Nat Methods | 北京大学李毓龙团队通过改进的绿色和红色GRAB探针，用于监测体内时空血清素释放

羟色胺(5-HT)是一种重要的单胺信号分子，几乎遍布全身，调节着大量的生物过程。在中枢神经系统(CNS)中，5-羟色胺是一种被广泛研究的神经调节剂，参与广泛的神经生物学过程，如情绪、学习和记忆、奖励、食欲和睡眠-觉醒周期。此外，5-羟色胺传递受损与广泛的中枢神经系统疾病有关，包括焦虑、成瘾、抑郁和癫痫。因此，许多精神药物和致幻剂已被开发出来，以血清素能系统为目标。因此，了解5-羟色胺在生理和病理过程中的传递需要能够实时直接监测行为动物的5-羟色胺动态，这需要灵敏的检测工具。尽管微透析和快速扫描循环伏安法等经典检测方法为测量5-HT水平提供了有价值的途径，但它们缺乏高时空分辨率、特异性和敏感性以及体内检测5-HT所需的最小侵入性。

基因编码荧光5-羟色胺探针的最新进展导致了超越经典方法的工具；然而，这些探针还没有达到众所周知的“亲和点”，即平衡表面亲和力和响应的大小。具体来说，基于GPCR的探针包括GRAB5-HT1.0，PsychLight2和sDarken，对5-HT有很高的亲和力，但只产生轻微的荧光变化。基于周质结合蛋白的探针iSeroSnFR对5-HT有较大的响应，但亲和力较低。因此，监测体内5-HT的动态需要更灵敏的探针，具有高亲和力和足够大的响应。

GRAB_5-HT探针的开发策略（Credit: Nature Methods）

在中枢神经系统中，血清素能系统与其他神经递质和神经调节剂相互作用;因此，同时成像5-羟色胺和其他神经化学物质可以为这些信号过程控制的认知功能的调节提供有价值的信息。遗憾的是，大多数现有的神经化学探针都含有绿色荧光蛋白(GFP)作为荧光模块，所有基因编码的5-HT探针也是如此，由于光谱重叠，无法进行组合成像。虽然已经报道了一种基于单壁碳纳米管的近红外5-HT纳米探针，但由于灵敏度有限，它可能不适合用于活体动物。然而，红移探针，如先前报道的红钙探针，与其他绿色荧光探针和蓝光激发致动器兼容，具有内在优越的光学特性-包括更深的组织穿透，减少自身荧光和低光毒性-由于它们的激发波长更长。因此，需要适合体内成像的红移5-HT探针，特别是多路成像。

该研究报道了一系列基于5-HTR4亚型的绿色和红色荧光5-HT探针。绿色荧光探针gGRAB_5-HT3.0 (g5-HT3.0)对5-HT的响应荧光增加约1300%，在体外和体内均优于现有的绿色荧光5-HT探针。红移探针rGRAB_5-HT1.0 (r5-HT1.0)在体外对5-HT的荧光增强>300%，适用于体内多色成像。此外，利用介观成像，揭示了不同条件下5-羟色胺释放的不同模式。综上所述，新型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。当与先进的成像技术相结合时，它们提供了一个强大的工具箱来研究健康和疾病中的血清素能系统。