“光控”应用前景巨大：光遗传学摘诺奖，精准诊疗迎来新工具

诺奖为何垂青“光控”

今年诺贝尔生理学或医学奖授予光遗传学相关发现，华东师范大学生命科学学院院长叶海峰感到意外，也连说“终于拿到”。意外在于，近年AI、细胞重编程等新热点涌现，光遗传学关注度有所回落；而“终于拿到”则因为这一领域多年前已是拿奖热门。10月5日，叶海峰告诉科技日报记者，在光门控离子通道发现之前，神经科学研究一直无法控制单个神经元，化学信号、电信号等手段往往影响一片神经细胞，难以研究单个神经细胞功能。光控开关应用后，这一局面才被改变。

ChR2：给细胞装一扇“光控门”

叶海峰介绍，光敏感通道蛋白（ChR2）是一种“镶嵌”在细胞膜上的一次跨膜蛋白。若把钠离子、钙离子想象成要通过通道进入细胞的“游客”，只需约470纳米蓝光毫秒级照射，蛋白就会为“游客”开门。彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔在单细胞藻类中发现该蛋白时，并不清楚它如何应用。在美国，神经领域科学家卡尔·戴塞罗思需要精准控制神经元的开关，便将编码该蛋白的基因引入小鼠神经细胞，实现了对神经元细胞的精准控制。叶海峰看到相关工作后，写信向卡尔·戴塞罗思课题组索取光控元件，并收到寄来的一张滤纸，上面吸附着装配有ChR2基因的质粒，活化后即可转移到自己的控制系统中。诺奖学者的热心和共享理念，成为学科快速发展的重要推力。

从神经研究走向临床诊疗

叶海峰认为，光控能单个操控神经元，为神经系统研究提供了强大手段，这是光遗传学应用获奖的原因之一。同时，神经领域应用也向世界展示了“光控”的巨大前景。随着越来越多光敏蛋白被发现，光控技术更成熟，研究者更有信心让光控诊疗方法走进现实。当前，光控应用范围正大幅增加：

• 光照调控基因表达胰岛素，用于降低血糖；
• 光照促成生物药物在体内合成释放，让药物在需要时出现；
• 光敏蛋白直接作为药物，用于视障患者治疗。

叶海峰表示，学界正把光控所用光拓展到红光、近红外光等组织透性更高的谱段。一些巧妙设计也在出现，如通过手机APP程序化控制光照时间和节奏，可控释放激素类药物，甚至作为药物筛选平台，展现出强大的精准控制能力。随着交叉领域深入研究，光控应用有望为临床诊疗场景带来巨大改变。