光遗传学首次用于控制肿瘤发生

　　

生物通报道：2014年10月，Nature Methods杂志在十周年之际推出了纪念特刊，点评了在过去十年中对生物学研究影响最深的十大技术，其中就包括光遗传学技术。我们可以毫不夸张地说，光遗传学技术给神经学带来了一场革命。现在，这一技术已经迅速成为了许多实验室里的标准工具。尽管光遗传学还不是一个家喻户晓的名词，不过它已经进入了科研领域的主流。越来越多的人相信，光遗传学技术不仅可以阐明疾病机理，还能够治疗多种人类疾病。

2015年1月，来自欧洲高级研究中心的科学家们，首次成功地通过光遗传学来控制精子的功能。他们将一种用于cAMP合成的光激活酶，插入缺乏内源酶的小鼠精子。这些小鼠的精子通常是非运动性的，因此小鼠是不育的。用蓝光刺激这些精子之后，它们能够产生cAMP，开始再次游动，甚至能够使卵细胞受精。相关研究结果发表在国际著名学术期刊《eLife》（首次成功利用光遗传学治疗不育）。

光遗传学更多的还是应用于神经科学，2015年9月，来自韩国的一个研究小组，获得了一项光遗传学突破：用光提高记忆力。他们用他们的新分子OptoSTIM1，改进了精确控制活生物体内细胞钙离子（Ca2+）通道的过程。相关研究结果发表在《Nature Biotechnology》（光遗传学突破：用光提高记忆力）。去年11月，德国亥姆霍兹慕尼黑中心(Helmholtz Zentrum München)的研究人员，通过光遗传学技术成功促进了斑马鱼受损神经回路的修复。相关论文发表在Cell旗下的Current Biology杂志上（光遗传学重要成果：用光刺激神经修复）。

但是，目前还没有将光遗传学应用于癌症的研究报道。最近，美国塔夫斯大学的生物学家，利用一种蛙模型首次证明，他们能够用光来控制细胞间的电子信号，从而防止肿瘤的形成和并使肿瘤正常化。相关研究结果发表在2016年3月16日的《Oncotarget》杂志，首次报道了利用光遗传学特定地操纵生物电信号，来预防和抑制由癌基因诱导的肿瘤。

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青蛙是癌症基础科学研究的一个很好模型，因为青蛙和哺乳动物共有很多相同的特征。这些特征包括：快速的细胞分裂、组织混乱、血管生长增加、侵袭性和细胞具有异常的正内部电压。

几乎所有的健康细胞内部都比外部有着更多的负电压；细胞膜上离子通道的打开和关闭会导致电压变得更正性（去极化细胞）或负性（极化细胞）。肿瘤在变得明显之前，可以通过它们异常的生物电标签而被检测到。

本文资深作者、塔夫茨大学艺术和科学学院再生和发育生物学中心主任Michael Levin博士指出：“这些电性能，不仅仅是致癌过程的副产物。它们积极调控着细胞从正常解剖角色向肿瘤细胞生长和转移的偏离。发现新的方法来特异性地控制这种生物电信号，可能为新的癌症生物医学方法，开辟重要的途径。”

本文第一作者、Levin实验室前博士后Brook Chernet，向非洲爪蟾胚胎中注入了一种细胞，该细胞携带编码突变RAS癌基因（已知可引起肿瘤样增生）的RNA。研究人员还表达和激活了一个蓝光激活的、带正电的离子通道——ChR2D156A，或一个绿光激活的质子泵Archaerhodopsin (Arch)，这两者都能使青蛙胚胎细胞超极化，从而诱导一个电流，使细胞从一种肿瘤样的去极化状态，到达一种正常的、更负极化的状态。两种药物的激活，可显著降低肿瘤形成的发生率，也增加了肿瘤恢复到正常组织的频率。

用光来控制离子通道，已经成为神经细胞和大脑研究的一种的突破性工具，但是目前，光遗传学尚未应用于癌症。Levin说：“这提供了一种新的治疗方法，使用光来推翻致癌基因突变的作用。使用光来特异性地靶定肿瘤，可以避免化疗或类似药物产生的全身毒性。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Brook T. Chernet, Dany S. Adams, Maria Lobikin, and Michael Levin, "Use of genetically encoded, light-gated ion translocators to control tumorigenesis," Oncotarget, online March 16, 2016