综述：光遗传学在神经退行性疾病中生物分子相分离的应用

这篇综述系统阐述了光遗传学（Optogenetics）技术如何通过光控蛋白寡聚化域（如Cry2/VVD）动态调控神经退行性疾病（NDDs）相关蛋白（TDP-43/α-synuclein/Tau等）的相分离（LLPS），揭示了从液态凝聚态到病理性聚集的分子阈值，为阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）等疾病的机制研究和药物筛选提供了创新工具。

　　

光遗传学解码神经退行性疾病的相分离密码

引言
神经退行性疾病（NDDs）如阿尔茨海默病（AD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）的共同特征是毒性蛋白聚集。近年研究发现，生物分子相分离（LLPS）——蛋白质和核酸形成动态液态凝聚体的过程——是病理性聚集的关键触发因素。光遗传学技术通过融合光敏寡聚化域（如Cry2）与疾病相关蛋白，实现了活细胞内凝聚体形成的时空精准调控，为揭示NDDs机制提供了革命性工具。

光遗传学工具箱

• Cry2系统：拟南芥蓝光受体Cry2在450 nm光照下形成寡聚体，其电荷变异体（如Cry2^olig）可调节凝聚体大小。OptoDroplet系统通过融合Cry2与FUS蛋白的固有无序区（IDR），首次实现了光控相分离。
• LOV域系统：真菌来源的VVD模块（仅12-17 kDa）通过二聚化诱导Tau聚集，其小尺寸优势显著降低对靶蛋白的干扰。
• 多波长调控：红光响应的phytochrome-PIF系统和UV敏感的Dronpa145N为深层组织应用提供可能。

疾病模型突破
ALS/FTD：

• TDP-43：光控Opto-TDP-43在秀丽隐杆线虫中诱发GABA能神经元退变，揭示小寡聚体是运动功能障碍的主因。
• FUS：OptoFUS系统捕捉到从液态到凝胶态的不可逆转变，证实RNA结合缺失会加速病理聚集。
• C9orf72：光诱导二肽重复（DPR）蛋白选择性扣押TDP-43，重现患者脑内磷酸化/泛素化特征。

AD：

• Aβ：Cry2-Aβ在斑马鱼模型中诱导线粒体功能障碍，锂剂治疗可逆转寿命缩短。
• Tau：VVD融合的OptoTAU证实N端截短变体会破坏溶酶体功能，而Tau衍生肽抑制剂可阻断聚集。

PD：

• α-synuclein：LIPA系统在小鼠中生成路易小体样包涵体，导致多巴胺神经元丢失；OASIS平台筛选出通过抑制PI3K-PDK1/AKT/mTOR通路激活自噬的候选药物BAG956。

治疗前景
光遗传筛选已发现：

1. RNA寡核苷酸通过结合TDP-43抑制异常相变
2. Tau靶向肽阻断凝聚体成熟
3. 小分子BAG956通过调控rG4组装抑制α-synuclein聚集
   未来方向包括开发组织穿透更深的光敏工具（如红外响应系统）和人类神经元类器官模型，以模拟复杂病理网络。

挑战与验证
需警惕蓝光诱导的活性氧（ROS）干扰，通过荧光漂白恢复（FRAP）和淀粉样染料（如Thioflavin S）交叉验证聚集态特性。OptoGranule研究证明，持续应激颗粒会驱动TDP-43病理修饰，但需在传统模型中验证光遗传筛选结果以避免假阳性。

结语
光遗传学以“光学镊子”般的精度操控蛋白相行为，不仅重新定义了NDDs的分子病理框架，更开辟了从动态凝聚态视角干预疾病进程的新纪元。