2019年3月25日，Neuron在線發表北京大學生命科學學院、北大-清華生命科學聯合中心、PKU-IDG/麥戈文腦科學研究所、北京腦科學研究所李毓龍研究員課題組題為「A genetically encoded fluorescent sensor for rapid and specific in vivo detection ofnorepinephrine」的研究論文。研究團隊首次成功開發了新型、可基因編碼的去甲腎上腺素螢光探針，並成功應用於斑馬魚和小鼠檢測內源去甲腎上腺素的動態變化。該探針可特異性地區分結構相似的去甲腎上腺素與多巴胺，將成為研究去甲腎上腺素相關神經環路的重要工具。
去甲腎上腺素（Norepinephrine, NE）作為一種重要的單胺類神經遞質，在中樞神經系統和交感神經系統中參與諸多必要的生理過程，如感覺信號的調節、注意力的調控、清醒與睡眠、學習與記憶等。去甲腎上腺素釋放或信號傳遞的受損與一系列的精神疾病和神經退行性病變息息相關。因此，在複雜神經環路中以高時空解析度的方式檢測去甲腎上腺素的動態分布對完整解析去甲腎上腺素在生理及病理條件下的功能和調節尤為重要。然而受限於現有技術的靈敏度、特異性、時空解析度和組織創傷性等，人們無法實現對它在體分布的精確檢測。
為了解決以上技術瓶頸，李毓龍課題組開發並優化了一類基於G蛋白偶聯受體激活（GPCRActivation Based）的去甲腎上腺素螢光探針（GRABNE）。通過在人源去甲腎上腺素受體特定位置嵌入對結構變化敏感的螢光蛋白（cpEGFP），他們使去甲腎上腺素這一化學信號轉化為螢光信號，結合現有的成像技術，即可實時監測去甲腎上腺素濃度的動態變化情況。通過對探針全方位的優化，研究團隊開發出具有低/高親和力的兩種版本的螢光探針（分別命名為NE1m和NE1h），它們均具有極高的分子特異性和時空解析度，還可分別用於檢測局部突觸傳遞（synaptic transmission）和非局部非突觸傳遞（volume transmission）的去甲腎上腺素釋放。
基於G蛋白偶聯受體的去甲腎上腺素探針
利用該可遺傳編碼探針，李毓龍課題組通過轉染、病毒注射以及構建轉基因動物等手段，可將探針表達在細胞、小鼠腦片、斑馬魚和小鼠等。通過構建轉基因斑馬魚系在斑馬魚大腦神經系統中廣泛表達GRABNE1m探針，人們可成功檢測清醒斑馬魚中腦由視覺刺激引發的與時間鎖定的特異性NE釋放；通過稀疏標記去甲腎上腺素探針，還可記錄單細胞解析度下重複視覺刺激引發的NE釋放信號；通過病毒介導的表達，使用雷射脈衝對LC-NE神經元的光遺傳學激活可靠地引起自由移動小鼠LC的光纖記錄信號中GRABNE1m螢光的增加。在小鼠強迫遊泳測試和尾部懸吊測試（兩者均為經典的應激性行為）期間，研究團隊觀察到由應激行為觸發的GRABNE1m螢光顯著增加，揭示該行為與NE動態變化的關係。
李毓龍為本文的通訊作者。李毓龍課題組博士生馮傑思為第一作者；井淼、王歡、張雅君、董傲、武照伐、吳昊為此項研究成果作出重要貢獻。這項工作的合作者有：中國科學院神經科學研究所杜久林研究組，紐約大學林大宇研究組，美國國立衛生研究院崔國紅研究組，維吉尼亞大學醫學院朱駿研究組和南加州大學AndrewS. Hires研究組等。該工作獲得北京大學膜生物學國家重點實驗室、北大-清華生命科學聯合中心、國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）、國家自然科學基金、美國腦計劃等的大力支持。
李毓龍課題組一直以來致力於系統性發展前沿神經生物學探針技術用於研究複雜神經細胞之間的多種通訊連接，2018年已率先在世界上發展了乙醯膽鹼（Jing et al., Nature Biotechnology, 2018）及多巴胺探針（Sun et al., Cell, 2018），2019年又報導了用於定位電突觸的螢光探針（Wu et al., eLife, 2019），這次報導的去甲腎上腺素探針是這一系統性工作的又一重要環節，為今後開發其它神經遞質、神經調質探針奠定了紮實的研究基礎。