发表机构：北京大学（通讯作者单位）等
作 者：李毓龙（通讯作者）
人脑由近千亿神经元和数万亿突触构成，神经递质调控思维等功能。多巴胺（DA）与乙酰胆碱等协同制衡，功能依赖cAMP等信号分子调控。这些构成动态调控网络。近年虽有检测单种或两种递质工具，但难突破在活体动物脑中同步观测多种神经化学分子实时变化的技术瓶颈。开发远红或近红外神经递质探针的最大挑战之一是缺乏合适的荧光模块。目前已报道的远红或近红外荧光蛋白普遍亮度较低，且难以进行循环重排，制约了远红和近红外探针的开发和应用。
研究团队利用亮度较高的远红荧光染料以及循环重排的自我标记蛋白HaloTag作为荧光报告模块，将其与G蛋白偶联受体激活（GRAB）策略巧妙结合，通过两千多个突变体的层层筛选，成功开发了远红光多巴胺探针GRABHaloDA1.0（简称为HaloDA1.0）。
HaloDA1.0展示了强大的灵敏度、高特异性、亚秒级响应动力学以及与多种远红化学染料的兼容性。将HaloDA1.0与另外两种神经调质探针结合应用于急性小鼠脑切片中，在电刺激和药物干预后实现了对三种关键神经调质——多巴胺（DA）、乙酰胆碱（ACh）和内源性大麻素（eCB）的同时成像。在斑马鱼幼鱼中，HaloDA1.0实现了多巴胺、ATP和Ca2+的三色成像，揭示了在电击和急性癫痫发作期间的协同激活模式。体内染料筛选进一步证实了HaloDA1.0在活体小鼠中使用硅-罗丹明荧光染料的有效性能。这使得在进行光遗传学操作的同时能够实现双色记录。
此外，HaloDA1.0还实现了伏隔核内多巴胺、乙酰胆碱和cAMP自发信号以及与行为相关的信号的同时多色记录，揭示了不同的调节模式，并为细胞内cAMP信号的协同调节提供了全面的视角。
综上，该研究开发了一种化学遗传远红荧光多巴胺探针——HaloDA1.0，它能够在体外和体内实现对多巴胺的灵敏检测，该探针在监测不同生物系统（包括培养的神经元、急性脑切片、斑马鱼以及活体小鼠）中的多种神经化学信号方面具有显著优势。这一策略有助于我们更深入地理解各种神经化学信号之间的复杂相互作用，为神经回路功能的研究开辟了新途径，并有助于更好地理解神经和精神疾病。
发表日期：2025-06-05
