登上Cell子刊封面：林睿/罗敏敏合作开发神经元高亮标记技术，建立新一代单神经元重构平台

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

哺乳动物的大脑是一个错综复杂的神经元回路网络，由数十亿个神经元通过数以万亿计的突触相互连接而成。在这个复杂的结构中，单个神经元在形态、转录身份和功能作用方面表现出显著的异质性。揭开大脑的组织原则和功能连接性需要具备单细胞分辨率的方法学，以捕捉这种多样性。

基因标记、高分辨率成像和计算分析方面的最新进展，极大地促进了在哺乳动物系统中对整个大脑神经元形态的重建工作。这些进展为了解介观尺度（即细胞水平）的连接性和支撑大脑功能的结构模式提供了关键见解。然而，要想生成具有单神经元分辨率的全面大规模脑图谱，仍需在标记准确度和成像效率方面取得进一步创新。

近日，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院林睿实验室与北京脑科学与类脑研究所罗敏敏实验室合作，在 Cell 子刊Neuron上发表了题为：Ultrabright Chemical Labeling Enables Rapid Neural Connectivity Profiling in Large Tissue Samples 的研究论文，该论文还被选为当期封面论文。

该研究提出了一种高亮的小鼠全脑/全身神经元快速化学荧光标记方法——LINCS（Labeling Individual Neurons with Chemical dyes and Controllable Sparseness）。该方法兼容组织透明化方法与光片显微成像技术，并简化了样本制备流程，实现快速、高亮且均匀的标记。同时，该研究开发了稳定稀疏度的神经元稀疏标记策略，通过将 LINCS 与不同的稀疏标记策略结合，建立了新一代基于光片显微成像的全脑单神经元重构方案。

该研究提出了 LINCS，它克服了当前神经解剖学绘图方法在速度、信号稳健性和可扩展性方面的关键限制。LINCS 利用一种溶解度增强的 TurboID（seTurboID）在特定类型的神经元中产生广泛的生物素化标记。这些生物素标记随后通过快速整体染色被荧光团偶联的单链链霉亲和素识别，从而产生超亮信号，适用于光片成像和后续的连接分析——从单个神经元到透明化组织中的全身神经回路。该封面图片隐喻地描绘了这一过程：一位穿越黑暗稻田的旅行者手持一盏灯笼（代表seTurboID），灯笼里装的是发光的萤火虫（代表生物素分子）。当萤火虫飞出时，它们照亮了道路，象征着被 LINCS 明亮标记的精细神经元轴突。

全面绘制整个神经系统的神经元连接图谱仍然是神经科学领域的一项基础性挑战。

在这项新研究中，研究团队介绍了一种名为LINCS（基于化学染料与可控稀疏度的单神经元标记）的新技术，能够实现对小鼠全脑及全身特定细胞类型的快速、超亮且光稳定的标记。

LINCS利用邻近标记（proximity labeling）方法，通过结合 Cre 依赖型 AAV 与特定 Cre 转基因小鼠品系，在神经元中表达可溶性增强型工程化生物素连接酶（solubility-enhanced TurboID，简称为seTurboID），并为小鼠提供生物素饮水。生物素扩散入细胞后被 seTurboID 催化，共价标记至胞内蛋白，完成神经元的高效在体内的生物素化。随后，LINCS 通过荧光染料偶联的链霉亲和素（Streptavidin）进行全脑染色，将生物素标记转化为荧光信号，从而实现细胞类型和神经环路特异性的靶向神经元标记。

结合组织透明化与光片显微镜技术，该体系构建了可高效解析中枢神经系统与外周神经系统中长程神经元投射的完整方案。此外，研究团队还开发了基于 CRISPR-Cas9 介导 Cre 敲除的腺相关病毒（AAV）策略，实现稳定的稀疏标记，从而支持大规模的单神经元精细形态重建。

总的来说，该研究开发的 LINCS 技术，通过创新性的结合工程化 seTurboID 与单价链霉亲和素，突破了现有方案在标记速度、信号强度与均匀性以及组织穿透性上的核心瓶颈。LINCS 流程可适配从全脑到全身的跨尺度样本，并兼容多模态技术，为神经元连接组学研究提供了高效、稳定、易用且可扩展的解决方案。

论文链接：

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(25)00657-9