大脑功能的实现依赖于复杂的化学信号网络。嘌呤能信号分子（如ATP、ADP、ADO、UDP等）通过与特定受体结合，在调控睡眠、疼痛感知、免疫应答等关键生理过程中扮演核心角色。这些信号分子的功能紊乱与神经退行性疾病、癫痫等多种疾病密切相关。因此，实时、精准地监测这些分子在活体内的动态变化，对于深入理解神经调控机制和开发新型疾病疗法意义重大。近年来，基因编码荧光探针技术的突破性进展，为在活体水平“窥探”嘌呤能信号活动提供了革命性工具。
2025年6月11日，中国科学院遗传与发育生物学研究所武照伐研究团队应Purinergic Signalling期刊主编Charles Kennedy教授邀请，发表了题为“State of the art indicators for imaging purinergic dynamics in vitro and in vivo”的综述文章。该论文深入阐述了当前最先进的嘌呤能递质成像探针的设计原理，并重点探讨了新型荧光探针在灵敏度、特异性提升以及与复杂神经环路兼容性方面的关键突破。
图1 嘌呤能分子检测工具的发展历程
该论文系统梳理了ATP、ADO、UDP等关键嘌呤信号荧光探针的应用场景，展示了该技术在神经科学研究中的强大能力，包括：1）实时追踪大脑激光损伤过程中的ATP释放；2）可视化杏仁核区域内的ATP代谢过程；3）毫秒级捕捉角质细胞受机械刺激后释放的ATP；3）监测睡眠与觉醒状态转换期间的ADO水平波动；4）描绘癫痫发作时躯体感觉皮层UDP信号的“时空动态分布图谱”。在展望未来方向时，文章特别强调了开发能够同步、特异、定量监测多种嘌呤能信号，并适用于清醒、自由活动动物的多模态成像工具的迫切需求。
图2 新型基因编码嘌呤分子探针的设计及应用场景
中国科学院遗传与发育生物学研究所研究生李雨默和张立万为本文共同第一作者，武照伐研究员为通讯作者。北京大学李毓龙教授及其博士生李柏翰为文章内容提供了重要贡献，王晶医生和马志雄博士在文章修改过程中给予了宝贵建议。该研究工作获得了科技部、国家自然科学基金以及北京市科协“青年人才托举工程”等项目的大力支持。
