在周围神经系统（PNS）中，去甲肾上腺素（NE）是交感神经系统的主要神经递质。NE与靶细胞上的肾上腺素能受体结合，调节多种生理和病理过程，例如血压调节、心肌收缩、肝脏和脂肪代谢、胰腺葡萄糖调节、脾脏和肺部的免疫应答、肿瘤发生、毛发变白与生长以及“战斗或逃跑”反应。

交感神经纤维直接支配靶细胞，形成突触样结构，实现快速高效的信号转导，确保在毫秒、微米和纳摩尔（~1 μm × 1 ms × 1 nM）水平上对NE释放和重摄取进行精确的时空控制。

尽管PNS-NE释放在多种周围组织疾病（如心力衰竭（HF））发病机制中的作用已得到广泛认可，但NE与周围器官之间细胞间通讯的空间布局和动力学仍知之甚少。因此，开发一种具有高时空分辨率和高灵敏度的NE释放实时记录方法，对于理解交感神经系统在周围器官中的生理和病理作用至关重要，并为确定相关疾病的有效治疗靶点提供宝贵的见解。

HF是一种受交感神经系统显著影响的流行病，其特征是通过心脏中的NE信号通路导致的过度肾上腺素能激活。尽管β受体阻滞剂是HF的一线疗法，但长期暴露会导致受体脱敏，逐渐降低疗效，并最终导致包括心肌细胞死亡在内的不良后果。靶向交感神经NE释放过程具有治疗HF的潜力。

然而，由于技术限制，交感神经NE动力学的关键原位动力学—包括释放和重摄取—仍存在争议。以往研究主要依赖于全身尺度血浆动力学的数学计算，时间分辨率为分钟级别。

虽然一些报告表明衰竭心脏中NE释放增加，但另一些研究则提示释放减少，这导致了该领域的一个主要争议性结论。关于NE清除，即NE重摄取是否减少或保持不变，也存在类似的争论。这凸显了开发一种兼具超分辨率和高灵敏度的实时记录方法以阐明HF中NE传递动力学的必要性。

图1.心脏切片中交感神经去甲肾上腺素释放的SEC记录方案与原理（摘自PNAS）

目前用于研究PNS-NE功能的方法在时空分辨率和灵敏度方面远未达到需求。诸如酶联免疫吸附测定（ELISA）、高效液相色谱法（HPLC）或放射性标记测定等方法，提供的NE测量水平约为~1 mm × 1 min × 1 nM，比生理性NE释放动力学低1000、60000和1倍。

全组织三维评估交感神经支配可揭示精确的神经结构（空间信息），但缺乏神经释放的功能（时间信息）评估。尽管已开发出用于脑内NE检测的基因编码传感器，但它们表现出的时空分辨率和灵敏度低得多，不适合用于单囊泡（量子）释放记录。

此外，成像技术尚未完全与原位或体内周围器官研究兼容，更重要的是，转基因方法应用于人体组织或临床生物测定时具有挑战性。临床上，心率变异性测试和显微神经描记术常用于研究心脏的交感神经系统功能，但直接测量原位交感神经NE释放在临床中仍是一项重大挑战。

得益于其在~1 μm × 1 ms × 1 nM水平兼具超分辨率和灵敏度，电生理膜片钳技术在阐明中枢神经系统（CNS）中主要脑功能和疾病的潜在基本机制方面发挥了重要作用，四十年来引领了整个领域的发展。然而，该技术不适用于PNS的神经传递记录，因为周围器官（如脂肪细胞、免疫细胞和肝细胞）中的突触后细胞是不可兴奋的。

作为一种替代方法，微碳纤维电极（CFE）安培法已被开发用于检测体细胞儿茶酚胺的量子释放以及CNS和PNS中的突触前儿茶酚胺溢出，达到了与膜片钳相同的纳米级分辨率和灵敏度。通过使用CFE安培记录，作者首次记录了培养的交感神经元中量子（单囊泡）NE的释放。

作者进一步开发了一种玻璃绝缘CFE（gCFE），使作者能够记录脑切片中去甲肾上腺素能神经元的量子NE释放，以及原位和体内的多巴胺释放。然而，目前仍缺乏能够原位记录周围器官PNS-NE释放的超分辨率方法，其主要原因是缺乏可靠且高灵敏度的电极，而PNS中交感神经支配的稀疏分布进一步加剧了这一挑战。

在本研究中，作者利用了具有改进导电性和降低噪声的微玻璃绝缘pCFE。利用pCFE，作者开发了一种生理学方法—序贯性电化学记录（SEC）—能够实现跨多种周围器官和人体组织的诱发性交感神经NE释放的实时记录。利用SEC，作者表征了在横向主动脉缩窄（TAC）诱导的小鼠HF模型中，脉冲诱发的NE信号动力学的显著改变。

这些改变包括NE释放、重摄取、囊泡池大小和囊泡再循环的变化，以及对分子机制的见解。这些发现解决了数十年来关于HF中NE释放动力学如何改变的争论。因此，SEC在周围器官研究其生理和病理机制方面提供了一项重要应用。

参考消息：https://doi.org/10.1073/pnas.2519828123