神經毒性（Neurotoxicity，NT）是指外來化學物引起神經系統結構或功能的損害。這種損害可以發生在生命周期的各個階段，其表現形式多樣且可能隨年齡而有所不同。發育中的神經系統對某些類型的損害尤為敏感，但是這些早期損害可能在神經系統發育成熟后或成年后才表現出來。

神經毒性是許多藥物或化合物常見的毒副作用，因此在新藥研發早期要進行神經毒性篩選。目前為止，用于研究和評估藥物神經毒性的體外模型已經涵蓋了多樣化的體系，包括但不限于直接從生物體中分離培養的原代神經細胞、能夠穩定傳代并保留一定神經特性的神經細胞系、通過特定條件誘導神經干細胞分化來模擬神經發育過程的模型，以及旨在更貼近生理環境的三維細胞中培養模型等。

神經毒性評價是一個復雜而多維的體系，旨在全面評估化學物質、藥物或其他因素對神經系統的影響。
 

1. 細胞毒性評價：通過觀察化學物對神經細胞系或原代細胞的生長、增殖、存活等生物學特性的影響，評估其細胞毒性。常用的評價指標包括細胞存活率、細胞形態變化、細胞凋亡率等。一般細胞毒性指標檢測包括①亞細胞組分的功能、代謝和完整性的檢測，②生理學指標測定，③細胞保留標記物質能力的檢測，④細胞排除標記物質能力的檢測。但是僅以一般細胞毒性指標進行神經毒性評價是不夠的，往往需要多個指標同時展開驗證。
 

2. 神經軸突生長評價：神經軸突是神經元之間信息傳遞的重要結構。通過觀察化學物對神經軸突生長的影響，可以評估其對神經系統功能的潛在影響。神經軸突正常生長標志著細胞狀態良好，而藥物或化合物的添加可能會影響神經軸突的正常生長從而產生軸突病變情況。如異氟醚、氯胺酮等麻醉藥，以及中樞神經抑制藥、興奮藥等，都可能通過影響神經遞質的釋放、神經元的興奮性和神經元的凋亡，從而間接影響神經軸突的生長。常用的評價方法包括神經軸突長度測量、神經突觸形成觀察等。
 

3. 神經遞質水平檢測：神經遞質在神經系統中起著至關重要的作用。通過檢測化學物對神經遞質合成、釋放、再攝取等過程的影響，可以評估其對神經系統功能的干擾程度。常用的檢測方法包括高效液相色譜法（HPLC）、放射免疫分析法（RIA）等。
 

4. 神經電生理評價：神經電生理技術是評估神經系統功能的重要手段之一。通過記錄神經細胞或組織在電刺激下的反應，可以評估化學物對神經系統興奮性和傳導性的影響。
 

5. 分子生物學評價：分子生物學技術可以從基因和蛋白質水平揭示化學物對神經系統的毒性機制。通過檢測化學物對神經相關基因表達、蛋白質合成和修飾等過程的影響，可以深入了解其毒性作用機制。常用的分子生物學評價方法包括RT-PCR、Western blot、基因芯片等。
 

JuLI™ Stage活細胞成像分析系統助力神經毒性研究
 

奎克泰生物的JuLI™系列實時活細胞成像分析系統能夠為神經突毒性方向相關實驗提供所需要的工具。JuLI™系列實時活細胞成像分析儀能夠放置于培養箱內，對細胞實時觀察、拍攝記錄生長周期的全過程，在保持細胞生長環境穩定的情況下，實時觀察，延時記錄，全面呈現神經細胞培養情況，獲取大量數據進行分析。此外，JuLI™ Stage活細胞成像分析系統具有全自動X-Y-Z軸、三色熒光、自動/手動對焦、Z-Stack、圖像拼接等功能，實現細胞生長過程中的實時監測和無損成像，通過明場/熒光細胞圖像，基于圖像分析軟件，鑒定細胞形態特征。
 

圖1 JuLI™ Stage置于培養箱示意圖


圖2 JuLI™ Stage配備的3個軟件及對應軟件下的具體功能（拍攝/編輯/分析軟件）

JuLI™ Stage應用文獻案例

來自美國國立衛生研究院的研究人員在《Annals of Neurology》期刊發表名為“Human Endogenous Retrovirus K Envelope in Spinal Fluid of Amyotrophic Lateral Sclerosis Is Toxic”的文章。在這篇文章中，將穩定表達tdTomato熒光蛋白的人神經元細胞接種到 96 孔板中，用不同濃度的重組HML-2 Env蛋白處理神經元。使用JuLI™ Stage活細胞成像儀對樣本進行延時攝影，共拍攝84h。根據間隔12小時拍攝的圖片得出結論，神經元和神經突聚集情況被K01阻止，同型對照抗體組仍會出現神經突聚集。
 

圖3 神經突聚集情況實時監測

參考文獻：

[1] Steiner JP, Bachani M, Malik N, DeMarino C, Li W, Sampson K, Lee MH, Kowalak J, Bhaskar M, Doucet-O'Hare T, Garcia-Montojo M, Cowen M, Smith B, Reoma LB, Medina J, Brunel J, Pierquin J, Charvet B, Perron H, Nath A. Human Endogenous Retrovirus K Envelope in Spinal Fluid of Amyotrophic Lateral Sclerosis Is Toxic. Ann Neurol. 2022 Oct;92(4):545-561.