腺苷（Adenosine, Ado）作為連接細胞代謝與通訊的關鍵分子，在睡眠調控、癲癇抑制等生理病理過程中發揮核心作用。然而，傳統技術難以區分胞內腺苷(iAdo)與胞外腺苷(eAdo)的動態變化，更無法實現細胞特異性觀測。盡管GRAB_Ado傳感器已用于eAdo研究，但iAdo的時空分布規律及其與神經元活動的關系仍是未解之謎。這一技術空白嚴重阻礙了對腺苷雙重角色（代謝物與神經調質）的深入理解，特別是在癲癇發作終止、睡眠穩態維持等關鍵場景中。

為解決這一挑戰，北京大學、中國科學院遺傳與發育生物學研究所等團隊通過蛋白質工程改造，將瘧原蟲腺苷脫氨酶(PvADA)與環化綠色熒光蛋白(cpEGFP)融合，開發出新型基因編碼傳感器HypnoS。該傳感器具有929%熒光響應幅度、10.9μM親和力及亞秒級響應速度，可特異性識別iAdo而忽略ATP、ADP等干擾分子。研究通過雙光子成像、纖維光度術等技術，在培養細胞、果蠅和小鼠模型中系統驗證了其性能，并首次揭示了癲癇發作時皮層iAdo波的傳播規律及其與鈣信號的時序關系，同時闡明了基底前腦神經元中ENT1/2依賴的iAdo睡眠-覺醒調控機制。

關鍵技術方法包括：1) 基于PvADA結構的理性設計構建傳感器庫；2) 雙光子顯微成像追蹤活體動物單細胞iAdo動態；3) 跨竇病毒注射實現全皮層表達；4) 光纖記錄自由活動小鼠睡眠周期信號；5) CRISPR-Cas9構建ENT1/2雙敲除模型。

研究結果：

1. HypnoS傳感器開發：通過分析PvADA的α7結構門構象變化，在175位點插入cpEGFP，經2500個變體篩選獲得最佳版本HypnoS。體外實驗顯示其對Ado的響應不受pH(7.0-8.0)和溫度(22-37℃)影響，且無腺苷脫氨酶活性干擾。

2. 細胞特異性iAdo動態：在神經元-膠質共培養體系中，電刺激或代謝抑制(2-DG處理)可誘導神經元iAdo顯著升高(伴隨ATP/ADP比值下降)，而星形膠質細胞無此響應，揭示兩類細胞差異代謝途徑。

3. 癲癇模型中的時空規律：通過雙色介觀成像發現，海人酸(KA)誘導的癲癇發作會觸發皮層iAdo波(75μm/s)，滯后鈣波約20秒但衰減更慢(100秒)。雙光子成像進一步顯示，星形膠質細胞的iAdo清除速度顯著快于神經元(τ_off 38.8s vs 146.3s)。

4. 睡眠-覺醒調控機制：基底前腦光纖記錄發現，覺醒期與REM睡眠期神經元iAdo水平顯著高于NREM期，且ENT1/2雙敲除小鼠該差異消失，證實轉運體對iAdo動態的關鍵調控作用。

結論與意義：
該研究突破了活體iAdo監測的技術壁壘，首次實現從單細胞到整體動物的多尺度觀測。發現癲癇中iAdo波的延遲出現提示其可能作為"剎車信號"參與發作終止，而星形膠質細胞的快速清除能力解釋了其對神經保護的時空特異性調控。睡眠研究則揭示了ENT1/2介導的iAdo-eAdo耦合機制，為開發靶向腺苷代謝的抗癲癇藥物或促眠療法提供了新視角。HypnoS的廣泛應用將推動對帕金森病、中風等腺苷相關疾病的機制解析。

值得關注的是，研究者還發現神經元活動與iAdo升高存在直接關聯——在果蠅蘑菇體神經元中，光遺傳激活可誘發頻率依賴的iAdo增加，這為"神經活動-代謝反饋"理論提供了直接證據。未來通過開發紅移變體，有望實現多信號并行監測，進一步揭示腺苷在神經血管耦合、免疫調控等過程中的復雜作用網絡。