Neuron | 再取进展！北京大学李毓龙团队利用新型GRAB探针，解析组胺在睡眠-觉醒过程中的动态变化

组胺(HA)是一种重要的生物单胺，参与中枢和外周神经系统的多种生理和病理过程。

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)传感器，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感应器，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。

另外，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（点击阅读）。

2023年1月2日，北京大学李毓龙课题组在Nature Biotechnology杂志发表题为“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)传感器，GRABOT1.0（简称为OT1.0）。该研究不仅在体外使用这种传感器来识别不同脑区中OT释放的机制。还对行为小鼠的传感器进行了成像，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传感器的工具箱，以阐明大脑中肽能信号的机制（点击阅读）。

生物胺-组胺(HA)是免疫、消化和神经系统的重要信号分子。例如，HA是由嗜碱性粒细胞和肥大细胞分泌的，是局部免疫反应的一部分，在过敏和瘙痒中起作用。胃中的肠色素样细胞也会释放HA，引发胃酸的释放。自从发现抗组胺药也具有镇静作用以来，HA在中枢神经系统中的作用引起了相当多的关注。在脊椎动物的大脑中，HA主要在下丘脑后部的结节乳头核(TMN)中合成，而组胺能TMN神经元投射到整个大脑，调节各种功能，如睡眠-觉醒周期、进食、注意力和学习。

尽管HA在广泛的生理和病理过程中具有明显的重要作用，但在各种行为中HA释放的时空动态仍然知之甚少，这在很大程度上是由于当前检测方法的局限性。例如，微透析与分析技术相结合已被广泛用于测量活脑中HA释放的动态。然而，由于收集样本的时间相对较长，微透析通常具有较低的时间分辨率。此外，使用电化学方法(如快速扫描循环伏安法)的补充方法已开发用于实时检测HA。然而，微透析和电化学方法都具有有限的空间精度和缺乏细胞类型的特异性。

二胺氧化酶与光学氧纳米传感器耦合可以提供HA浓度的连续跟踪，但纳米传感器灵敏度低(检测下限约为1.1 mM)和特异性低，在检测脑深部HA时效果较差。Tango-Trace策略可以通过将β-抑制素信号通路耦合到报告基因的表达，以高信号背景比检测体内HA释放。然而，这种方法需要数小时来表达荧光报告蛋白，不能用于监测HA介导的传播的快速动态。最后，基于荧光共振能量转移(FRET)和生物发光共振能量转移(BRET)的构象H1R和H3R传感器已被开发用于测量它们与HA(以及机械力或其他H3R配体)的相互作用，但它们通常具有低信噪比和低动态范围，因此极大地限制了它们监测体内HA释放的能力。

文章模式图（图源自Neuron ）

最近，基于成功的G蛋白偶联受体激活(GRAB)策略，开发了一系列基因编码传感器，用于检测各种神经递质和神经调质，具有高灵敏度、选择性和时空分辨率。利用这一策略，研究人员开发了一对基因编码荧光探针，分别称为GRABHA1h和GRABHA1m(分别缩写为HA1h和HA1m)，分别基于人类H4R和水熊(缓步动物)H1R受体，以高灵敏度和高时空分辨率测量细胞外HA，无论在体外还是体内。

这些传感器对HA具有高特异性，快速动力学(亚秒级)，在体外应用时，对HA的响应荧光增加300%-500%。利用这些新型HA探针，该研究监测了自由运动小鼠在睡眠-觉醒周期内内源性HA的释放，并在两个特定的大脑区域之间发现了不同的HA动态模式。因此，这些基因编码的探针可用于获得重要的新见解，以了解HA信号在生理和病理条件下的动态特性。

北京大学生命科学学院博士后董辉和博士生李梦尧（已毕业）为本文共同第一作者，李毓龙教授为通讯作者，实验室成员鄢羽岐、钱统瑞、林云致、刘灿、李国川和王欢对文章做出了重要贡献。该工作得到了阿姆斯特丹自由大学（Vrije Universiteit Amsterdam） Rob Leurs教授及其团队Xiaoyuan Ma和Henry F. Vischer的通力合作，以及浙江中医药大学/浙江大学陈忠教授团队和复旦大学中山医院杨向东教授团队的大力支持。该工作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、国家自然科学基金、北京市科委、生命医学峰基金和宋晨枫与高欣欣公益基金会等机构、经费和项目的大力支持。

参考消息：

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00128-9

转自：“iNature”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！