PNAS/Neuron/NBT | 4篇！北京大学李毓龙等团队合作开发腺苷/组胺/催产素/5-羟色胺探针用于神经生物学研究

嘌呤能信号分子腺苷( adenosine，Ado )在大脑中调节许多生理和病理功能。然而，胞外Ado的确切来源仍存在争议。

2023年3月30日，北京大学李毓龙及北京生命科学研究所罗敏敏共同通讯在PNAS上在线发表题为“Neuronal activity-induced, equilibrative nucleoside transporter-dependent, somatodendritic adenosine release revealed by a GRAB sensor”的研究论文，该研究利用一个新优化的基因编码的GPCR - Activation - Based Ado荧光探针( GRABAdo )，发现神经元活动诱导的细胞外Ado升高是由于海马中神经元的体树突室直接释放Ado，而不是来自轴突末梢。

药理学和遗传操作表明，Ado的释放依赖于平衡的核苷转运蛋白，而不是传统的囊泡释放机制。与快速的囊泡谷氨酸释放相比，Ado释放缓慢( ~ 40 s )，需要通过L型钙通道的钙内流。总之，该研究利用新型GRAB荧光探针，详细地研究了神经元活动引发腺苷释放的细胞及分子机制，并揭示了一种非经典的神经调质释放模式。

另外，2023年3月15日，北京大学李毓龙团队在Neuron 在线发表题为“Genetically encoded sensors for measuring histamine release both in vitro and in vivo”的研究论文，由于直接实时测量细胞外HA的能力将为在各种条件下HA在复杂环路中的功能作用提供重要的见解，该研究开发了一系列基于遗传编码的G蛋白偶联受体激活(GRAB) HA (GRABHA)探针，具有良好的光稳定性、亚秒动力学、纳摩尔亲和力和高特异性。利用这些GRABHA探针，该研究在高时空分辨率的急性脑切片中测量了电刺激诱发的HA释放。此外，该研究在自由活动的小鼠中记录了睡眠-觉醒周期中下丘脑视前区和前额叶皮层的HA释放，发现了这些特定大脑区域之间HA动态的不同模式。因此，GRABHA感应器是测量细胞外HA在生理和病理过程中的传输的可靠工具。

2023年1月26日，北京大学李毓龙团队在Neuron 在线发表题为“Local 5-HT signaling bi-directionally regulates the coincidence time window for associative learning”的研究论文，该研究表明局部5-HT信号双向调节联想学习的一致性时间窗口。该研究报告了一个感知时间巧合和确定环境事件之间因果关系的模型回路。

2023年1月2日，北京大学李毓龙课题组在Nature Biotechnology 在线发表题为“A genetically encoded sensor measures temporal oxytocin release from different neuronal compartments”的研究论文，该研究开发了一种高灵敏度的OT特异性G蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptor activation-based, GRAB)激活基础(GPCR activation-based, GRAB)探针，GRABOT1.0（简称为OT1.0）。该研究不仅在体外使用这种探针来识别不同脑区中OT释放的机制。还对行为小鼠进行了成像，发现在雄性小鼠交配行为的离散方面，特定区域的OT释放。总之，这项工作扩大了神经递质和神经调节剂基因编码探针的工具箱，以阐明大脑中肽能信号的机制。

细胞外腺苷( Ado )参与许多生理过程，包括睡眠-觉醒周期、学习记忆、心血管功能和免疫反应等。腺苷能信号受损与多种疾病和病理状态有关，如疼痛、偏头痛、癫痫、中风、药物成瘾、神经退行性变等。在脑内，Ado通过激活相应的G蛋白偶联受体( G protein-coupled receptors，GPCRs )，在突触水平发挥神经调质或稳态调节剂的作用。尽管Ado的功能已被广泛研究，但关于脑内细胞外Ado的来源问题仍存在争论。

在细胞水平，Ado可以从神经元和/或邻近的非神经元细胞如星形胶质细胞中释放。在亚细胞水平，Ado衍生物的3H标记表明Ado可以从中央轴突末梢释放。相反，在海马CA1区单个锥体神经元内直接负载Ado可以通过突触前A1受体抑制兴奋性突触后电位，这表明神经元的体树突室能够释放Ado逆行调节突触功能。然而，内源性的Ado能否从体树突室释放还需要进一步了解。在分子水平上，Ado可能由胞外5′-三磷酸腺苷( ATP )经CD39 - CD73酶级联降解产生。或者，Ado可以通过核苷转运蛋白或通过囊泡胞吐直接从神经元释放。

研究细胞外Ado的来源和Ado释放的机制的难点在于Ado系统的复杂性和大脑网络的最高复杂性。此外，缺乏高时空分辨率的直接可视化Ado释放的敏感方法，限制了对Ado信号的理解。基于此，该团队在之前的研究中开发了一种基因编码的GPCR - Activation - Based ( GRAB )腺苷探针GRABAdo1.0，可以可靠地测量活体小鼠基底前脑中细胞外Ado水平的变化。该研究进一步改进了Ado探针，并将该工具与药理学和遗传学实验相结合，以探索海马中神经元活动诱导Ado释放的详细机制。

神经元活动引发腺苷释放的模式图

武照伐博士、崔玉婷博士和王欢博士为本文的共同第一作者，李毓龙教授和罗敏敏教授为共同通讯作者，吴昊、万逸博士、李柏翰、王蕾、潘孙磊、彭婉玲博士、董傲博士、袁正巍博士和井淼博士等对前期探针的开发和刻画做出了重要贡献。论文的合作者还包括中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心的徐敏研究员，并得到了北京大学膜生物学国家重点实验室、北大-清华生命科学联合中心、北京大学IDG麦戈文脑科学研究所、国家自然科学基金、北京市科委、生命医学峰基金、新基石研究员项目、科技创新2030-“脑科学与类脑研究”青年科学家项目、勃林格殷格翰博士后基金和北京市科协“青年人才托举工程”等机构、经费和项目的大力支持。

参考信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2212387120

转自：“iNature”微信公众号

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