠道、骨骼肌、膀胱等外周器官，对其NE自发性及诱导性释放的动力学进行了定量分析。对心衰模型的研究发现，NE释放增多与再摄取降低共同导致了心衰时交感神经过度激活（图2）；而可释放的NE囊泡库扩大是NE分泌增加的结构基础；囊泡循环受损可能是NE再摄取降低的关键原因。进一步发现N型钙通道Cav2.2表达上调是导致NE释放增加的关键分子机制，交感特异性敲除Cav2.2可显著抑制心衰时的NE过度释放，显著缓解心衰，提示靶向抑制Cav2.2可通过降低交感活性而缓解心衰。

图2. CFE记录显示小鼠心衰时心肌交感递质NE释放增多及重摄取减少

论文中报道的研究技术具有广泛适用性，可用于许多交感神经相关性疾病的研究，同时也促进以交感神经作为连接纽带的“脑-外周器官轴”的研究，并可为“脑-机接口”的信息编码/解码提供一定启示。

（图文/曹济民）