应用光解笼锁钙技术研究神经血管耦联的现状

神经血管耦联是调节血液供应以满足神经元激活所需能量和氧气的重要神经微环路,钙离子在其中发挥着重要作用。将钙离子封存在光化学不稳定的化合物(钙笼)中的过程称为笼锁钙技术,而光解笼锁钙技术则是与笼锁钙技术相反的过程,通过使用合适波长的光源将钙离子从钙笼中释放出来发挥作用。光解笼锁钙技术可以实现在时间、空间及浓度上操控钙离子。笔者现就应用光解笼锁钙技术研究神经血管耦联的现状进行综述,以期为神经血管耦联领域中与钙离子有关的科学问题研究提供更加便利的工具以及增加研究的可行性。

激光调控细胞钙信号的技术与机制

钙离子是细胞内重要的第二信使,调节基因转录、能量合成及细胞增殖和凋亡等功能。细胞膜与细胞器上钙相关蛋白协同作用,形成复杂而有序的钙信号网络。在亚细胞结构上特异性激活与抑制某个钙相关蛋白而不影响其他蛋白及其他细胞器能够极大促进亚细胞结构钙信号调节机制及相关功能研究。然而,由于药物在细胞内的自由扩散及蛋白在细胞内的广泛表达,药物的分子特异性及空间特异性有限,因此基于激光的钙信号调节方法得到发展。主要讨论了光解锁笼、光遗传以及全光调控三种基于激光的高空间分辨率的细胞内钙信号调控技术的优点及局限性。理论上,它们对细胞的刺激可以局限在亚微米区域。特别地,分析阐述了基于多光子激发的低功率近红外飞秒激光调控细胞内钙信号的新型技术与机制。