在这一工作中，李毓龙实验室运用GRAB探针策略（GPCR-Activation Based Sensor），以人类PGE2受体（EP2）为骨架，将循环重排的绿色荧光蛋白（cpEGFP）插入其第三胞内环（ICL3）。经过对插入位点的系统筛选、连接肽段的系统性优化，最终得到了表现最优的荧光探针GRABPGE2-1.0（简称PGE2-1.0）。在HEK293T细胞和原代神经元中，PGE2-1.0都表现出了良好的膜定位。神经细胞中表达的PGE2-1.0探针对外源加入的PGE2表现出约1300%的荧光信号响应（ΔF/F0: ~1300%）和约66 nM的亲和力（EC50: ~66 nM）。同时，该探针具备极高的分子特异性，对结构相似的其他前列腺素类物质（如前列腺素PGD2、PGF2α、前列环素PGI2）以及经典的神经递质和神经调质都几乎不响应。此外，PGE2-1.0能够在秒级时间尺度上快速响应PGE2的浓度变化，且不激活GPCR下游的信号通路，从而保证探针表达时不会干扰正常的生理活动（图1）。
【图1：PGE2-1.0探针在体外培养细胞上的表现】
为了验证该探针检测内源PGE2动态变化的能力，作者借助AAV病毒将PGE2-1.0探针表达在小鼠海马CA1区域，并在急性脑切片中成功记录到了内源性PGE2的变化：在应用促炎细胞因子IL-1β模拟炎症状态时，以及使用GABAA受体拮抗剂PTZ模拟神经元过度兴奋的癫痫发作状态时，PGE2-1.0探针均检测到了显著的荧光信号上升，证明了该探针能够可靠地报告组织水平内源性PGE2的释放动态（图2）。
【图2：PGE2-1.0探针在急性脑切片中对内源PGE2水平的检测】
PGE2是大脑中调控炎症反应和发烧的关键介导因子，作者通过光纤记录技术检测了在脂多糖（LPS）诱导的急性炎症模型中，小鼠视前区正中核（MnPO）的PGE2水平。研究发现，LPS注射引发了PGE2水平长达数小时的持续缓慢上升，并伴随小鼠体表温度的下降（高剂量LPS引发的失温状态），而预先注射COX抑制剂吲哚美辛（Indomethacin）则能显著抑制这一过程。更为有趣的是，结合双色大视场成像技术，作者在全皮层范围内对比了炎症（IL-1β诱导）和癫痫（红藻氨酸KA诱导）状态下PGE2水平的时空动态。结果显示，急性炎症模型中PGE2信号维持了缓慢持续上升的模式，而在癫痫模型中PGE2信号会在癫痫发作后数分钟内迅速且广泛地在全皮层升高，这一发现与传统观点中PGE2主要参与癫痫后期慢性炎症阶段的认识不尽相同。进一步分析显示，癫痫引发的PGE2信号上升和下降的速度远快于炎症模型，且信号峰值也显著更高（图3）。
【图3：PGE2-1.0探针揭示大脑中炎症和癫痫模型下PGE2动态的显著时间差异】
进一步的深入分析发现，PGE2的释放在这两种病理模型中还存在显著的空间差异。癫痫模型中PGE2反应最强烈的区域主要集中在皮层前部；而在炎症模型中，PGE2的强烈释放则高度集中在血管末端或分叉处附近，并且与临近血管的直径大小呈现出明显的负相关性。这一直观的成像结果为长期以来“血管内皮细胞可能是炎症期间脑内PGE2主要来源”的假说提供了有力的可视化支持（图4）。
【图4：PGE2-1.0探针揭示大脑中炎症和癫痫模型下PGE2动态的显著空间差异】
综上所述，该项研究开发了具备高灵敏度、高特异性以及高时空分辨率的新型遗传编码PGE2荧光探针，首次在活体动物中实现了对前列腺素E2释放过程的实时、直观的监测。这一探针工具将为更好理解PGE2在生理与病理条件下的调控机制和生物学功能提供新的助力。
