G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors,GPCRs）是最大的膜蛋白家族之一,也是重要的药物靶点。GPCR所产生的不同生理效应主要通过G蛋白异源三聚体介导。GPCR与配体结合后发生构象改变,促进与之偶联的G蛋白异源三聚体中的Gα亚基发生GDP与GTP交换进而被激活,伴随Gα亚基与Gβγ亚基之间相互作用的变化,并启动各种胞内信号转导。Gα蛋白可分为Gαi/o、Gαs、Gαq/11和Gα12/13四大家族,它们介导着不同类型的信号转导。因此,检测不同G蛋白亚型的激活,是研究GPCR所介导的各种下游信号与细胞应答的直接手段。C族GPCR主要包括代谢型谷氨酸受体（metabotropic glutamate receptors,m Glu receptors）、γ-氨基丁酸B型受体（GABAB receptors）、钙敏感受体、味觉受体等。其中m Glu受体和GABAB受体是中枢神经系统中主要的兴奋性和抑制性神经递质的受体,其功能的异常往往与众多神经疾病的形成相关。虽然研究已经发现了m Glu受体与GABAB受体可以激活部分G蛋白亚型,但是否有其他G蛋白亚型也可以被激活,尤其是在神经元中这些受体对不同G蛋白的激活模式和差异还并不清晰。本文首先基于G蛋白三聚体激活后的相互作用发生变化的理论基础,利用生物发光共振能量转移（Bioluminescence Resonance Energy Transfer,BRET）技术,开发并优化了一类能够在活细胞中检测G蛋白不同亚型活性的生物探针。通过检测已知GPCR对特定G蛋白亚型的激活,本文确认了该类生物探针可以应用于检测Gi1、Gi2、Gi3、Go A、Go B、Gq、Gs和G13八种G蛋白亚型的激活,涵盖了G蛋白家族中主要的成员。进一步,本文还通过优化BRET的能量供体分子在Gα亚基上插入的位置,以及Gα亚基与Gβγ之间的配对,增强了其中Gq、Gs和G13生物探针的检测窗口。接着,应用该类生物探针,本文分析了所有m Glu受体家族成员（m Glu1到m Glu8）以及GABAB受体对不同G蛋白亚型的激活特征。结果验证了m Glu1和m Glu5可以激活Gq蛋白,m Glu2/3、m Glu4/6/7/8和GABAB受体可以激活Gi/o蛋白家族,如Gi1和Go A,这与之前的报道一致。同时,本文还发现m Glu1和m Glu5还可以激活Gi/o蛋白,一些m Glu受体和GABAB受体可以激活G13、Gq蛋白。这暗示m Glu受体和GABAB受体可能通过偶联新的G蛋白亚型发挥新的功能。最后,本文还在原代培养的神经元中检测了内源性表达的GABAB受体对Gi/o蛋白的激活。虽然Gi和Go生物探针在神经元中的表达水平很低,但却具有与过表达HEK细胞体系类似的BRET变化窗口,这进一步验证了该类生物探针的灵敏性。该生物探针还可以在神经元中检测GABAB受体激动剂、拮抗剂和变构剂的药理学曲线。综上所述,本课题开发了一类G蛋白活性检测探针,并初步在两大类神经递质GPCR上进行了验证,发现了m Glu受体和GABAB受体可以激活一些新的G蛋白亚型,并进一步在原代神经元中验证了该探针可以用于内源性GPCR的G蛋白活性检测。现有的检测内源性GPCR活性的生物探针还很缺乏,这类生物探针具有高灵敏性,将可以作为GPCR活性检测,尤其是内源性GPCR药理学检测的新方法。但对于m Glu受体与GABAB受体激活新的G蛋白通路可能介导的生理功能,以及该类探针在内源性GPCR中应用的普适性还有待进一步深入研究和探讨。