这是一篇关于基因编码多巴胺荧光传感器的原创研究论文，属于类型a。以下是完整的学术报告：

作者与发表信息
该研究由Fangmiao Sun、Jianzhi Zeng、Miao Jing等来自北京大学生命科学学院膜生物学国家重点实验室、PKU-IDG/麦戈文脑研究所、北京大学-清华大学生命科学联合中心的多位作者共同完成，并发表于2018年7月12日的《Cell》期刊（Volume 174, Issue 2, Pages 481–496），DOI号为10.1016/j.cell.2018.06.042。通讯作者为北京大学李毓龙教授（yulongli@pku.edu.cn）。

学术背景
多巴胺（dopamine, DA）是中枢神经系统重要的单胺类神经递质，参与奖励信号传递（reward signaling）、强化学习（reinforcement learning）、注意力调控和运动控制等生理过程，其功能异常与帕金森病、精神分裂症等疾病密切相关。然而，现有检测技术如微透析（microdialysis）和快速扫描循环伏安法（fast-scan cyclic voltammetry, FSCV）存在时空分辨率低、特异性不足或侵入性强的缺陷。本研究旨在开发一种基于GPCR（G蛋白偶联受体）的基因编码荧光传感器GRABDA（GPCR-activation-based DA），实现对多巴胺动态变化的高时空分辨率、高特异性检测。

研究流程与方法
1. 传感器设计与优化
- 研究团队以人源多巴胺受体D2R（dopamine D2 receptor）为感应模块，通过将环状排列的绿色荧光蛋白（circular-permutated EGFP, cpEGFP）插入D2R第三细胞内环（ICL3），构建了传感器雏形。
- 通过系统性筛选插入位点和连接肽序列（图1a-b），最终获得两个高灵敏度变体：GRABDA1M（DA1M，EC50≈130 nM）和GRABDA1H（DA1H，EC50≈10 nM）。二者在DA刺激下荧光变化（ΔF/F0）可达90%，亮度为EGFP的70%（图1e-h）。
- 引入C118A/S193N突变构建了DA不敏感的对照传感器（DA1M/H-mut），验证了信号特异性（图1d）。

1. 体外功能验证

   • 在HEK293T细胞和原代神经元中，DA1M和DA1H均表现出快速响应（上升时间60-140 ms）和分子特异性（对去甲肾上腺素NE的敏感性低10倍）（图1d, S1-S2）。
     
   • 实验证实传感器与GPCR下游信号通路（如G蛋白或β-arrestin）偶联可忽略（图S2e-j），避免了干扰内源性信号。

2. 多物种在体应用验证

   • 小鼠脑切片：在伏隔核（nucleus accumbens, NAc）中，病毒表达的DA1M/DA1H可检测单次电刺激诱发的DA释放（图2a-k），且DA1H能分辨单根多巴胺能纤维的活动（图2i-k）。
     
   • 果蝇：在蘑菇体（mushroom body）中，DA1M检测到气味诱发的DA释放，且单个电刺激即可引发响应（图3e-k）。通过DAT（多巴胺转运体）RNAi和可卡因处理，证实传感器可动态反映DA再摄取过程（图3l-o）。
     
   • 斑马鱼：在视顶盖（optic tectum）中，DA1M报告了化学遗传学激活和视觉刺激诱发的DA释放（图4a-l）。
     
   • 自由活动小鼠：结合光纤光度术（fiber photometry），传感器成功记录了黑质-纹状体通路的光遗传学激活（图5a-h）以及NAc在巴甫洛夫条件反射（图6a-h）和交配行为（图7a-f）中的DA动态变化。

主要结果
1. 传感器性能：DA1M和DA1H具有纳摩尔级灵敏度、亚秒级响应速度和优异的选择性（图1d）。
2. 跨物种适用性：在果蝇、斑马鱼和小鼠中均实现DA动态的实时监测，分辨率达单细胞水平（图3-7）。
3. 行为关联：首次在自由活动小鼠中捕捉到交配行为各阶段（如射精时）的NAc多巴胺信号特异性升高（图7c-f），为DA编码自然奖赏提供了直接证据。

结论与价值
GRABDA传感器填补了多巴胺检测技术的空白，其基因编码特性允许细胞特异性表达，避免了传统方法的侵入性限制。科学价值体现在：
1. 为神经递质研究提供了通用工具开发范式（如后续开发的GACH乙酰胆碱传感器）。
2. 揭示了多巴胺在复杂行为中的精确时空编码模式，例如果蝇蘑菇体的分区DA投射（图S5）和小鼠性行为的实时信号关联。应用层面，该技术可加速精神疾病机制研究和药物开发。

研究亮点
1. 方法创新：首次将GPCR构象变化与cpEGFP荧光输出耦合，实现高信噪比DA检测。
2. 动态范围扩展：DA1M与DA1H联合使用覆盖纳摩尔至亚微摩尔浓度范围。
3. 跨物种验证：从无脊椎动物到哺乳动物，均保持一致的性能。
4. 行为学突破：在自由活动动物中实现DA信号与自然行为的精准关联。

其他价值
该研究为GPCR基传感器设计提供了模板，后续可拓展至其他神经递质（如5-HT、GABA）的检测工具开发。此外，DA1H的亚秒级响应为研究突触传递的快速事件提供了可能。