Pisces系統（全稱Photo-inducible single-cell labeling system）是由中國科學院腦科學與智慧型技術卓越創新中心杜久林研究組開發的一種光遺傳學工具。該系統以斑馬魚為模型，首次在活體脊椎動物中實現了對任意單個神經元的形態、活動和分子信息的整合標記。其核心在於設計了一套核定位光控蛋白轉運系統，使用405 nm雷射激發，可快速標記完整神經元形態，並能與鈣成像、單細胞RNA測序等技術兼容，用於構建神經元的多模態數據。
基於該技術，陶榮坤課題組進一步升級開發出Pisces2系統，具備更快的標記速度和更強的螢光信號。
基本介紹
- 中文名：光誘導單細胞標記系統
- 外文名：Pisces system
基本簡介,技術原理,技術優勢,套用與成果,研究團隊與項目支持,
基本簡介
Pisces系統，全稱為光誘導單細胞標記系統（Photo-inducible single-cell labeling system），是一種用於神經科學研究的創新型光遺傳學工具。該系統由中國科學院腦科學與智慧型技術卓越創新中心（神經科學研究所）杜久林研究組開發，相關研究成果於2025年8月20日線上發表於國際學術期刊《Nature Communications》。
Pisces系統以斑馬魚為模型，首次在活體脊椎動物中實現了對任意單個神經元的形態、活動與分子信息的整合標記，旨在突破“全腦尺度單神經元多模態解析”的技術壁壘。其核心技術在於設計了一種核定位光控蛋白轉運系統，通過融合光裂解蛋白（PhoCl）與光轉換螢光蛋白（mMaple），並精確平衡核定位信號（NLS）與核輸出信號（NES）。
在405 nm雷射激發後，螢光蛋白能以約1.02 μm/s的速度快速擴散至整個細胞，在小時級內完成完整神經元形態標記，速度較傳統被動擴散方法提升10-50倍。Pisces系統具有環境光適應性、高精度及高兼容性等特點。
研究團隊已開發出性能更優的Pisces2系統，並計畫將該技術拓展至包括哺乳動物在內的其他模式動物。
技術原理
Pisces系統的核心創新在於設計了一種核定位光控蛋白轉運系統。該系統旨在通過光控手段，在活體動物中實現任意單個神經元形態、活動與分子信息的整合標記。
當使用405 nm雷射照射時，可瞬時切割PhoCl，導致mMaple從綠色螢光轉換為紅色螢光。並在NES的主動運輸作用下，以約1.02 μm/s的速度快速擴散至整個細胞。這一過程使得Pisces系統可在小時級時間內標記完整的神經元形態，其標記速度較傳統依賴被動擴散的方法快10-50倍。
技術優勢
多模態兼容性是Pisces系統的另一核心優勢，與在體鈣成像、單細胞RNA測序、螢光原位雜交等多種神經科學研究技術高度兼容，能夠實現對神經元形態、活動與分子信息的整合標記與分析。在標記穩定性方面，該系統在環境光條件下保持穩定，支持長達16小時的連續觀察。
該技術已進一步疊代升級，開發出Pisces2系統，具備更快的標記速度和更強的螢光信號。
套用與成果
Pisces系統在研究中實現了單神經元形態、活動與分子信息的整合標記，為神經環路研究提供了“結構—活動—分子”三位一體的新視角。該系統成功繪製了包括藍斑核去甲腎上腺素能神經元在內的複雜全腦投射圖譜，支持多腦區神經元追蹤。
在功能與形態關聯方面，Pisces結合鈣成像在斑馬魚視頂蓋區建立了神經元“活動類型—完整形態類型”的配對數據，揭示了投射型與中間型神經元在光回響和樹突結構上的差異。在分子與形態關聯方面，研究利用單細胞RNA測序和螢光原位雜交解析了韁核左右側神經元在信號通路上的差異及其與形態的空間對應關係。
這些成果為解析神經環路提供了新視角和技術平台。
研究團隊與項目支持
該研究成果由中國科學院腦科學與智慧型技術卓越創新中心（神經科學研究所）杜久林研究組完成，杜久林研究員和副研究員陶榮坤（現廈門大學醫學院副教授）為該論文的共同通訊作者，陶榮坤博士和孫樂博士為該論文的共同第一作者。
錢昱、陳鈺涵、黃奕銘、孫怡迪研究員以及溫州醫科大學附屬台州醫院的關春雨醫生、王明倉主任對該研究做出了重要貢獻。
該研究是腦智卓越中心與廈門大學醫學院陶榮坤課題組的合作成果。
該研究獲得了國家科技創新2030重大專項、科技部重點研發計畫、國家自然科學基金、上海市自然科學基金及中國科學院青促會等基金的資助。
