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章魚胺（Octopamine, OA）是無脊椎動物中關鍵的單胺類神經遞質，其化學結構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、產卵和聯想學習等。然而，關于OA在聯想學習中的時空動態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），開發了能夠特異性檢測OA的熒光探針GRABOA1.0（簡稱OA1.0），并構建了轉基因果蠅，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遞質酪胺（Tyramine, TA）在結構上的差異僅為一個羥基，傳統的活體檢測方法通常難以區分它們。幸運的是，OA熒光探針對OA表現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釋放的時空動態進行了首次檢測，并且進一步發現OA的釋放依賴于MB中KC細胞（Kenyon cells）釋放的乙酰膽堿（Acetylcholine，ACh）。

結合實驗室前期開發的多巴胺（Dopamine, DA）探針和ACh探針，該研究發現OA通過作用于多巴胺能神經元上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，該研究不僅開發了新型OA熒光探針，還解析了OA影響DA信號從而調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，為理解復雜的神經遞質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-清華生命科學聯合中心、國家自然科學基金、北京市科委、生命醫學峰基金、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和經費的大力支持。