基于脂质-PEG锚定荧光蛋白探针的细胞外信号分子成像新技术

《Scientific Reports》：Imaging intercellular biomolecules by using fluorescent protein indicators with lipid-PEG anchors

本研究针对细胞外信号分子实时监测难题，开发了脂质-PEG锚定荧光蛋白探针技术。通过将FP-based indicators稳定锚定在活细胞膜表面，成功实现了海马神经元在自发和电诱发活动中钾离子与谷氨酸释放的动态监测。该非遗传标记策略具有定位精准、灵敏度高、稳定性好等优势，为细胞膜附近信号事件定量研究提供了创新平台。

　　

在多细胞生物体中，细胞外信号分子如离子、氨基酸、核苷酸和蛋白质扮演着细胞间通讯的关键信使角色。这些可扩散因子通过协调远距离细胞间的信号传递，参与调控生物体的发育和稳态维持。尽管荧光指示剂已被广泛应用于细胞内信号研究，但遗传编码指示剂的亚细胞定位控制往往十分复杂，导致细胞内外信号难以区分。因此，细胞外空间可扩散分子的时空动态监测一直面临技术挑战。

近日发表在《Scientific Reports》的研究提出了一种创新的化学锚定方法，利用脂质-聚乙二醇（PEG）复合物将基于荧光蛋白（FP）的指示剂固定在活细胞外表面。这一突破性技术为细胞外信号研究开辟了新途径。

研究人员采用脂质-PEG锚定策略，成功将荧光蛋白指示剂稳定定位在原代培养和急性脑片的海马神经元细胞膜表面。针对钾离子和谷氨酸的锚定指示剂，使得研究人员能够实时光学监测神经元在自发活动和电诱发活动过程中的离子和神经递质释放动态。这种非遗传标记策略具有定位精确、应用快速、灵敏度高、稳定性好和可重复性强等优势，为活细胞膜附近细胞外信号事件的定量监测提供了多功能平台。

关键技术方法包括：脂质-PEG复合物锚定技术、荧光蛋白指示剂设计、原代海马神经元培养和急性脑片制备、电刺激诱发神经元活动模型，以及实时光学成像监测系统。

研究结果显示，脂质-PEG锚定的钾离子指示剂能够稳定定位在神经元细胞膜表面，在自发和电刺激条件下均能清晰记录到钾离子的动态变化。同样，谷氨酸指示剂也成功监测到神经元活动过程中神经递质的释放过程。这些结果表明该锚定技术在不同类型细胞外信号分子监测中均具有良好适用性。

研究结论表明，脂质-PEG锚定方法为细胞外信号研究提供了强有力的工具。该技术避免了遗传编码方法的局限性，实现了指示剂在细胞膜表面的稳定定位，有效区分了细胞内外的信号来源。讨论部分强调，这一非遗传标记策略的低侵入性特点使其特别适合长时间动态观察，为神经科学和细胞生物学研究提供了新的技术支撑。

该研究的创新之处在于将化学锚定与荧光指示剂技术巧妙结合，解决了细胞外信号监测的技术瓶颈。未来这一平台技术可望扩展到更多类型的信号分子监测，推动细胞间通讯研究的深入发展。