神经调控是解析脑功能与神经环路、揭示重大脑疾病发生发展机制的重要研究途径之一。相较于声、光、磁等物理调控方式，化学神经调控则是通过调节神经递质、神经调质等生物活性分子干预神经活动，更贴近大脑固有的化学过程，在脑科学基础研究和神经疾病干预中具有重要应用前景。然而，现有的化学神经调控方法仍面临时空分辨率有限、活性分子易泄漏或稳定性不足，以及部分策略依赖基因编辑等问题。如何兼顾高时空分辨率和长期稳定性，是该领域亟待解决的关键问题之一。

针对上述问题，化学学院毛兰群课题组设计并构建了上转换纳米颗粒与金属有机框架耦合的核壳纳米材料（UCNP@MOF-NO），建立了近红外光按需控制一氧化氮（NO）释放的化学神经调控原理和方法。该材料以UCNP为核、MOF为壳，并将光敏NO供体共价固定于MOF骨架。共价连接有效抑制了小分子供体泄漏，使材料保持一周以上的稳定性；UCNP则将组织穿透能力较强的近红外光转换为紫外光，触发NO供体快速光解，从而实现稳定、高效且具有良好时空分辨率的NO释放。近红外光触发释放的NO可诱导TRP离子通道开放，促进Ca2+内流，并激活sGC–cGMP信号通路，进而引发神经递质胞吐，实现对神经元兴奋性的调节。课题组通过单细胞安培法记录了刺激诱导的胞吐过程，利用活体电分析方法研究了NO的按需释放；在体电生理结果表明，近红外光照射后，海马CA1区神经元放电频率提高约70%。该研究将深层组织近红外光控制与内源性信号通路相结合，实现了活体脑内高时空分辨的化学神经调控，为研究神经化学信号传递机制提供了新工具，也为发展精准、无需基因编辑的神经调控方法提供了新思路。

近几年来，在国家自然科学基金委员会、科技部、中国科学院和北京市自然科学基金委员会等支持下，毛兰群课题组长期围绕脑化学信号的测量、调控与模拟开展系统研究，已发展一系列脑内神经化学信号原位检测与神经调控方法。近年来，团队建立了多巴胺、5-羟色胺、一氧化氮、氧气和硫化氢等神经化学分子原位传感方法（Nat. Commun. 2020, 11, 3188; J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 16861–16867; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 14678–14686; Nat. Commun. 2024, 15, 7915），并围绕运动调节胞吐的化学机制、谷氨酸能神经元调控的多功能蛋白工具、以及人工金属酶介导的神经调控等开展研究（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202511277; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202506692; Sci. Adv. 2025, 11, eady3842），为解析神经化学机制及发展神经调控策略提供了新的策略和方法。

以上关于近红外光控制一氧化氮分子释放实现神经的化学调控的工作以“Spatiotemporally Precise Chemical Neuromodulation through MOF-Mediated Near-Infrared Control of Endogenous Signaling”为题，于近日发表于Journal of the American Chemical Society（J. Am. Chem. Soc. 2026, 148, 26422–26433）。北京师范大学化学学院2023级博士研究生来逢雨为论文第一作者；北京师范大学毛兰群教授和中国科学院化学研究所马文杰副研究员为通讯作者；北京师范大学化学学院为第一完成单位。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c06331