近日，北京大学生命科学学院李玉龙教授团队在**《Science》期刊发表最新研究成果，题为《In vivo multiplex imaging of dynamic neurochemical networks with designed far-red dopamine sensors》。团队设计出一种新型远红色荧光多巴胺（DA）探针**，可在活体大脑中实现多种神经递质的实时、多通道成像，标志着化学遗传成像技术的一项重要突破。
大脑是极其复杂的器官，亿万神经元通过多种神经递质相互传递信号。其中，多巴胺在奖赏、学习与运动控制等功能中扮演关键角色，并与乙酰胆碱、血清素、钙离子（Ca²⁺）、环磷酸腺苷（cAMP）等信号分子密切交互。这些信号构成一个高度动态、精密调控的神经化学网络。
然而，要在活体中同时监测多种神经递质的动态变化，一直是神经科学领域的重大技术难题。现有的成像工具大多只能同时观察一到两种神经递质，难以揭示整个网络的协调机制，这也限制了人们对大脑功能乃至神经精神类疾病发生机制的深入理解。
为突破这一瓶颈，李玉龙团队此次研发的探针HaloDA1.0，采用了cpHaloTag-化学染料结合设计，并基于团队此前提出的G蛋白偶联受体激活（GRAB）策略。该探针不仅对多巴胺具有高灵敏度和高特异性，响应强度最高可达900%，且响应速度快至亚秒级，同时具备远红到近红外的发射光谱范围。
更重要的是，HaloDA1.0可以与现有的绿色、红色荧光传感器兼容，实现多通道、三色成像。研究团队将其应用于多种模型中，包括培养神经元、急性脑片、斑马鱼以及活体小鼠，并成功实现多巴胺与去甲肾上腺素、血清素、乙酰胆碱、ATP、钙离子、cAMP等信号的同步动态监测。
这些实验首次揭示了在奖赏行为、癫痫发作、药物作用等生理或病理过程中，神经递质之间的复杂互动模式。
专家认为，HaloDA1.0的问世不仅为研究大脑中的神经信号调控机制提供了强有力的技术平台，也为未来开发针对其他神经递质的远红外成像探针打下了基础。这一平台型技术的出现，将为认知、情绪调节及神经精神疾病的分子机制研究打开全新视角。
参考文献：Yu Zheng et al, In vivo multiplex imaging of dynamic neurochemical networks with designed far-red dopamine sensors, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adt7705
编辑：王洪
排版：李丽
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