Nat Neurosci：给乙酰胆碱"换件红衣服"：北京大学李毓龙等团队开发rACh1h，实现与绿色传感器共标，多脑区神经化学动态一览无余

神经递质乙酰胆碱（ACh）在中央及外周神经系统中均起着至关重要的作用。近期研究强调了乙酰胆碱与多种神经调节物质之间的交互作用在调节复杂行为中的重要意义。能够同时对乙酰胆碱及其他神经调节物质进行成像，可为理解这些行为背后的机制提供宝贵信息。

2026年6月16日，北京大学李毓龙和首都医科大学魏昌伟共同通讯在

Nature Neuroscience

在线发表题为

“Red-shifted GRAB acetylcholine sensors for multiplex imaging in vivo”

的研究论文。该研究开发了一系列基于G蛋白偶联受体激活的红色荧光乙酰胆碱传感器，其检测范围广泛且光谱特征得以扩展。

高亲和力传感器rACh1h能够可靠地检测多个脑区（包括伏隔核、杏仁核、海马体和大脑皮层）的乙酰胆碱释放。此外，rACh1h可与绿色荧光传感器共表达，利用光纤光度法、介观成像及具有高时空分辨率的双光子成像技术，在不同行为情境下记录乙酰胆碱释放及其他神经化学物质的动态变化。

乙酰胆碱（ACh）是首个被鉴定的神经递质，在中枢和周围神经系统中均发挥重要作用。在大脑中，胆碱能神经元参与多种功能，包括注意力、

运动

、联想学习及睡眠-觉醒周期的调控。此外，ACh与其他神经化学物质之间的相互作用已被报道可调控动机、线索检测和强化学习。在纹状体中，ACh的释放可通过多巴胺（DA）D2受体被DA抑制，而皮层和丘脑的谷氨酸（Glu）输入则驱动其释放。DA和Glu对ACh的这种调控对决策和学习过程至关重要。开创性研究还表明，海马中ACh与催产素之间的相互作用对调控脑状态至关重要。

ACh与其他神经化学物质的同步成像为了解这些信号过程所调控的脑功能提供了重要见解。这类研究有助于确定新的药物靶点，并开发针对神经疾病的创新治疗策略。目前最先进的绿色ACh传感器，如基于G蛋白偶联受体激活（GRAB）的GRABACh3.0和iAChSnFR，基于绿色荧光蛋白并已用于体内ACh测量；然而，红色荧光ACh传感器因其与绿色荧光传感器的光谱兼容性，可实现ACh与其他神经化学物质的同步检测，因此极具价值。

图1.背侧皮质乙酰胆碱和NE动态的介观成像（摘自

Nature Neuroscience

）

在此，作者开发了一系列红色荧光ACh传感器。这些红移传感器作者分别命名为rACh1h、rACh1m和rACh1l（分别具有高、中、低ACh亲和力），在响应ACh时，其荧光强度增加5倍。随后，作者将这些红色荧光ACh传感器的性能（包括对ACh的响应和信噪比（SNR））与GRABACh3.0和iAChSnFR进行了比较。作者还证明，通过光纤光度法，rACh1h可用于监测体内自发和光遗传学诱发的内源性ACh释放。当在双色记录中与绿色GRAB传感器联用时，rACh1h揭示了巴甫洛夫条件反射任务中ACh与DA信号之间的强相关性，以及睡眠-觉醒周期中ACh与5-羟色胺（5-HT）的独特动态变化。此外，利用介观显微镜和双光子显微镜进行的多重成像，阐明了背侧皮层中ACh和去甲

肾上腺素

（NE）在各种行为下的释放模式。因此，这些红移传感器为研究ACh在神经系统中的功能作用提供了一种新的工具包。

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41593-026-02325-w