综述：基于基因编码技术的脑连接中细胞间相互作用可视化工具

这篇综述系统梳理了用于可视化神经元间相互作用的基因编码工具，涵盖分裂荧光蛋白（split FP）、二聚化依赖荧光蛋白（ddFP）和荧光共振能量转移（FRET）等核心技术，为研究脑网络连接提供了从瞬态突触活动到长期连接的多元化解决方案。

　　

基于基因编码技术的脑连接中细胞间相互作用可视化工具

引言

多细胞生物中，细胞通过相互作用维持组织功能，而大脑中的信息传递高度依赖神经元间的突触连接。神经元与胶质细胞的相互作用还参与突触修剪和轴突髓鞘化等过程。然而，神经元纤细的纤维网络使得传统显微镜难以分辨细胞接触位点，亟需高特异性可视化工具。

FP技术基础

分裂荧光蛋白（split FP）
将荧光蛋白（FP）分割为N端和C端片段，通过靶蛋白相互作用实现重组发光。其信号不可逆且需数小时成熟，适用于累积弱信号检测，但无法追踪动态过程。

二聚化依赖荧光蛋白（ddFP）
由含发色团的ddFP-A和无色ddFP-B组成，异源二聚化后产生可逆荧光信号，响应速度达秒级，适合钙信号等快速事件，但亮度较低。

荧光共振能量转移（FRET）
通过供体（如CFP）与受体（如YFP）的能量转移检测纳米级距离变化，具有毫秒级时间分辨率，但需复杂光谱分析。

直接可视化工具

split FP系列

• GRASP/mGRASP：首款基于split GFP的突触标记工具，通过神经连接蛋白（Nrx）和神经配蛋白（Nlg）靶向突触。
• SynView：优化Nrx1-Nlg1特异性结合位点，排除非特异性干扰。
• GRAPHIC：利用GPI锚定和亮氨酸拉链增强膜接触检测，适用于非突触相互作用。

ddFP系列

• SynapShot：实时监测突触动态结构变化，兼容双色标记和光遗传学操控。
• INCIDER：检测N-钙黏蛋白（NCad）同源相互作用，信号对比度较FRET提升70倍。
• IPAD：针对原钙黏蛋白α（Pcdhα）同源识别，揭示神经元自我回避机制。

FRET系列

• NCad/Pcdhγ探针：通过FRET效率差异区分结合与非结合状态，解析突触发育与分子选择。

间接报告系统

• synNotch：膜结合配体触发转录因子切割，驱动报告基因表达，实现接触依赖性细胞标记。
• trans-Tango：GPCR激活TEV蛋白酶切割膜锚定转录因子，适用于果蝇神经图谱绘制。
• G-baToN：基于反式内吞作用传递GFP-纳米抗体复合物，拓展至分子递送应用。

新兴技术

• ID-PRIME：脂酸连接酶（LplA）催化LAP肽标记，实现化学固定后检测。
• split-HRP/TurboID：酶重组介导邻近蛋白生物素化，支持电镜成像和蛋白质组学分析。

挑战与展望

当前工具在可逆性与信噪比间存在权衡，而StayGold荧光蛋白的突破（亮度提升2倍、光稳定性提高20倍）为开发高性能ddFP/FRET传感器带来新机遇。未来需开发单分子兼容工具，以解析瞬态接触和自相互作用（如自突触）在神经发育中的功能。

通过精准匹配工具特性与科学问题，研究者将更深入揭示脑网络的动态构建规则。