Nature:“彩光”沉默细胞 光基因疗法

　　

生物通报道：来自麻省理工学院的神经研究科学家们发现了一种新工具，能利用不同颜色的光可逆性的关闭大脑活性，利用这种工具，能靶向特异性神经细胞，发展一些异常大脑活性疾病，比如慢性疼痛，癫痫，大脑创伤，以及帕金森症等的治疗新方法。这一研究成果公布在Nature杂志上。

这一工具作用的原理是，治疗这些疾病最好的方法也许是沉默失活大脑活性，而不是刺激大脑活性。这种“超级沉默器（super silencers，生物通译）”能巧妙的调控神经环路过度激活的关闭时间，这是不可能通过已有药物，或者其它常规的治疗方法达到的。

领导这一研究的是麻省理工学院传媒实验室教授Ed Boyden，他表示，通过不同颜色的光能沉默不同类型的神经细胞，这样我们就能了解这些细胞是如何协调工作，执行大脑功能的了。“利用这些新型工具，我们能同时研究两个神经途径，分析它们是如何作用，这些工具能帮助我们掌握如何调控神经回路，从而能更好的分析和治疗大脑疾病——这是世界上最大的医药需求之一”。

Boyden的超级沉默器来自从不同的天然生物：细菌和真菌中发现的两个基因，这两个基因名为Arch和Mac，编码光激活蛋白，制造生物所需的能量。研究人员利用基因工程让神经细胞表达Arch和Mac，然后通过光照抑制这两个基因的活性，光照激活了这些蛋白，降低了神经细胞电压，有效又安全的组织这些细胞发光。通过这种方式，光照就能作用于整个大脑，选择性对那些具有特殊颜色光照敏感的细胞起作用，比如编码Arch的神经细胞能被黄色光照特异性沉默，而那些编码Mac的细胞则对蓝色光敏感。

另外一位研究人员，Boyden实验室的博士后Brian Chow解释道，“利用这种方法，通过不同颜色的光就能帮助识别导致疾病的异常神经活动，或许还可以纠正这种异常”。

这项研究属于Boyden实验室多年来进行的光基因研究，在这之前，Boyden实验室还首次将其应用于哺乳动物，利用激光控制大脑内某一特定神经元的活动。这项成果发表在09年Neuron杂志上。

他们通过光基因技术（optogenetic technique），科学家成功地将激光器与基因工程结合在一起，以确定可疑的细胞和回路并控制特定神经元的放电活动，其时间精度可达毫秒。光基因技术的特异性有助于避免健康细胞的损伤，从而将副作用减少到最小。在实验中，科学家对病毒进行了基因改造，使之专门攻击某种神经元，后者拥有一种对蓝光高度敏感的特殊通道。只需用蓝光照射被感染的细胞，通道便会迅速打开，此时离子涌入细胞，神经元则会进行放电活动。

早在2005年，Boyden和斯坦福大学的Karl Deisseroth便开始利用光基因技术来研究神经元回路对于不同行为的影响，如鱼类的逃生。迄今为止，Boyden利用这种方法在鱼类，苍蝇和哺乳动物身上得到了验证，为光基因疗法在人类精神病领域的应用奠定了基础。

不仅如此，光基因疗法还可揭示出神经回路与特定行为——尤其是高级的认知功能——之间的关系。一般而言，鼠类的机体是理想的模型，然而其行为不够复杂，有关神经回路的研究也受到诸多限制。对于注意力缺陷多动障碍、精神分裂症、抑郁症和强迫症等的深入研究需要进行以哺乳动物为对象的高级实验。因此，尽管引发了一定的伦理争议，光基因技术依然被神经学家视为近年来最激动人心的重大突破之一。

（生物通：万纹）