產(chǎn)品介紹
神經(jīng)遞質(zhì)是指神經(jīng)末梢釋放的特殊化學(xué)物質(zhì)，它能作用于支配的神經(jīng)元或效應(yīng)細胞膜上的受體，從而完成信息傳遞功能。神經(jīng)遞質(zhì)的正常釋放對于維持機體正常的生理功能發(fā)揮著重要作用，同時，神經(jīng)遞質(zhì)的釋放與調(diào)節(jié)出現(xiàn)異常時也與一系列的病理過程相關(guān)，如抑郁癥(Depression)、成癮(Addiction)、帕金森氏癥(Parkinson's disease，PD)和阿爾茲海默癥(Alzheimer's disease，AD)等 。 因此，在分子、細胞、環(huán)路等層面精確地分析檢測神經(jīng)遞質(zhì)是如何參與并調(diào)節(jié)上述生理和病理過程，能夠更深入地了解疾病的發(fā)病機制，并為臨床藥物的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
百趣生物作為國內(nèi)質(zhì)譜檢測服務(wù)領(lǐng)域的佼佼者，自主研發(fā)了一套高通量靶向檢測42種神經(jīng)遞質(zhì)的方法，該方法使用同位素內(nèi)標(biāo)法進行絕對定量，具有定量準(zhǔn)、覆蓋廣、靈敏度高、可重復(fù)性等特點，助力神經(jīng)遞質(zhì)代謝研究。
神經(jīng)遞質(zhì)類物質(zhì)檢測列表
技術(shù)優(yōu)勢
? 高通量：采用高速采集速率質(zhì)譜平臺，同位素內(nèi)標(biāo)驗證，可同時絕對定量多種神經(jīng)遞質(zhì)類物質(zhì)
? 專業(yè)服務(wù)：完善的售后服務(wù)，支持到數(shù)據(jù)發(fā)表
樣本要求
植物組織 | 200 mg/sample |
動物植物樣本 | 200 mg/sample |
血清、血漿 | 200 μL/sample |
細胞 | 1×10? cells/sample |
液氮或-80°C保存；足量干冰運輸，避免反復(fù)凍融
檢測平臺
Qtrap 6500+, Sciex
應(yīng)用方向
? 組織細胞等樣本中神經(jīng)遞質(zhì)類物質(zhì)鑒定
? 神經(jīng)系統(tǒng)類疾病的發(fā)病機制和早期診斷
? 飼料添加劑
? 污染物神經(jīng)毒性的生物標(biāo)志物
案例應(yīng)用
英文標(biāo)題：Nasal Staphylococcus aureus carriage promotes depressive behaviour in mice via sex hormone degradation.
客戶單位：上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院
發(fā)表期刊：nature microbiology
影響因子：19.4
研究背景：抑郁癥是一種復(fù)雜的疾病，其發(fā)病機制涉及多重因素。該病不僅給患者帶來巨大痛苦，還顯著增加自殺風(fēng)險、心臟病及其他合并癥發(fā)生率，并造成沉重的經(jīng)濟負擔(dān)。在分子層面，抑郁癥常伴隨細胞因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子及性激素水平異常表達，導(dǎo)致突觸間神經(jīng)遞質(zhì)濃度發(fā)生改變。其中類固醇性激素作為強效內(nèi)源性神經(jīng)調(diào)節(jié)劑，已被研究證實對抑郁癥的病理生理學(xué)產(chǎn)生重大影響，其作用主要通過調(diào)控多巴胺和血清素的生物合成實現(xiàn)。
近年來，許多人類疾病已被證實與定植微生物群失調(diào)有關(guān)。如今更有充分證據(jù)表明，腸道微生物群會影響大腦功能，包括抑郁癥——其發(fā)病機制可能涉及飲食中神經(jīng)遞質(zhì)前體物質(zhì)水平的改變，或性激素的降解。而鼻腔微生物組是否影響，以及如何影響大腦功能尚不清楚。因而，研究人員對此展開了探索。
研究結(jié)果：
1、鼻腔 S. aureus 攜帶與抑郁癥有關(guān)：
研究人員對 100 名未經(jīng)治療的抑郁癥患者和 118 名健康對照者的鼻腔微生物組樣本進行了全長 16S rRNA 測序。結(jié)果顯示，抑郁癥患者的鼻腔微生物 α- 多樣性顯著低于健康對照組，兩組的微生物群顯著不同（圖 1a-b），表明鼻腔微生物組組成與抑郁癥有顯著關(guān)聯(lián)。在使用多因素邏輯回歸模型矯正多個協(xié)變量后，α 多樣性仍然有著顯著不同。在豐度最高的屬或物種中，葡萄球菌屬及金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）在抑郁癥患者中豐度顯著更高（圖 1c-d）。培養(yǎng)法分析進一步證實了這一結(jié)果（具體見擴展數(shù)據(jù)），即抑郁癥患者鼻腔 S. aureus 的分離率和豐度均高于健康對照。無論單獨分析男性和女性，還是合并分析，S. aureus 的絕對豐度均存在顯著差異（圖 1e）。
此外，患者健康問卷-9 項（Patient Health Questionnaire-9, PHQ-9）和廣泛性焦慮障礙-7 項 （Generalized Anxiety Disorder-7, GAD-7）評分均與 S. aureus 豐度顯著相關(guān)（圖 1f）。這些發(fā)現(xiàn)表明鼻腔微生物組中 S. aureus 豐度與抑郁癥呈正相關(guān)。
結(jié)果顯示抑郁癥患者鼻腔攜帶 S. aureus 的豐度顯著高于健康人群（圖 1g），表明 S. aureus 攜帶是抑郁癥的風(fēng)險因素。
圖1. 鼻腔 S. aureus 攜帶與抑郁癥有關(guān)
2、鼻腔 S. aureus 誘導(dǎo)小鼠抑郁行為：
為實驗驗證鼻腔微生物組是否影響抑郁癥，研究人員先對小鼠進行鼻腔抗生素預(yù)處理以降低原有菌群干擾，再將健康個體與抑郁癥患者的鼻腔微生物組樣本移植至小鼠鼻腔（單供體單受體，隨機配對但始終遵循雄性配雄性、雌性配雌性原則）。隨后采用成熟的小鼠模型進行抑郁行為分析（圖 2a）。
在開放場測試（Open Field Test, OFT）中，接受抑郁癥患者微生物組移植的小鼠表現(xiàn)出顯著增加的焦慮樣行為；而在強迫游泳測試（Forced Swimming Test, FST）和懸尾測試（Tail Suspension Tests, TST）中則呈現(xiàn)抑郁樣行為（圖 2b）。此外，OFT()、FST 和 TST 的評分值與移植供體的抑郁和焦慮程度存在顯著相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)強烈表明鼻腔微生物群的組成影響抑郁行為。值得注意的是，在多因素分析中，接受抑郁癥患者微生物群移植的小鼠，其 S. aureus 相對豐度顯著更高（圖 2c）。
為直接驗證 S. aureus 攜帶與抑郁癥的因果關(guān)系，研究人員將 S. aureus 植入小鼠鼻腔，并以等量表皮葡萄球菌作為對照，隨后分別測量雄性與雌性小鼠的焦慮及抑郁行為（圖 2d–g）。攜帶 S. aureus 的雌性小鼠焦慮抑郁行為增加（圖 2e）。當(dāng)雄性小鼠額外接受慢性不可預(yù)知性溫和應(yīng)激（Chronic Unpredictable Mild Stress, CUMS）處理（圖 2f）后，其表現(xiàn)與雌性小鼠相似（圖 2g）。
這些發(fā)現(xiàn)表明，S. aureus 鼻腔攜帶會促進抑郁行為，且對雌性小鼠的影響更強。
圖2. 鼻 S. aureus 誘導(dǎo)小鼠抑郁行為
3、鼻腔性激素水平降低與抑郁癥有關(guān)：
為從機制層面解釋研究發(fā)現(xiàn)，研究人員提出假說：S. aureus 豐度的增加改變了鼻腔中的代謝狀態(tài)，進而可能調(diào)節(jié)腦生理功能與行為表現(xiàn)。因此，研究人員對兩組隨機選取的個體（n=40）進行了基于串聯(lián)質(zhì)譜的鼻腔代謝物譜分析。
結(jié)果顯示，健康個體與抑郁癥患者的鼻腔代謝組存在顯著差異（圖 3a-b）。顯著改變的代謝通路主要涉及類固醇激素生物合成通路（圖 3c）。此外，抑郁癥患者鼻腔睪酮與雌二醇水平較健康人群顯著降低（圖 3d-e），而血清水平則無顯著差異。此外，鼻腔雌二醇和睪酮水平與焦慮及抑郁評分呈顯著相關(guān)（圖 3f-g）。
這些發(fā)現(xiàn)表明鼻腔內(nèi)性激素濃度的差異與抑郁癥相關(guān)，暗示鼻腔微生物（尤其是 S. aureus）可能通過改變性激素水平而影響抑郁。
圖3. 鼻性激素水平降低與小鼠抑郁癥有關(guān)
4、鼻腔 S. aureus 會降解性激素，并與大腦中多巴胺和 5-羥色胺水平降低有關(guān)：
在人體內(nèi)，睪酮經(jīng) 17β-羥基類固醇脫氫酶（17β-hydroxysteroid dehydrogenases, HSDs；圖 4a）轉(zhuǎn)化為雄烯二酮，雌二醇則轉(zhuǎn)化為雌酮。
研究人員假設(shè) S. aureus 具有類似的代謝活性。結(jié)果顯示，人類鼻腔內(nèi)雌二醇和睪酮的含量與 S. aureus 豐度呈顯著中等程度負相關(guān)，其中雌二醇的相關(guān)性更強（圖 4b）。在多變量代謝組學(xué)分析中，僅 S. aureus 與類固醇及其衍生物代謝物的增加相關(guān)。此外，S. aureus 在體外能將雌二醇轉(zhuǎn)化為雌酮、將睪酮轉(zhuǎn)化為雄烯二酮，雌二醇轉(zhuǎn)化活性強于睪酮（圖 4c）。
盡管其他鼻腔定植菌在體外也表現(xiàn)出類似活性，但其強度遠低于 S. aureus（圖 4d）。在小鼠鼻腔定植模型中，S. aureus 定植導(dǎo)致鼻腔雌二醇和睪酮水平較對照組及表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis, S. epidermidis）定植組顯著降低（圖 4e），而血清中性激素水平保持穩(wěn)定。S. aureus 對腦內(nèi)性激素水平影響類似，證實了研究人員關(guān)于鼻腔微生物群，尤其是 S. aureus 對腦代謝譜產(chǎn)生影響的假說。腦內(nèi)性激素水平的變化并非源于從頭生物合成的差異，因其前體孕烯醇酮和孕酮水平未發(fā)生改變。
此外，小鼠中腦轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果顯示，參與性激素合成的 CYP17A1 和 HSD() 基因表達水平在鼻腔定植 S. aureus 的小鼠與定植 S. epidermidis 的對照組之間并無差異（圖 4f-g）。
已知雌二醇和睪酮能提高中腦區(qū)域的多巴胺和 5-羥色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT）水平，且該區(qū)域在情緒調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這些神經(jīng)遞質(zhì)對抑郁癥的影響同樣廣為人知。轉(zhuǎn)錄組結(jié)果揭示，色氨酸水解酶、酪氨酸羥化酶和多巴脫羧酶轉(zhuǎn)錄本在雄性與雌性小鼠中的豐度均顯著低于 S. epidermidis 定植組（圖 4f-g），表明鼻腔中 S. aureus 對性激素的降解通過下調(diào)多巴胺和 5-HT 的生物合成影響其在大腦中的水平。逆轉(zhuǎn)錄定量 PCR 驗證了這些基因表達的變化。與這些發(fā)現(xiàn)一致，KEGG 通路富集分析顯示相關(guān)代謝途徑發(fā)生顯著改變，關(guān)鍵的是，研究人員隨后驗證了在鼻腔定植 S. aureus 的小鼠腦內(nèi)，生物合成減少導(dǎo)致 5-HT 和多巴胺濃度()降低（圖 4i），而其他神經(jīng)遞質(zhì)的濃度未受影響。
圖4. 鼻 S. aureus 會降解性激素，并與大腦中多巴胺和 5-HT 水平降低有關(guān)
5、S. aureus HSD 會降解性激素并誘導(dǎo)小鼠的抑郁行為
為闡明 S. aureus 降解性激素的機制，研究人員對本研究中使用的鼻腔分離株 S. aureus 基因組進行了測序，并推定其中可能的 hsd 候選基因。為此，他們篩選了短鏈脫氫酶/還原酶（short-chain dehydrogenase/reductase, SDR）家族成員，該家族基因在類固醇激素、前列腺素和視黃醇代謝中具有生理功能。隨后，研究人員在大腸桿菌中表達了選定的假定 hsd 基因，并測試其降解雌二醇和睪酮的能力。僅表達 hsd12 的菌株展現(xiàn)出強效的雌二醇與睪酮降解能力。這證實 hsd12 基因是 S. aureus 中負責(zé)性激素降解的關(guān)鍵因子，且屬于此前未知的 17β-HSD 家族——該家族同工酶被宿主用于維持活性雌二醇和睪酮的穩(wěn)態(tài)平衡（圖 5a-b）。
為直接關(guān)聯(lián) S. aureus 介導(dǎo)的表型與 hsd12 基因，研究人員構(gòu)建了 S. aureus hsd12 缺失突變株。當(dāng) hsd12 缺失菌株定植于雌性小鼠及經(jīng) CUMS 處理的雄性小鼠，其表現(xiàn)型與對照組無顯著差異，但與被同基因野生型 S. aureus 菌株定植的小鼠明顯不同（圖 5c-l）。
圖5. S. aureus HSD 會降解性激素并誘導(dǎo)小鼠的抑郁行為
6、小鼠適應(yīng) S. aureus 菌株的抑郁誘導(dǎo)能力
為排除 S. aureus 對抑郁行為影響具有菌株特異性的可能性，研究人員還使用小鼠適應(yīng)菌株 ST88 進行了關(guān)鍵實驗。S. aureus ST88 對雌二醇和睪酮的降解能力與本研究用菌株 ST398 相當(dāng)（圖 6a）。研究人員構(gòu)建了 ST88 的 hsd 基因敲除突變體，其雌二醇和睪酮降解能力明顯降低（圖 6b）。
隨后研究人員建立小鼠定植模型，該模型基本復(fù)刻了 ST398 菌株的實驗設(shè)置，但僅采用兩次鼻腔滴注—間隔七天且細菌量大幅降低（圖 6c）。ST88 菌株在實驗過程中與 ST398 菌株類似，成功定植于抗生素處理的鼻腔，且同樣未在肺部定植，但表現(xiàn)出更強的腸道定植能力。盡管使用小鼠適應(yīng)性菌株可能更貼近“自然”定植情境，但這意味著 ST88 實驗結(jié)果需謹(jǐn)慎解讀—其效應(yīng)可能不僅源于鼻-腦軸，亦可能涉及腸-腦軸。在多數(shù)行為測試中，S. aureus ST88 株可增強抑郁行為，而應(yīng)用 ST88Δhsd 菌株則導(dǎo)致表型與對照組無顯著差異（圖 6d）。這些結(jié)果表明，S. aureus 的 Hsd 酶誘導(dǎo)小鼠抑郁行為的效應(yīng)不具備菌株依賴性。
最后，研究人員采用 ST88 菌株檢測 S. aureus 是否能降解人工注入小鼠鼻腔的性激素。為此，研究人員首先通過雌性小鼠雙側(cè)卵巢切除術(shù)和雄性小鼠雙側(cè)睪丸切除術(shù)消除生理激素波動的影響，隨后利用鼻腔水凝膠持續(xù)釋放雌二醇或睪酮（圖 6e）。將 S. aureus 與雌二醇或睪酮負載水凝膠聯(lián)合應(yīng)用后，鼻腔及腦組織中的雌二醇和睪酮水平顯著降低（圖 6f）。最終研究人員證實，通過水凝膠介導(dǎo)的鼻腔給藥方式補充性激素，能顯著緩解 S. aureus 誘發(fā)的焦慮和抑郁行為（圖 6h-k）。除證實鼻腔性激素對抑郁及焦慮相關(guān)表型的影響外，這些發(fā)現(xiàn)還為 S. aureus 介導(dǎo)的鼻腔性激素降解機制及其對抑郁樣行為的影響提供了進一步直接證據(jù)。
圖6. 小鼠適應(yīng) S. aureus 菌株的抑郁誘導(dǎo)能力
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