?子科生物報道：
去甲腎上腺素（Norepinephrine, NE）是中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中的一種至關重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)。在大腦中，NE主要由藍斑（Locus coeruleus，LC）的神經(jīng)元產(chǎn)生，NE能神經(jīng)元廣泛投射到整個大腦，影響警覺性、覺醒狀態(tài)以及學習和記憶等過程。此外，NE還參與調(diào)節(jié)心率、血壓等自主功能，以及應對壓力的生理反應。在臨床上，NE的異常釋放與多種精神和神經(jīng)性疾病的發(fā)展有關，如抑郁癥、注意力缺陷多動障礙（ADHD）和焦慮癥等。因此，在活體動物中以高靈敏度和高時空分辨率監(jiān)測NE的動態(tài)變化對解析NE參與生理及病理過程的機制至關重要。盡管此前由李毓龍教授的研究團隊開發(fā)的第一代可遺傳編碼的NE探針首次實現(xiàn)了對NE的檢測，但其有限的靈敏度和信噪比使得在體應用存在諸多障礙。

2024年3月27日，北京大學李毓龍實驗室在Neuron雜志在線發(fā)表了題為“Monitoring norepinephrine release  in vivo using next-generation GRABNE sensors”的研究論文。該研究基于GRAB探針策略（GPCR-Activation Based Sensor），成功優(yōu)化了二代綠色熒光NE探針，并構建了一個新型的Cre依賴型雙熒光探針表達的轉基因小鼠品系，實現(xiàn)了在活體小鼠的多個腦區(qū)和多種行為范式下，同時且可靠地檢測NE和鈣信號。?


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第二代去甲腎上腺素熒光探針

通過改造G蛋白偶聯(lián)受體和循環(huán)重排的綠色熒光蛋白，優(yōu)化的第二代NE熒光探針（包括中等親和力版本的GRABNE2m和高等親和力版本的GRABNE2h）在離體HEK細胞與原代神經(jīng)元中表現(xiàn)出比第一代探針更高的靈敏度。令人振奮的是，在離體系統(tǒng)中對探針信號的優(yōu)化成功地在活體檢測系統(tǒng)中得到證實，優(yōu)化的第二代NE熒光探針在檢測由光遺傳學和行為學刺激觸發(fā)的藍斑和外側下丘腦（Lateral Hypothalamus，LH）中NE釋放時，顯示出高于一代NE探針5倍的熒光信號變化。此外，由于NE和另一種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺（Dopamine, DA）在結構上的差異僅為一個羥基，傳統(tǒng)的活體檢測方法通常難以區(qū)分它們。幸運的是，二代NE熒光探針對NE表現(xiàn)出較高的分子選擇性。研究表明，在小鼠體內(nèi)，GRABNE2m可以檢測到光遺傳學刺激下神經(jīng)元釋放的NE，而無法檢測到DA，進一步證明了該探針在精確檢測神經(jīng)遞質(zhì)動態(tài)方面的巨大潛力。

該研究不僅僅局限于探針的開發(fā)。研究團隊還構建了一種新型的Cre依賴型轉基因小鼠品系，能夠利用Cre-LoxP系統(tǒng)表達兩種熒光探針（綠色熒光GRABNE2m和紅色熒光鈣探針jRGECO1a）。結合標記不同細胞類型的Cre病毒或Cre轉基因鼠，這一工具鼠可實現(xiàn)雙色成像，同時且更為可靠地監(jiān)測NE和鈣信號的動態(tài)變化，將有機會為不同生理狀態(tài)下的神經(jīng)調(diào)控機制提供全新的見解。利用雙色光纖記錄和介觀大視場成像技術，研究團隊還揭示了在睡眠覺醒、感覺處理和運動過程中，活體小鼠中NE和鈣的細胞類型特異的時空動態(tài)。這項研究揭示了在不同生理狀態(tài)下，機體內(nèi)具有多樣化的神經(jīng)調(diào)控機制。

綜上所述，李毓龍課題組開發(fā)的第二代去甲腎上腺素熒光探針（GRABNE2m和GRABNE2h）憑借其高靈敏度和優(yōu)異的選擇性，為在活體條件下對NE的監(jiān)測提供了更加準確的工具。通過構建的新型Cre依賴型轉基因小鼠品系，實現(xiàn)了對NE和鈣信號的雙色成像與同步監(jiān)測。李毓龍教授課題組的新成果為將來研究去甲腎上腺素神經(jīng)調(diào)控及其對行為和神經(jīng)障礙影響奠定了基礎。有了這些先進的工具，研究人員能夠更好地監(jiān)測和解讀實時變化的神經(jīng)遞質(zhì)復雜活動，為我們理解大腦功能開辟了新的疆域。