研究人员为脑细胞开发了新的光控“关闭开关”

杜克大学-新加坡国立大学开发的新基因工具可以帮助研究大脑功能和精神疾病。

　　

杜克大学-新加坡国立大学医学院的研究人员发现，一类新的光敏蛋白能够用光关闭脑细胞，这为科学家研究大脑功能提供了前所未有的有效工具。这项研究最近发表在《自然通讯》杂志上，为应用光遗传学研究神经退行性疾病和精神疾病(如帕金森病和抑郁症)的大脑活动开辟了令人兴奋的新机会。

光遗传学是一种通过生物工程改造特定细胞，使其包含作为开关的光敏蛋白的技术，使研究人员能够精确控制这些细胞的电活动。具有光遗传开关的神经元和神经细胞可用于研究不同细胞如何参与各种脑回路和行为。

研究小组表明，特定的钾通道，即钾通道视紫红质，可以作为调节三种关键实验动物(鱼、蠕虫和苍蝇)脑细胞活动的有效工具。

杜克大学-新加坡国立大学神经科学和行为障碍项目的高级研究员、该研究的第一作者斯坦尼斯拉夫·奥特博士说:“这些钾离子通道就像细胞膜上的小门。当暴露在光线下时，这些通道打开，钾离子通过，有助于平静脑细胞的活动。这为我们了解大脑活动是如何被调节的提供了新的见解。”

钾离子对人体所有细胞的正常电功能至关重要。钾离子通道是细胞膜上允许钾离子流动的特殊蛋白质。它们调节钾离子在细胞膜上的流动，维持各种细胞过程，对神经冲动传递、肌肉收缩和维持细胞-液体平衡至关重要。

杜克大学-新加坡国立大学神经科学和行为障碍项目的副教授亚当·克拉里奇·张(Adam Claridge-Chang)是这项研究的资深作者，他说:“我们之前已经开发了其他遥控开关，但我们发现这些钾离子通道更加通用，为研究大脑的工作方式提供了一种非常有用的方法。”

当被光触发时，新的钾通道视紫红质会让钾离子离开神经元，从而改变细胞膜上的电梯度。这种变化被称为超极化，使神经元难以产生称为动作电位的电信号。如果没有动作电位，神经元与其他细胞之间的交流就会受到极大的抑制，甚至是沉默。

利用光触发的钾通道使脑细胞沉默的能力为研究大脑不同区域之间复杂的相互作用开辟了令人兴奋的途径。它也为探索神经退行性、神经发育和精神疾病的病理机制提供了一个有希望的方法。这些工具将帮助科学家更深入地了解大脑，并为更有效地治疗大脑疾病开辟道路。

杜克-新加坡国立大学研究部高级副院长Patrick Tan教授说:“解开大脑之谜仍然是科学界最大的挑战之一。Adam Claridge-Chang和他的团队进行的这样的研究为科学家们提供了更好的工具来研究人类大脑中复杂的交流，这对于提高我们对健康大脑和神经系统疾病的理解至关重要，理解这一点将使我们能够为这些疾病开发有效的新疗法。”

杜克-新加坡国立大学是医学研究和创新的领导者，致力于通过科学发现改善患者护理。这项研究是推进对神经和精神疾病理解的持续努力的一部分。