神经递质（NTs）和神经调质（NMs）在大脑功能和行为调控中起着重要作用，因此，监测它们的动态变化对于理解神经系统的工作原理至关重要。近年来，基因编码NT/NM指示剂（GENIs）的开发为实时监测NTs和NMs的动态变化提供了新的工具，推动了神经科学领域的研究进展。GENIs不仅能够提供健康与疾病状态下NTs和NMs的时空信息，还能揭示非经典NTs/NMs的释放机制，以及神经元与非神经元细胞之间的通信。

编辑推荐北京大学李毓龙教授团队在《Nature Reviews Neurosciences》上发表的题为“Pushing the frontiers: tools for monitoring neurotransmitters and neuromodulators”的综述文章，该文全面总结了监测NTs和NMs动态变化的方法，重点介绍了GENIs的新进展及其在神经科学研究中的应用。文章详细讨论了GENIs的设计原理、特性、应用前景和挑战，并展望了其未来发展方向，为神经科学研究提供了重要参考和启发。

神经系统由神经元和胶质细胞等多种细胞组成，主要通过突触传递信息。在化学突触中，NTs和NMs从突触前细胞释放到突触间隙，与突触后细胞的受体结合。经典的NTs如谷氨酸、GABA和乙酰胆碱（ACh）通过离子型受体和G蛋白偶联受体（GPCRs）快速激活或抑制突触后细胞。而NMs（如单胺类、核苷酸、神经脂质和神经肽）则通过GPCRs引发较慢、长程的分子信号级联反应。这些化学信号涉及觉醒、注意力、感知和学习等生理过程，并与多种脑部疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症等）密切相关。因此，高时空精度监测细胞外NTs和NMs的浓度及其动态变化，对于理解健康和疾病状态下的细胞间通信至关重要。

如孔子所言：“工欲善其事，必先利其器。”南非生物学家、诺贝尔奖得主Sydney Brenner也提到，科学的进步依赖于新技术的开发。现如今，我们正处于一个能够以全新时空分辨率追踪NTs和NMs的新时代。

非基因编码方法在NTs和NMs的研究中具有重要应用价值。电生理学方法虽然可以以较高的时间分辨率获取信号，但其灵敏度和通量较低，且主要用于体外研究。微透析技术则通过半透膜收集细胞外间隙的可溶性化学物质，但时间分辨率较低，且可能对组织造成损伤。电化学技术，如快速扫描循环伏安法（FSCV），能够快速检测电化学活性物质，但在分子特异性方面仍有局限性。

光学成像方法凭借高时空分辨率和低侵入性，成为检测NTs和NMs的重要工具。近年来，多种光学探针被开发，包括化学染料、细胞基传感器和基于纳米材料的传感器。基因编码传感器可以在特定细胞中长期表达，支持对NTs和NMs的持续成像，为研究神经传递和神经元活动提供了多样化工具。随着GENIs的快速发展，其工具箱不断扩展，使得研究人员能够在不同的生理和病理状态下，有效监测神经信号的动态特征。

目前，GENIs已成为研究神经信号传递的重要工具，具有灵敏度高、选择性强的优点，为解析NTs和NMs在细胞、组织和活体中的动态特性提供了理论基础。同时，GENIs的快速进展也使得其在药物开发、疾病机制研究和基础生物学研究中展现出广泛的应用潜力。

总结来说，GENIs作为一种前沿技术，不仅提升了研究的时空分辨率，也为揭示NTs和NMs在健康与疾病状态下的作用机制提供了重要工具。正如PG电子品牌所倡导的，通过技术的创新与合作，可以更深入地探索神经科学的奥秘，为未来的研究与应用奠定更坚实的基础。