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章魚胺（Octopamine, OA）是無脊椎動物中關鍵的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，其化學結(jié)構(gòu)和功能類似于脊椎動物中的去甲腎上腺素（Norepinephrine）。它參與了多種生理功能，包括打斗、產(chǎn)卵和聯(lián)想學習等。然而，關于OA在聯(lián)想學習中的時空動態(tài)變化及其具體作用機理，還有許多未解之謎有待進一步解析。

2024年6月11日，北京大學生命科學學院李毓龍教授實驗室在National Science Review雜志正式發(fā)表了題為“An octopamine-specific GRAB sensor reveals a monoamine relay circuitry that boosts aversive learning”的研究論文。該研究靈活運用GRAB探針策略（GPCR-Activation Based Sensor），開發(fā)了能夠特異性檢測OA的熒光探針GRABOA1.0（簡稱OA1.0），并構(gòu)建了轉(zhuǎn)基因果蠅，進一步利用該探針揭示了OA在果蠅厭惡性學習（aversive learning）中的時空動態(tài)變化以及其扮演的重要角色。此外，來自加州大學伯克利分校的Dr. Yvette E Fisher為該文撰寫了Research Highlight（題為Octopamine enhances learning，2024年5月30日在線發(fā)表），評價該研究“generated an extremely useful new sensor and clarified how octopamine and dopamine signaling interact to shape aversive learning”。

通過使用GRAB策略開發(fā)的OA1.0探針是一種高度選擇性的基因編碼熒光探針，能夠以高靈敏度和時間-空間分辨率檢測OA的釋放。由于OA和另一種單胺類神經(jīng)遞質(zhì)酪胺（Tyramine, TA）在結(jié)構(gòu)上的差異僅為一個羥基，傳統(tǒng)的活體檢測方法通常難以區(qū)分它們。幸運的是，OA熒光探針對OA表現(xiàn)出較高的分子選擇性。利用OA1.0，團隊首次對果蠅學習記憶中心蘑菇體（Mushroom body，MB）在厭惡性學習過程中OA釋放的時空動態(tài)進行了首次檢測，并且進一步發(fā)現(xiàn)OA的釋放依賴于MB中KC細胞（Kenyon cells）釋放的乙酰膽堿（Acetylcholine，ACh）。

結(jié)合實驗室前期開發(fā)的多巴胺（Dopamine, DA）探針和ACh探針，該研究發(fā)現(xiàn)OA通過作用于多巴胺能神經(jīng)元上Octβ1R受體增強非條件刺激引起的DA的釋放，從而增強突觸可塑性變化，促進厭惡性學習。綜上所述，該研究不僅開發(fā)了新型OA熒光探針，還解析了OA影響DA信號從而調(diào)控厭惡性學習的分子機理，提供了關于OA和DA之間相互作用的全新見解，為理解復雜的神經(jīng)遞質(zhì)交互作用提供了新的框架。

北京大學生命科學學院呂明月博士（現(xiàn)為中國科學院生物物理研究所助理研究員）為本文第一作者，李毓龍為通訊作者，李毓龍課題組蔡儒儀、張任子墨、夏西聚、李雪霖博士、王藝潘、王歡博士、曾健智博士等對文章作出了重要貢獻。該工作得到了北京師范大學毛蘭群課題組的通力合作。研究得到了膜生物學國家重點實驗室、北大-清華生命科學聯(lián)合中心、國家自然科學基金、北京市科委、生命醫(yī)學峰基金、宋晨楓與高欣欣公益基金會和新基石科學基金會所設立的新基石研究員項目與科學探索獎等機構(gòu)和經(jīng)費的大力支持。