[Angew] 瑞典皇家科学院院士Andrew G. Ewing：揭示胞吐过程中5-HT释放机制
血清素（5-羟色胺，5-HT）是中枢神经系统中一种重要的神经递质，可调节许多行为和神经心理过程，包括攻击性、情绪和记忆等。肠嗜铬（EC）细胞是合成5-HT的重要场所，也是重要的信号转导器，将信息从胃肠（GI）腔传输到传入神经末梢，使它们能够检测信息并将其直接转导到神经系统。目前对5-HT胞吐的详细作用尚不清楚。
瑞典哥德堡大学Andrew G. Ewing课题组主要利用微电极或纳米电极的电化学技术来探究各种神经递质的胞吐作用机制。联合细胞内囊泡碰撞电化学细胞术（IVIEC）和单细胞电流测定法（SCA）量化单囊泡胞吐过程中释放的递质数量，提供有关胞吐事件频率和释放动力学的详细信息，并进一步获得与胞吐作用机制和细胞通讯相关的有价值的信息。
图1. BON细胞中的胞吐作用和囊泡含量：（A）单细胞安培（SCA）示意图和（B）从BON细胞中的SCA获得的代表性安培曲线；（C）细胞内囊泡影响电化学细胞仪（IVIEC）的示意图和（D）从IVIEC获得的典型安培曲线；（E）SCA和IVIEC从BON细胞检测到的平均分子数（p=0.23）。n>100个细胞。
最近，该课题组研究了5-HT在人神经内分泌类癌BON细胞系中的释放机制。BON细胞系是一种合成和分泌5-HT和各种肽的体外人肠嗜铬细胞模型，使用SCA和IVIEC检测肠道内外的5-HT的释放机制。相关工作以“Nano-analysis reveals high fraction of serotonin release during exocytosis from a gut epithelium model cell”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。
图2. 5-HT和5-HT+西沙必利对胞吐释放量、囊泡含量和释放分数的影响：（A）SCA和（B）IVIEC在用5-HT处理的细胞中的典型电流测量线；在用5-HT和西沙必利处理的细胞中，来自（C）SCA和（D）IVIEC的典型电流曲线；（E）每次胞吐释放释放的平均分子数由SCA测量；（F）IVIEC测量的单个囊泡中储存的平均分子数；（G）释放分数。n>35个细胞。
详细地，将圆盘碳纤维微电极放置在靠近BON细胞，并保持在+650 mV vs Ag/AgCl。用10 µM离子霉素（一种用于增加细胞内钙水平的Ca2+离子载体）刺激细胞，以激发5-HT分泌和胞吐，以产生电流峰值。
此外，使用火焰蚀刻的碳纤维纳米尖端电极穿透细胞膜和细胞内囊泡，然后在电极表面吸附和破裂以释放5-HT产生峰电流。通过法拉第定律（N=Q/nF）量化出BON细胞中每个胞吐5-HT分子平均数为984000±106000，5-HT的平均总囊泡含量为1174000±159000个分子。80±2.4%的5-HT被释放，表明BON细胞中的囊泡在单个胞吐作用过程中释放了大部分5-HT。
BON细胞释放的囊泡5-HT含量比β细胞中释放的5-HT大得多，其中β细胞在胞吐作用期间仅释放约34%的5-HT。此外，BON细胞中的释放比例也大于PC12和嗜铬细胞释放的儿茶酚胺（从58%到74%），以及海马神经元中释放的谷氨酸（从30%到50%）和神经肌肉神经元释放的章鱼胺（从4.5%到11%）。
图3. 5-HT和西沙必利对5-HT的胞吐释放和囊泡含量的作用机制。西沙必利激活5-HT4自身受体会增加cAMP的细胞内水平。囊泡内容物：VMAT将5-HT从胞质溶胶运输到囊泡中，并与两个质子向相反方向的运动相耦合。这个过程取决于由V-ATPases（ΔμH+）产生的质子电化学梯度，其中ΔμH+=化学H+梯度（ΔpH）+电势（ΔΨ）。cAMP增加ATP水解和V-ATPaes活性。在V-ATPases活性增强期间，VMAT对5-HT的转运通过ΔpH的增加而增加，这进一步推动5-HT加载到囊泡中。胞吐释放：cAMP通过稳定具有相对较宽直径的囊泡融合孔来调节胞吐作用。
参考文献：
Ying Wang, Chaoyi Gu, Bhavik Anil Patel, Andrew G.Ewing, Nano-analysis reveals high fraction of serotonin release duringexocytosis from a gut epithelium model cell, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202108193.