自綠色熒光蛋白（GFP）點亮生命科學以來，熒光標記技術不斷突破。傳統明星tdTomato和EGFP雖仍占據實驗室“C位”，但新一代熒光蛋白如ChR2_H134R/EYFP、GCaMP6f、KikGR、Kaede和mNeonGreen正以獨特的光學特性與功能多樣性掀起科研新浪潮。它們不僅能“看見”細胞，更能“操控”細胞，甚至解碼疾病機理。本文將揭秘這五大新銳蛋白的獨門絕技，剖析其如何賦能神經科學與發育生物學。

ChR2_H134R/EYFP：光控神經回路的“開關大師”
ChR2_H134R/EYFP是一種光遺傳學工具，融合了光敏感離子通道ChR2與增強型黃色熒光蛋白EYFP，ChR2蛋白攜帶的功能增益突變（H134R）可產生更大的電流、更高的光敏性和更低的脫敏性。ChR2_H134R可通過藍光照射激活神經元并產生動作電位，而EYFP則用于可視化表達ChR2_H134R的細胞，幫助研究人員確認目標細胞的位置和分布 ^[1-2]。EYFP的發射波長為527 nm，與藍光激發的ChR2_H134R（~470 nm）兼容性良好，避免了光譜重疊導致的信號干擾問題。

圖1. ChR2_H134R/EYFP報告品系用于心臟成纖維細胞的研究 ^[3]。

RCL-ChR2_H134R/EYFP小鼠（產品編號：I001027）是在Rosa26位點條件性表達ChR2_H134R/EYFP的熒光報告模型。Cre重組前，ChR2_H134R/EYFP的表達被上游loxP-Stop-loxP元件阻斷；當與Cre小鼠交配后，可在子代表達Cre的組織中特異性表達ChR2_H134R/EYFP融合蛋白。該模型為光遺傳學研究提供了理想的工具動物，通過450-490 nm藍光照射即可在體內精確、快速地激活目標興奮性細胞。

GCaMP6f：鈣瞬變的“高速攝像機”
鈣離子指示劑一般分為兩類：化學鈣離子指示劑和基于蛋白質的基因編碼鈣離子指示劑（GECIs）。由于可以控制向目標細胞類型的特定傳遞，GECIs成為腦功能研究中的首選。GCaMP6是一種綠色熒光基因編碼鈣離子指示劑，因其在檢測神經元鈣離子瞬態的高靈敏度而被廣泛用于測量神經元活動，在某些條件下它甚至能檢測到由單個動作電位引起的單個鈣離子瞬態 ^[4]。GCaMP6f由鈣調蛋白（CaM）、環狀排列的增強型綠色熒光蛋白（cpEGFP）以及肌球蛋白輕鏈激酶M13結構域（M13）組成。在無鈣離子存在的條件下，cpEGFP無法發揮其功能；而當CaM與鈣離子結合后，能夠與M13結構域相互作用，進而引起cpEGFP構象的改變，此時cpEGFP可被激發并產生熒光信號。

圖2. GCaMP6f小鼠用于植入式神經刺激系統療法中神經信號激活監測 ^[5]。

RCL-GCaMP6f小鼠（產品編號：I001028）是在Rosa26位點條件性表達GCaMP6f的熒光鈣指示工具模型。Cre重組前，GCaMP6f的表達被上游Stop元件框阻斷；當與Cre小鼠交配后，Cre重組酶介導的loxP位點特異性重組將Stop序列移除，經過鈣結合（如神經元激活）可觀察到明亮的熒光信號。

KikGR與Kaede：細胞命運的“時空記錄儀”
KikGR與Kaede是一類光轉換熒光蛋白，能夠在紫外光激發下實現從綠色熒光到紅色熒光的不可逆轉換。這一特性突破了傳統熒光蛋白（如tdTomato）在時空標記方面的局限性，為細胞追蹤與命運圖譜研究提供了強有力的工具。在哺乳動物細胞內，KikGR的光電轉換效率更高，在綠色和紅色狀態下的亮度是Kaede的數倍 ^[6-7]。

圖3. 紫外光照射改變表達Kaede的細胞及Kaede轉基因小鼠的熒光特性 ^[8]。

Rosa26-CAG-KikGR小鼠（產品編號：I001211）是賽業生物通過基因編輯技術將CAG promoter-Kozak-KikGR-rBG pA基因表達組件整合到小鼠Rosa26位點中構建的，KikGR蛋白可在小鼠體內廣泛性地表達。除此之外，賽業還可提供類似的Kaede熒光報告鼠——Rosa26-CAG-Kaede小鼠（產品編號：I001118）。

mNeonGreen：超分辨成像的“燈塔”
作為GFP的升級版，mNeonGreen在活體成像中的亮度比GFP高出3倍-5倍，尤其在低表達組織中的檢測能力更強，能夠揭示GFP難以捕捉的微弱表達模式。其506/517 nm激發發射光譜完美兼容多色成像，mNeonGreen廣泛應用于超分辨率顯微鏡和活細胞成像。此外，mNeonGreen被成功用于追蹤內源性蛋白質，并標記特定的亞細胞結構，如細胞核和質膜，特別適合用于精細的亞細胞定位研究 ^[9]。

圖4. mNeonGreen蛋白呈現比GFP蛋白更好的體內成像效果 ^[10]。

TG-CAG-mito-mNeonGreen小鼠（產品編號：I001183）是通過轉基因技術將CAG-mito-mNeonGreen基因表達元件整合到小鼠基因組中構建的。該模型可用于線粒體的功能、定位和動態等研究，是研究亞細胞結構動態的理想工具。

“我們不僅需要更亮的熒光，更需要聰明的光”。從“看見細胞”到“操控生命”，新型熒光蛋白正重新定義生命科學的邊界。

參考文獻

• Magown P, Shettar B, Zhang Y, Rafuse VF. Direct optical activation of skeletal muscle fibres efficiently controls muscle contraction and attenuates denervation atrophy. Nat Commun. 2015 Oct 13;6:8506.
• Ganji E, Chan CS, Ward CW, Killian ML. Optogenetic activation of muscle contraction in vivo. Connect Tissue Res. 2021 Jan;62(1):15-23.
• Wang Y, Li Q, Tao B, Angelini M, Ramadoss S, Sun B, Wang P, Krokhaleva Y, Ma F, Gu Y, Espinoza A, Yamauchi K, Pellegrini M, Novitch B, Olcese R, Qu Z, Song Z, Deb A. Fibroblasts in heart scar tissue directly regulate cardiac excitability and arrhythmogenesis. Science. 2023 Sep 29;381(6665):1480-1487.
• Park K, Liyanage AC, Koretsky AP, Pan Y, Du C. Optical imaging of stimulation-evoked cortical activity using GCaMP6f and jRGECO1a. Quant Imaging Med Surg. 2021 Mar;11(3):998-1009.
• Park DW, Ness JP, Brodnick SK, Esquibel C, Novello J, Atry F, Baek DH, Kim H, Bong J, Swanson KI, Suminski AJ, Otto KJ, Pashaie R, Williams JC, Ma Z. Electrical Neural Stimulation and Simultaneous in Vivo Monitoring with Transparent Graphene Electrode Arrays Implanted in GCaMP6f Mice. ACS Nano. 2018 Jan 23;12(1):148-157.
• Ando R, Hama H, Yamamoto-Hino M, Mizuno H, Miyawaki A. An optical marker based on the UV-induced green-to-red photoconversion of a fluorescent protein. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002 Oct 1;99(20):12651-6.
• Tsutsui H, Karasawa S, Shimizu H, Nukina N, Miyawaki A. Semi-rational engineering of a coral fluorescent protein into an efficient highlighter. EMBO Rep. 2005 Mar;6(3):233-8.
• Tomura M, Yoshida N, Tanaka J, Karasawa S, Miwa Y, Miyawaki A, Kanagawa O. Monitoring cellular movement in vivo with photoconvertible fluorescence protein "Kaede" transgenic mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Aug 5;105(31):10871-6.
• Hostettler L, Grundy L, Käser-Pébernard S, Wicky C, Schafer WR, Glauser DA. The Bright Fluorescent Protein mNeonGreen Facilitates Protein Expression Analysis In Vivo. G3 (Bethesda). 2017 Feb 9;7(2):607-615.
• Shaner NC, Lambert GG, Chammas A, Ni Y, Cranfill PJ, Baird MA, Sell BR, Allen JR, Day RN, Israelsson M, Davidson MW, Wang J. A bright monomeric green fluorescent protein derived from Branchiostoma lanceolatum. Nat Methods. 2013 May;10(5):407-9.