钙离子是生物体内最重要的信号信使之一，参与肌细胞收缩、腺细胞分泌、神经递质释放、细胞增殖、 分化和凋亡等过程，钙离子浓度可以表征突触传递和神经元活动。

钙离子成像是指利用钙离子指示剂监测细胞内钙离子浓度的方法。在神经系统研究方面，在体（in vivo）或者离体（in vitro）实验中，钙成像技术被广泛应用于同时监测成百上千个神经元内钙离子的变化，从而检测神经元的活动情况。

钙离子成像技术需要根据实验要求选择合适的钙离子指示剂。广泛使用的钙离子指示剂有化学性钙离子指示剂（Chemical Indicators）和基因编码钙离子指示剂（Genetically encoded calcium indicators，GECIs）两类。

目前常用的基因编码钙离子指示剂就是将来自于绿色荧光蛋白（GFP）及其变异体（例如循环排列GFP、YFP、CFP）的荧光蛋白质，与钙调蛋白（CaM）和肌球蛋白轻链激酶M13域融合。当钙离子浓度上升时，会导致M13与CaM结合，从而改变cpEGFP的构象，将其从无荧光的状态变为绿色荧光。

XCaMP系列：

基于CaMKK为骨架，通过一系列的突变筛选，包括四种不同颜色：蓝色的XCaMP-B，绿色的XCaMP-G，橙色的XCaMP-O和红色的XCaMP-R。其中XCaMP-G的荧光强度比GCaMP6强，动作电位刺激诱发的钙离子反应性能也比GCaMP6有明显提高。结合特定的神经元特异的表达方法，可实现在自由活动状态下同时监测特定行为中三种不同神经元类型的活动；结合双光子显微镜，进行微结构功能成像，实现对突触前和突触后结构同时双色成像。

CaMPARI：

一种能够兼顾全局和微观的新型钙成像技术，包含CaMPARI以及CaMPARI2（第二代）。 其原理在于，CaMPARI蛋白在正常状态下会发出绿色荧光，而如果对这种蛋白同时使用高浓度钙离子与紫外光处理，它就会不可逆、永久地转变成另一种能发出红色荧光的构象， 即实现将瞬间的神经元活动变成永久的红色荧光蛋白表达。研究人员通过转基因技术将这种新型蛋白导入到实验动物的神经系统中，然后用高强度的紫外光照射动物的大脑，通过检查荧光，找到发红色荧光的神经元，这些神经元即是在紫外光照射期间活跃的神经元。 由于紫外光可以对着整个大脑进行照射，所以理论上，人们可以对全脑进行检查。

jRGECO1a&RcaMP：

红色的钙离子敏感蛋白，可以同GCaMP一起使用，标记同一小鼠同一脑区两类细胞的活动不同的神经元类型。

GCaMP-X：

无损伤钙离子探针，可保护依赖于L型钙通道的兴奋-转录耦合免受干扰，同时仍表现出部分GCaMP的优良Ca2+感应特性。适合超长时程钙信号的监测。

以AAV为载体的GCaMP是超强的钙离子指示剂，是目前广泛应用的钙离子研究工具，其突出优势是可以通过特异的启动子和定位序列实现在特定类型细胞或亚细胞结构表达。

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