皮质醇(CORT)会在人类和非人类灵长类动物毛发的生长期中逐渐累积。本文介绍了高精度、高灵敏度提取和分析毛发中CORT的方法。毛发中CORT的测定特别适用于评估数周至数月期间的慢性应激状态。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
皮质醇(CORT)会在人类和非人类灵长类动物毛发的生长期中逐渐累积。本文介绍了高精度、高灵敏度提取和分析毛发中CORT的方法。毛发中CORT的测定特别适用于评估数周至数月期间的慢性应激状态。
应激激素皮质醇(CORT)会缓慢地整合到人类、非人灵长类及其他哺乳动物正在生长的毛发中。我们建立并验证了一种从恒河猴毛发中提取和分析CORT的方法,并进一步将该方法改进用于人类头皮毛发。与从血浆或唾液中获取的CORT"单次样本"不同,毛发中的CORT能够综合反映激素整合期间下丘脑-垂体-肾上腺皮质(HPA)系统的活动状态,从而体现生理应激水平。由于人类头皮毛发平均每月生长1 cm,因此从数厘米长的毛发段落中测得的CORT水平,有可能作为过去数月内所经历应激的生物标志物。
在本方法中,每份毛发样本首先用异丙醇清洗两次,以去除汗液或皮脂沉积在毛干外部的皮质醇(CORT)。干燥后,将样本研磨成细粉,以破坏毛发的蛋白质基质并增加提取的表面积。毛干内部的皮质醇(CORT)被甲醇提取,甲醇蒸发后,残余物用检测缓冲液重新溶解。提取的皮质醇(CORT)连同样品标准品和质控品,使用一种灵敏且特异的市售酶免疫分析(EIA)试剂盒进行检测。EIA的检测结果转换为每毫克粉末状毛发重量所含的皮质醇(CORT)皮克数(pg/mg)。本实验室已应用该方法分析人类、多种猕猴、狨猴、狗和北极熊的毛发皮质醇(CORT)。来自本实验室及其他研究团队的大量研究已证实,毛发皮质醇(CORT)在自然环境和实验室条件下评估慢性应激暴露具有广泛的适用性。
自Selye发现HPA轴在应激反应中的作用以来,血浆、唾液中皮质醇(CORT)的测定,偶尔也包括尿液或粪便中的CORT测量,已被用作评估生理应激的指标1尽管已有大量论文将下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)活动与急性应激情境相关联,但该领域一直受限于缺乏一种简单且可靠的慢性生理应激指标。这一问题的产生是因为血浆和唾液均能提供 "点" 皮质醇(CORT)活性的估计值会受到昼夜节律变化的影响,并可能因环境干扰而产生混杂。尿液和粪便样本可提供持续数小时至某些情况下长达一整天的CORT和/或其代谢物排泄量的测量结果。通过上述任一基质采集多个样本,可能获得反映一段时间内CORT水平的粗略综合指标;然而,这些方法均无法真正反映HPA轴活动的长期变化,以及该系统对慢性应激的反应性。
检测毛发中的皮质醇(CORT)已开始填补应激研究领域这一重要需求。多个实验室的早期研究证实了人类毛发中存在皮质醇,但未探讨毛发中皮质醇水平是否会随应激状态而变化2。由于我们实验室多年来一直关注各种社会和行为因素对恒河猴下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的调节作用3,我们着手建立并验证从恒河猴毛发中提取和分析皮质醇的方法4。基于血液循环中的皮质醇会缓慢且持续地进入生长中的毛发这一假设,该新方法的目的是利用毛发来源的皮质醇水平作为数周至数月期间HPA轴活动的整合性指标。
在制定本方案的过程中遇到了若干方法学上的挑战。首先,先前的研究表明,少量循环中的皮质醇(CORT)会随汗液和皮脂排出,并可能附着在毛干外表面2。为了消除这一潜在的混杂因素,我们开发了一种温和的清洗程序,该程序似乎能够去除毛干外部的CORT,同时对毛干内部存在的CORT影响极小。因此,经过该程序处理的猴毛(即 以异丙醇进行两次各3分钟的清洗)损失了约7–8%的总毛发CORT含量,第三次清洗仅额外去除了不到1%的类固醇4。人类毛发中似乎含有更多的外源性CORT,因为采用相同程序可使样本平均去除27%的总CORT含量(K. Rosenberg 和 J. Meyer,未发表数据)。然而,与猴毛类似,第三次清洗所去除的CORT含量(约7%)远低于前两次。因此,猴毛和人毛的结果均支持以下观点:大多数(即使不是全部)外源性CORT均可被去除,同时可保留毛干内部基质中大部分的CORT。其次,我们的初步研究还显示,在提取前对毛发进行研磨可显著提高CORT的回收率,这可能是由于破坏了毛干复杂的蛋白质基质结构,并增加了溶剂渗透的有效表面积。我们开发了两种不同的研磨方法,各有优缺点。方法1使用球磨机,其优势在于可产生最细的粉末。然而,球磨机设备相对昂贵,若使用标准研磨罐和研磨球,则一次仅能处理两个样本;此外,使用标准研磨罐时,小样本也难以有效处理。方法2使用振荡研磨仪(beadbeater),其研磨能力相对较弱。因此,与球磨机相比,该方法的平均CORT回收率约低10%(未发表数据)。但另一方面,振荡研磨仪的成本远低于球磨机,根据型号不同可一次性处理16–24个样本,且更适合处理小样本。鉴于上述回收率的差异,建议在同一项研究中所有样本均采用相同的研磨方法。
毛发样本处理完毕后,用甲醇进行提取,并采用一种灵敏且特异的商品化酶免疫分析(EIA)试剂盒检测提取物中的皮质醇(CORT),该试剂盒最初设计用于测定唾液中的CORT。通过实验证明,猴毛发提取物的连续稀释液所得EIA读数与标准品CORT的读数高度平行,部分验证了提取和检测方法的有效性。随后我们进一步证实,毛发中的CORT(除血浆和唾液CORT外)对猴子因行政命令被迫迁入新饲养环境这一重大生活应激源具有敏感性4,5。本文详细描述了我们实验室常规用于处理人和猴毛发样本,以及从中提取和分析CORT的方法。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. 样本采集与保存
2. 样品洗涤与干燥
3. 样品研磨和皮质醇提取——适用于大样品的方法1
4. 样品研磨和皮质醇提取——小样品的第二种方法
5. 溶剂蒸发与样品重溶解
6. 皮质醇测定与数据转换
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
图1展示了使用方法2研磨和提取处理的一组代表性人类毛发样本(成年男性和女性受试者)的打印结果。通过计算机软件生成数据输出,并对CORT标准品拟合四参数S型曲线(图2)。该微孔板的孔间变异系数(CV)范围为0.01–5.73%,平均板内CV为1.34%。根据最近九次人类毛发检测的质控值计算得到的板间CV为4.41%。该微孔板上分析的37个样本得到的毛发CORT值范围为3.1–650 pg/mg(中位数 = 10.2 pg/mg;均值±标准差 = 36.0±110 pg/mg)。
方法1用于我们实验室处理非人灵长类动物及其他大型动物的毛发样本。一项针对成年恒河猴(主要为雌性)毛发的代表性检测结果显示,皮质醇(CORT)浓度范围为50.1–102 pg/mg(中位数 = 75.0;均值±标准差 = 75.8±14.0 pg/mg)。该检测的平均批内变异系数(CV)为2.08%,根据最近九次恒河猴毛发检测的质量控制(QC)值计算得出的批间变异系数为4.63%。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
上述所述的毛发CORT检测方法操作简便、成本相对较低,所用的化学试剂、试剂和耗材均易于获取,所需设备除一种例外情况外,通常在常规分析实验室中均可具备。该例外是一种研磨装置,例如球磨机或微型珠磨器。我们注意到,一些研究小组会将毛发样本切割成大小约1 毫米长度12,但根据我们的观察,如果条件允许,建议采用研磨而非切碎的方式。文献中另一存在方法学差异的方面是,在皮质醇(CORT)提取前是否应清洗毛发。13,以及应使用何种洗涤条件。如果不进行洗涤,则存在这样的风险:甲醇提取物不仅包含在数周或数月毛发生长过程中缓慢掺入的皮质醇(CORT),还可能包含近期通过汗液和/或皮脂沉积在头发表面的CORT。对北极熊样本的研究支持毛发中存在两种CORT组分的观点:一种是通过短暂的异丙醇洗涤完整毛发即可去除的松散结合组分,该组分可能主要代表表面污染;另一种是紧密结合组分,需通过对粉末状毛发样本进行充分的甲醇提取才能获得14同样的结论也可从通过反复异丙醇清洗从猴和人类毛发中提取的皮质醇(CORT)量逐渐减少的现象中得出(参见引言部分)。另一方面,如果进行清洗,则溶剂的选择及清洗条件可能对...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明无利益冲突。
我们感谢马萨诸塞大学心理学系的 Kymberlee O'Brien、Celia Moore 和 Edward Tronick 感谢 Boston 提供本研究中分析的人类毛发样本,感谢 Stephen Suomi 和 Amanda Dettmer(美国国立儿童健康与人类发展研究所比较行为学实验室)提供恒河猴毛发样本。本方法的初步开发及后续应用得到了美国国立卫生研究院(NIH)RR11122 项目对 M.A.N. 的资助支持。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 色谱级异丙醇 | Fisher | A451 | |
| 色谱级甲醇 | Fisher | A452 | |
| 唾液皮质醇检测试剂盒 | Salimetrics | 1-3002 | 有关检测的灵敏度和特异性信息,请参见制造商提供的试剂盒说明书 |
| 15 ml 聚丙烯螺口离心管 | Max Scientific | 10-9151 | |
| 1.5 ml 安全锁微离心管 | Fisher | 05-402-25 | |
| 2.0 ml 安全锁微离心管 | Fisher | 05-402-7 | |
| 2.0 ml XXTuff 加强型微管 | BioSpec | 330TX | 与迷你珠磨机配合使用 |
| 3.2 mm 铬钢珠 | BioSpec | 11079132c | 与迷你珠磨机配合使用 |
| 10 ml 不锈钢研磨罐 | Retsch | 02.462.0061 | 与混合研磨仪配合使用 |
| 12 mm 不锈钢研磨球 | Retsch | 05.368.0037 | 与混合研磨仪配合使用 |
| Savant 活性炭滤芯 | Fisher | DTK120R | 与 Savant 化学捕集阱配合使用 |
| 适用于 15 ml 离心管的旋转仪 | Fisher | S02135 | |
| 适用于微离心管的旋转仪 | Fisher | NC9854190 | |
| 用于微离心管的台式离心机 | Fisher | 13-100-675 | |
| MM 200 混合研磨仪 | Retsch | 20.746.0001 | |
| Mini-Beadbeater 16 | BioSpec | 607 | |
| Savant DNA 快速真空浓缩仪 | Fisher | DNA120-115 | |
| Savant 制冷式蒸汽捕集阱 | Fisher | RVT400-115 | |
| Savant 化学捕集阱 | Fisher | SCT120 | 可替代制冷式蒸汽捕集阱 |
| 酶标仪 | |||
| 洗板机 | |||
| 微孔板混匀仪 | |||
| 多通道移液器 | |||
| 分析天平 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。