综述：遗传编码的红色荧光蛋白和远红荧光蛋白及其在先进超分辨率成像技术中的应用

这篇综述详细介绍了遗传编码的红色荧光蛋白（RFPs）和远红荧光蛋白（far-RFPs），重点阐述了它们在超分辨率成像技术中的应用。文章首先回顾了RFPs和far-RFPs的发展历史和分类，然后深入探讨了它们的化学激活、光转换和光开关机制。接着，文章综述了各种超分辨率显微技术的基本原理，并讨论了RFPs/far-RFPs在生物成像中的潜在应用。最后，文章展望了未来的研究方向和挑战。

　　

遗传编码的红色荧光蛋白（RFPs）和远红荧光蛋白（far-RFPs）在现代生命科学研究中扮演着重要角色。这些荧光蛋白因其独特的发射光谱特性，特别是在600至900纳米的光谱区域内，成为活体成像和深层组织成像的理想选择。RFPs的发射波长超过600纳米，这使得它们在生物系统中的体内成像中具有优势，因为水和血红蛋白（Hb）的吸收光谱分别在1200纳米以上和600纳米以下，从而减少了光散射和吸收的影响。

RFPs的发展始于1992年，当时Prasher等人成功克隆了GFP基因，并描述了其β桶状结构的拓扑文件。随后，研究者们通过对GFP序列进行随机和定向突变，成功开发出一系列单体的RFP变体，其发射光谱覆盖从580纳米到670纳米。根据发射光谱，RFPs可以分为橙色偏移FPs、红色发射FPs和远红发射FPs三类。

在超分辨率成像技术中，RFPs和far-RFPs的应用尤为突出。超分辨率显微镜技术，如STED、RESOLFT、PALM、STORM和SOFI，利用FPs的固有光转换和光开关特性，实现了10至100纳米的空间分辨率。这些技术的出现突破了传统荧光显微镜技术的衍射极限，为生物样品的纳米尺度成像提供了可能。

然而，RFPs在高级成像技术中的应用也面临一些挑战。首先，RFPs的荧光依赖于氧气供应，缺乏足够的氧气会导致荧光显著减弱。另一方面，过高的氧气供应会损害其光稳定性，导致光漂白现象。此外，红色发射荧光蛋白虽然具有较长的光稳定性，但其低光子预算（荧光淬灭）也会影响高级显微技术的分辨率。

为了克服这些挑战，研究者们不断优化RFPs的光化学特性和光开关机制。通过对RFPs的周围残基进行修饰，研究者们提高了其色基的完整性、稳定性和光开关动力学。此外，研究者们还开发了多种超分辨率成像技术，如光激活荧光蛋白（PA-FPs），这些蛋白在紫外光照射下可以从非荧光或暗状态不可逆地变为荧光状态。

总之，RFPs和far-RFPs在生物成像中的应用前景广阔。随着技术的不断进步和优化，这些荧光蛋白将在分子和细胞生物学研究中发挥越来越重要的作用。通过深入研究RFPs的光化学特性和光开关机制，研究者们有望开发出更高效、更稳定的荧光探针，为生物成像技术的发展提供新的动力。