自从1962年科学家首次在水母体内发现绿色荧光蛋白（GFP）以来，这种神奇的蛋白质技术获得了飞速发展，成为生物学功能研究的重要工具之一。除了水母中的绿色荧光蛋白，研究人员还从其他动物体内分离获得了多种GFP样的荧光蛋白。在过去的十年里，各种不同光谱的荧光蛋白不断被发现，受此启发的研究人员一直期待开发出一种能够直接显像生物功能的工具。

除了最常见的利用荧光蛋白成像观测基因表达和蛋白质动态外，现在科学家们还利用荧光蛋白生成了生物传感器，可用于检测离子和小分子浓度、酶活性、蛋白质翻译后修饰及蛋白构象改变。此外，一些荧光蛋白具有独特特性，可在适当刺激下经历结构改变，打开荧光开关或改变荧光发射波长，从而能够脉冲标记细胞或分子亚群，实现复杂的动力学时空分析。本期生物通编辑带您了解荧光蛋白目前的各种广泛用途及未来的潜在应用领域。

单体荧光蛋白：目前单体荧光蛋白被广泛应用于确定蛋白质定位和丰度，进而追踪细胞过程，例如膜脂形成、细胞形状改变、组装和移动。此外，还可用作单链的成分、荧光共振能量转移（FRET）的供受体以及单细胞的填充物。

复合荧光蛋白：某些复合荧光蛋白比同样颜色的单体荧光蛋白明亮得多，因而可用于报告基因表达和标记细胞，常被优先用于优化信噪比。主要应用是填充和追踪细胞。2007年，科学家利用多个复合和单体荧光蛋白“标记”了小鼠大脑中上百个细胞，一个个拖着长长神经纤维的神经细胞就像五颜六色的风筝，整齐排布或彼此相交，科学家将这种小鼠命名为“Brainbow”（彩虹）小鼠。

可逆开关型荧光蛋白：某些荧光蛋白在光照下，发光基团的构象会发生改变，自发逆转导致荧光亮度增高或降低。在某些情况下，当一种特殊的吸收峰形成时，新波长的光可加速这种逆转。这些蛋白常被作为探针用于基于单分子的超分辨显微检测中。

不可逆开关型荧光蛋白：某些荧光蛋白在光照下可发生结构的共价改变，从而在特异的波长下发光。其主要应用包括连接性追踪、蛋白扩散和超分辨显微检测。

多成分感受器：不同于单一感受器用于检测蛋白质定位或丰度，复杂的报告系统利用各种颜色的荧光蛋白同时标记多种蛋白质构建形成。例如，日本RIKEN脑研究的科学家利用荧光泛素化为基础的细胞周期指示剂和双色荧光探针，进行活体细胞周期定位分析，称为Fucci。此外，还有一种特异的RNA标记物能够同时招募微弱互补的荧光片段，与序列特异性的RNA结合蛋白相融合。这些自发互补的GFP片段在不同细胞中表达，从而揭示细胞与细胞间的相互作用。

生色团调控感受器：在生色团调控感受器中，非共价键结构改变可影响单个荧光蛋白域的荧光性。pH和氧化还原感受器则通过发光团或荧光蛋白β-桶装区的氨基酸进行传感。其他感受器则依靠从传感区到融合荧光蛋白区的构象改变进行传递。在大多数情况下，荧光改变都是由于发光团质子效应改变所致。例如，lumenal pHluorin感受器可用于分析突触小泡的胞吐作用。

FRET感受器：适用于各种信号和蛋白的FRET荧光蛋白感受器常被设计用于检测信号诱导的构象改变，这些构象改变可以影响荧光蛋白间的荧光共振能量转移。例如，磷酸化可以改变融合在末端的荧光蛋白的距离或定向，从而改变荧光共振能量转移。此外，两种蛋白还可以信号依赖的方式相互作用，从而使得融合荧光蛋白间的荧光共振能量转移增强。这些设计适用于各种信号，例如用于检测激酶活性、组蛋白甲基化以及细胞内Ca2+和谷氨酸。

（生物通：何嫱）