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2026年4月16日，北京大学生命科学学院、北京大学-IDG/麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心、新基石研究员李毓龙老师应邀为《生命科学科研概览和前沿展望》课程开展专题学术讲座。在报告中，李毓龙老师从传统研究方法的局限性出发，再到课题组“基于G蛋白偶联受体激活”（GPCR Activation-Based，GRAB）原理的神经递质荧光探针的开发与优化、活体应用案例以及工具共享等，系统讲述了课题组在神经递质实时检测领域的前沿进展。

报告伊始，李毓龙老师指出，神经科学长期面临一个核心难题：在活体大脑中，行为背后是什么类型的神经元调控了特定行为？调控的机制是什么？对这些问题的解析需要可以在活体中高时空分辨率地检测神经递质动态变化的工具。

然而传统的神经化学物质的检测技术均存在一定的局限性。李毓龙老师梳理了神经物质检测的几种传统方法的瓶颈：

微透析时间和空间分辨率低；电化学FSCV时间分辨率高，但只适用于易发生氧化还原反应的物质，且难以区分氧化还原电位相同的物质；TANGO系统有级联放大效应，但依赖蛋白质翻译，因此时间分辨率极低且不可逆，更适用于药物筛选；基于FRET的检测方法信噪比差，在活体背景下受自发荧光和动物运动干扰严重。

李毓龙老师博士期间曾长期用乌贼做突触传递研究，但乌贼不适合作为模式生物：因为乌贼难以人工大规模饲养，需要到近海野外抓捕，靠天吃饭，受飓风和冰封影响，实验窗口只有5个月。这段经历促使他在博士后阶段转换了研究方向。李毓龙老师博士后师从斯坦福大学的分子和细胞生理学系的钱永佑。同在斯坦福大学的Brian Kobilka（2012年诺贝尔化学奖得主）在一次学术报告上分享了其课题组关于GPCR家族的β2受体的研究成果。在这场学术报告上，李毓龙老师详细了解了GPCR在结合配体后发生的构象变化。之后李毓龙老师将Brian Kobilka的GPCR研究与2008年诺贝尔化学奖获得者钱永健的荧光蛋白研究相结合，确立了以GPCR为骨架开发神经递质探针的独特研究路线。

乙酰胆碱GRAB探针：从零到一的突破

2012年底，李毓龙老师结束斯坦福大学博士后研究回到北京大学组建独立实验室，开启了遗传编码的神经递质探针的研究课题。博士后阶段受到Brain Kobila研究的熏陶，李毓龙老师敏锐地意识到作为许多神经递质和神经调质天然受体的GPCR是开发神经递质探针的理想骨架。进一步的开发思路是以GPCR为骨架，将其与循环重排的绿色荧光蛋白cpEGFP（circularly permuted enhanced green fluorescent protein）相连；当神经递质结合GPCR引起其构象变化，这种构象变化传导到对于构象变化敏感的cpEGFP上从而引起荧光信号的变化，如此便可以“看到”神经递质的动态变化了。他的第一个选择是β2肾上腺素受体。投入大量时间和精力进行分子改造后，得到的最优版本信号响应效率仅为5%。面对 β₂受体的失败，李毓龙团队并没有气馁，而是决定更换其他受体，最终选定了35种GPCR受体作为探针骨架，逐一进行分子改造和功能验证。其中34种GPCR改造后均无任何可检测的荧光信号变化，只有一个候选受体出现了荧光响应。通过不断的饱和突变与组合优化，团队最终将探针响应效率提升至 90%，成功开发出可用于活体的绿色基因编码乙酰胆碱探针。

多巴胺GRAB探针：从单色到多色

基于开发乙酰胆碱GRAB探针建立的成熟技术体系和经验，李毓龙团队再次成功开发了绿色的多巴胺荧光探针。多巴胺是一种负责调控动物奖赏行为的神经递质。研究团队利用腺相关病毒（AAV）作为基因载体在小鼠大脑中表达多巴胺探针，结合光纤记录技术，成功实时监测了小鼠奖赏行为中多巴胺的动态变化。此外，李毓龙实验室开发的探针还能够应用于斑马鱼、斑雀等多种模式生物；与同时期其他实验室开发的原理相近的探针相比，具备更高的灵敏度，因此即使在神经元分布稀疏的活体脑区也能实现有效的信号检测。

进一步，李毓龙课题组通过将绿色荧光蛋白换成红色荧光蛋白或可结合化学荧光染料的自我标记蛋白，开发出了一系列光谱红移的多巴胺探针；将该探针与光谱正交的其他荧光探针联用，可实现多信号的同时检测。通过联合使用红移的多巴胺探针与绿色乙酰胆碱探针，他们揭示了小鼠奖罚行为中多巴胺与乙酰胆碱的动态特征。此外，在药物成瘾模型中，研究人员发现多巴胺与乙酰胆碱对下游信号的协调调控会出现失衡，这表明该神经环路在药物成瘾病理机制中发挥着重要作用。

5-羟色胺GRAB探针：从中枢到外周

李毓龙实验室还开发了5-羟色胺荧光探针，利用该探针在诱导癫痫的模型小鼠中，首次直观观察到大脑皮层5-羟色胺的浓度波动与定向传导。5-羟色胺荧光探针亦可用于检测外周组织中神经调质的分泌。李毓龙实验室与合作者通过5-羟色胺荧光探针，探究了肠道不同细胞如何通过释放5-羟色胺响应外部刺激。