北大李毓龙团队，5-HT探针再度升级

大脑是人体最精密的组织器官之一。它拥有数以亿计的神经元，这些神经元之间通过复杂的网络连接进行信息传递和处理，从而实现了人类的感知、思考、记忆、情感等各种高级功能。

探索各个神经元的作用以及功能，是当今脑科学基础研究的重要方向。可遗传编码的荧光分子探针是分析神经环路中细胞可兴奋性及突触传递调控的重要工具。

2024年3月5日，北京大学生命科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心李毓龙研究团队在Nature methods杂志发表了“Improved green and red GRAB sensors for monitoring spatiotemporal serotonin release in vivo”揭示了改进的绿色和红色5-HT荧光探针，用于监测体内不同状态下5-HT释放。

 论文截图（图源：Nature methods）

据悉，新一代5-HT探针可以监测5-HT在体外和体内的释放，具有高灵敏度和时空分辨率。该探针也将为相关领域的研究提供强有力的工具，促进对5-HT能系统的深入探究。

长久以来，李毓龙团队一直关注神经元通讯的基本研究，并研发了多款新型神经递质感受器。如乙酰胆碱、多巴胺、去甲肾上腺素、腺苷等神经递质或神经调质等多款高效荧光探针，已广泛应用于神经环路功能及相关信号分子释放机制等领域的研究。本次发表的5-HT荧光探针，便是再此前研究基础上的一次升级。

2020年，李毓龙团队基于GRAB探针的开发原理，开发了首款可遗传编码并能够特异性检测五羟色胺的荧光探针，简称GRAB_5-HT。团队在此基础上通过蛋白质工程的手段进行了一系列的优化筛选，并最终得到了具有高特异性，高亲和力，亚秒级别反应动力学，以及高时空分辨率的五羟色胺探针。为解析五羟色胺的机制提供了更为高效的检测方法。

2021年4月，李毓龙团队再次针对5-HT探针发文。团队将内源性5-HT受体与循环重排的绿色荧光蛋白（circularly permutated green fluorescent protein, cpGFP）融合，通过一系列蛋白质工程优化，开发了新型G蛋白偶联受体激活依赖的GRAB（GPCR-Activation-Based）5-HT荧光探针GRAB5-HT1.0。

改良后的GRAB5-HT1.0在体外培养的神经元中对5-HT的荧光信号响应幅度接近300%，对5-HT分子具有高度的特异性及亲和力，反应动力学速率可达亚秒级别。

基于这款探针的发明，李毓龙团队在2021年9月和2022年3月，分别针对五羟色胺的运作机制以及作用功能发表了持续性的研究成果，进一步推动了五羟色胺研究。

2024年3月，李毓龙团队再次迭代5-HT探针。这次更新不仅优化了基于绿色荧光G蛋白偶联受体激活的5-HT sensor，还开发了一种红色荧光的GRAB5-HT sensor。新一代的5-HT绿色探针命名被为g5-HT3.0，全新的红色探针则为r5-HT1.0。

当两款探针配合使用时，不仅特异性更高，而且灵敏度和时空分辨率都有所提升，适合用于监测体内5-HT的动态。据团队实验显示，两款探针除了记录自由运动的小鼠皮质下5-HT的释放外，还能观察了小鼠背侧皮质中5-HT的梯度释放。

新款探针性能从最初“看得见”，演变为今天的“看得清”、“看得多”和“看得广”，便于科研人员加深了对5-HT能系统的了解。

 改进的绿色5-HT探针和全新的红色5-HT探针的开发与刻画

李毓龙教授名下有十余项有关神经递质探针的专利，其中多项专利正在与企业合作转化或已进入市场。

据维真生物信息，在李毓龙团队的授权下，该企业已经研发、上市了以AAV产品为主的多款病毒产品，可帮助神经科学工作者在体内检测乙酰胆碱(ACh)、多巴胺(DA)、去甲肾上腺素(NE)、五羟色胺(5-HT)等物质在内的各种递质的动态变化。

同时，该公司还有十余款由李毓龙团队研发或联合开发的神经递质探针已经获得审批，并进入市场。

另外，据布林凯斯消息，李毓龙团队与企业联合研发了rAAV-hSyn-HAlh、rAAV-hSyn-HAlm、rAAV-hSyn-HAlmut等多款神经递质探针，并在解析睡眠觉醒过程中大脑内组胺的动态调控研究中有所应用。

随着生命科学、临床诊断和药物研发等领域的快速发展，亚太地区是全球最大的荧光探针市场之一，中国市场占比不容小觑。未来，在诸多如李毓龙教授一样的科研人员努力下，定会有更多高质量荧光探针产品诞生。