近日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李玉龍教授團(tuán)隊(duì)在**《Science》期刊發(fā)表最新研究成果，題為《In vivo multiplex imaging of dynamic neurochemical networks with designed far-red dopamine sensors》。團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種新型遠(yuǎn)紅色熒光多巴胺（DA）探針**，可在活體大腦中實(shí)現(xiàn)多種神經(jīng)遞質(zhì)的實(shí)時(shí)、多通道成像，標(biāo)志著化學(xué)遺傳成像技術(shù)的一項(xiàng)重要突破。

大腦是極其復(fù)雜的器官，億萬神經(jīng)元通過多種神經(jīng)遞質(zhì)相互傳遞信號(hào)。其中，多巴胺在獎(jiǎng)賞、學(xué)習(xí)與運(yùn)動(dòng)控制等功能中扮演關(guān)鍵角色，并與乙酰膽堿、血清素、鈣離子（Ca2?）、環(huán)磷酸腺苷（cAMP）等信號(hào)分子密切交互。這些信號(hào)構(gòu)成一個(gè)高度動(dòng)態(tài)、精密調(diào)控的神經(jīng)化學(xué)網(wǎng)絡(luò)。

然而，要在活體中同時(shí)監(jiān)測(cè)多種神經(jīng)遞質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化，一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重大技術(shù)難題?，F(xiàn)有的成像工具大多只能同時(shí)觀察一到兩種神經(jīng)遞質(zhì)，難以揭示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)機(jī)制，這也限制了人們對(duì)大腦功能乃至神經(jīng)精神類疾病發(fā)生機(jī)制的深入理解。

為突破這一瓶頸，李玉龍團(tuán)隊(duì)此次研發(fā)的探針HaloDA1.0，采用了cpHaloTag-化學(xué)染料結(jié)合設(shè)計(jì)，并基于團(tuán)隊(duì)此前提出的G蛋白偶聯(lián)受體激活（GRAB）策略。該探針不僅對(duì)多巴胺具有高靈敏度和高特異性，響應(yīng)強(qiáng)度最高可達(dá)900%，且響應(yīng)速度快至亞秒級(jí)，同時(shí)具備遠(yuǎn)紅到近紅外的發(fā)射光譜范圍。

更重要的是，HaloDA1.0可以與現(xiàn)有的綠色、紅色熒光傳感器兼容，實(shí)現(xiàn)多通道、三色成像。研究團(tuán)隊(duì)將其應(yīng)用于多種模型中，包括培養(yǎng)神經(jīng)元、急性腦片、斑馬魚以及活體小鼠，并成功實(shí)現(xiàn)多巴胺與去甲腎上腺素、血清素、乙酰膽堿、ATP、鈣離子、cAMP等信號(hào)的同步動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

這些實(shí)驗(yàn)首次揭示了在獎(jiǎng)賞行為、癲癇發(fā)作、藥物作用等生理或病理過程中，神經(jīng)遞質(zhì)之間的復(fù)雜互動(dòng)模式。

專家認(rèn)為，HaloDA1.0的問世不僅為研究大腦中的神經(jīng)信號(hào)調(diào)控機(jī)制提供了強(qiáng)有力的技術(shù)平臺(tái)，也為未來開發(fā)針對(duì)其他神經(jīng)遞質(zhì)的遠(yuǎn)紅外成像探針打下了基礎(chǔ)。這一平臺(tái)型技術(shù)的出現(xiàn)，將為認(rèn)知、情緒調(diào)節(jié)及神經(jīng)精神疾病的分子機(jī)制研究打開全新視角。

參考文獻(xiàn)：Yu Zheng et al, In vivo multiplex imaging of dynamic neurochemical networks with designed far-red dopamine sensors,?Science?(2025).?DOI: 10.1126/science.adt7705

編輯：王洪

排版：李麗