Nature子刊：光遗传学技术获得重大突破

　　

生物通报道：光遗传学允许人们通过光照控制大脑的神经元活性。这一技术依赖能够抑制或刺激神经元电信号的光敏蛋白，还需要将光源植入大脑，让光到达需要控制的细胞。

日前，MIT副教授Ed Boyden领导研究团队开发了一个新型光敏蛋白，它们可以响应头骨外的光源，实现非侵入性的神经元控制。这种被称为Jaws的蛋白不仅可以在无植入光源的情况下进行长期研究，还能够影响更大量的组织。

这一成果发表在六月二十九日的Nature Neuroscience杂志上，将为光遗传学技术治疗癫痫等神经系统疾病奠定基础。

光遗传学技术诞生已经有十五年了，现在它已经成为许多实验室的一个常用工具，帮助人们进一步理解神经元的作用机制。这一技术包括改造神经元，使其表达光敏蛋白（例如视蛋白），这些蛋白能够控制进出细胞的离子流，进而调节神经元的电活性。

传统的光遗传学技术需要将光纤植入大脑，但这一过程比较困难，也不支持许多应用。举例来说，光纤植入不适合研究大脑发育和神经退行性疾病，也难以对慢性病进行长期研究。（延伸阅读：光遗传学之父Science再发突破性成果）

大自然的宝藏

自然界有许多微生物通过视蛋白感知光线，对环境做出反应。目前光遗传学使用的绝大多数天然视蛋白是应答蓝光或绿光，但实际上红光深入活组织的能力更强。

Boyden等人之前在细菌（Haloarcula marismortui和Haloarcula vallismortis）中发现了两种响应红光的光敏氯离子通道，但这些分子诱导的电流不够强，不足以控制神经元的活性。

研究人员在这项研究中，通过诱变和筛选，找到了既保留红光敏感性又能生成较强电流的蛋白Jaws。在这种蛋白的帮助下，他们能够通过大脑之外的光源，关闭小鼠大脑中的神经元活性。这种抑制可以达到3毫米深，与传统方法同样有效。

恢复视力

在视网膜色素变性中，视锥会慢慢萎缩，最终导致失明。此前有研究显示，通过基因工程技术让视锥细胞表达光敏蛋白，能够使小鼠恢复一定的视力。

为此，研究人员在小鼠视网膜中检测了Jaws蛋白的效果。研究显示，Jaws蛋白更贴近眼部的天然视蛋白，能够提供更广泛的感光能力。这说明，这种蛋白对于治疗视网膜色素变性可能更有用。

非侵入性的光遗传学技术，代表着光遗传学走向临床的重要一步。“鉴于这些分子来自于其他物种，我们必须仔细评估它们用于临床的安全性，”Boyden说。

 

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