荧光蛋白样品。课题组供图

本报讯（记者温才妃）西湖大学教授张鑫团队提出一种全新策略：不再局限于颜色，而是通过调控荧光蛋白的发光时间——荧光寿命，创造出具有不同寿命的荧光蛋白突变体。这种被称为时间分辨荧光蛋白的技术覆盖全可见光谱，并实现了宽范围荧光寿命调控。近日，相关研究成果发表于《细胞》。

日常生活中，人们依赖色彩来分辨万物。而在细胞世界里，生命的微观活动常常是“无色”的。为看清细胞内的物质，科学家将目标分子标记上荧光分子。在特定激发光的照射下，这些分子发出荧光，从而“点亮”所要观察的对象。然而，生命的复杂性远超想象，即使拥有多种荧光颜色，仍难以同时追踪多个动态过程，而新颜色的开发又受限于可见光谱的物理边界。

研究团队另辟蹊径，将目光投向了荧光分子超越颜色的新维度——荧光寿命。与日常见到的光不同，荧光需要先被一束激发光照射才能发出。这束光提供能量，让荧光分子中的电子“跃迁”到能量更高的激发态。荧光寿命就是指电子在激发态“停留”的平均时间，这个时间通常在纳秒级别，是每种荧光分子独有的“身份特征”。

他们系统改造了覆盖整个可见光谱的7种荧光蛋白，成功构建出包含28个不同荧光寿命突变体的“彩虹”工具库。过去，仅靠荧光颜色进行区分，科学家最多只能在细胞内同时观察6种不同的结构。现在，结合荧光光谱和荧光寿命两个维度，研究团队成功观察到了9种。

为进一步验证这套系统的多重成像能力，研究团队改进了传统的细胞周期指示剂，使用颜色相同但寿命不同的荧光蛋白，仅占用一个颜色通道，就能全程追踪细胞周期。他们将荧光寿命成像推进至超分辨率层面，成功获得了不同寿命的突变体，并将其与HaloTag-SiR染料系统联用，在活细胞内实现了对4种靶标的超高分辨寿命成像。他们还开发出一种新方法，通过荧光寿命值直接反推细胞内两种蛋白质的化学计量比。这意味着，荧光寿命不仅能“看得到”，还能“算得清”，为活细胞定量研究提供了新工具。

这项研究将荧光寿命成功发展为继颜色之后的又一个通用维度的成像手段，不仅打造了一套覆盖全光谱的荧光寿命“彩虹”工具库，而且大大提高了人类在活细胞内进行实时、动态、多靶标观测的能力，为理解生命复杂体系提供了强大的技术平台，助力实现“细胞内部可视化”。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.035