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发帖数: 4447 | 1 http://zhishifenzi.blog.caixin.com/archives/184022
最近，来自北京大学生命科学学院的李毓龙课题组，连续开发出了两种特异性神经递质
探针，分别适用于体外体内监测乙酰胆碱和多巴胺信号。两种探针具有极高的灵敏度、
特异性、信噪比、动力学和光稳定性，可以精确检测多种动物活体的乙酰胆碱或多巴胺
变化情况。其优异的性能已在十几种神经元以及一些非神经细胞中得到了验证。7月9日
和7月12日，《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）和《细胞》（Cell）分别
报告了这两种技术。
“这无疑是神经科学研究的一个突破，可能会揭示令人兴奋的发现。我们迫不及待地想
在我们的系统中测试它，而类似的方法可以用来设计其他神经递质的探针。” 密歇根
大学教授、神经科学专家许献忠（Shawn Xu）在评论新型乙酰胆碱探针时说：“我很兴
奋，期待看到更多这样的探针开发。”
神经递质是人体内部的“信使”，负责为神经细胞传递信号，在肢体运动与思维活动中
不可或缺。其中，乙酰胆碱是人类发现的第一种神经递质，负责调节肌肉收缩、激素分
泌、学习记忆等过程。一旦它的信号传递失常，人们就有可能被先天性肌肉萎缩、糖尿
病等疾病缠身。多巴胺也是极其重要的神经递质,参与调控我们的学习记忆、控制运动
、感受褒奖，而帕金森症、多动症的发病原因可能就与多巴胺的失调有关。
要更好地研究这些神经递质在生理、病理过程中扮演的角色，研究人员需要实时检测活
体内特定脑区的神经递质信号变化，看清它们的“一举一动”。然而，传统的检测手段
不够灵敏，很难满足研究人员的需求。
这一新型探针的原理在于，其利用神经递质的人源G蛋白偶联受体作为探针的骨架，并
把对结构变化敏感的荧光蛋白（cpEGFP）嵌入受体。受体与神经递质结合后会引发构象
变化，而构象变化则会被转换为荧光信号。接下来，研究者结合现有的成像技术，就能
看到神经递质浓度实时变化情况。换句话说，新型探针把“难以捉摸”的神经递质变化
情况变成了直观、易测的荧光信号。在此基础上，研究者还对探针进行了全方位的优化
，使具有极高的分子特异性和时空分辨率（时间上达到毫秒级，空间上可精确至单细胞
）。
“我们用这个原理开发了一系列的神经递质探针，说明这个方法具有很好的可推广性，
为今后大规模开发其他神经递质、神经调质探针奠定了扎实的研究基础。”李毓龙向《
知识分子》表示。
由于该类探针具有可基因编码的特性，研究者可以通过转染、病毒注射以及构建转基因
动物等手段，将新型探针表达在细胞、小鼠脑片，以及活体果蝇、斑马鱼及小鼠中。
实验结果表明，即使该探针长时间存留在动物体内，也不会对其生长状态产生明显影响
。用电刺激小鼠脑片时，新型探针可以敏锐检测到其间的多巴胺释放。并且，当活体的
动物大脑受到嗅觉刺激、视觉刺激，或是进行学习记忆、交配等行为时，其相关的多巴
胺信号变化都能被探针显示出来。
“相比于传统的神经递质检测方法，新探针拥有基因编码、高灵敏性、高特异性、快速
的动力学反应等优势。”乙酰胆碱探针研究论文的共同第一作者、北京大学博士井淼介
绍说。
多巴胺探针研发论文的共同第一作者、李毓龙实验室博士研究生孙芳妙补充道：“传统
手段无法实现同时对于多个神经元感受神经递质信息的记录，并且难以达到细胞特异性
和足够的时空分辨率，而新型探针可以做到。”
美国密歇根大学生命科学学院教授叶冰（Bing Ye）介绍说：“以前的几种方法存在两
类主要局限：一类是方法的时空分辨率过低；另一类则在于只能检测单个细胞，因而无
法得到某一脑区的整体观。而该类探针的出现，解决了这两个看似不可调和的局限。”
对于该类探针的应用前景，美国科学院院士、斯坦福大学教授骆利群评论说：“我认为
这是一个重要的进步，将被社会广泛使用。”
中国科学技术大学教授、神经生物学家毕国强则表示：“这是一个大家期待许久的重要
突破。我非常期待大家应用这个工具取得新的研究成果。”他谈到，研究者巧妙地利用
了天然的神经递质受体与荧光蛋白结合，再利用大规模突变筛选，研发出这个能够直接
把神经递质信号转换为荧光信号的高效探针，为整个领域提供了一个“非常酷”而且有
用的工具。
关于未来的研究计划，李毓龙表示，他们会综合受体的结构信息，利用分子生物学手段
，继续提升探针的信噪比。接下来，他们将致力于开发包括神经肽在内的多种神经递质
、调质的探针，甚至是不同光谱范围或是基于生物发光的探针，以满足同行们更多的研
究需求。 |
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