神經(jīng)系統(tǒng)要伴隨我們終生，但許多疾病和損傷會(huì)壓倒神經(jīng)元的維持和修復(fù)能力。日前，德國(guó)亥姆霍茲慕尼黑中心(Helmholtz Zentrum München)的研究人員，通過(guò)光遺傳學(xué)技術(shù)成功促進(jìn)了斑馬魚(yú)受損神經(jīng)回路的修復(fù)。相關(guān)論文發(fā)表在Cell旗下的Current Biology雜志上。

光遺傳學(xué)是神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域的革命性技術(shù)，誕生至今已經(jīng)有十年了。該技術(shù)是將光敏通道蛋白添加到想要研究的神經(jīng)元中，通過(guò)光照選擇性開(kāi)啟這些通道，激活或者沉默目標(biāo)神經(jīng)元。光遺傳學(xué)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間和空間控制，是深入理解神經(jīng)系統(tǒng)的有力工具，有助于探索神經(jīng)元功能、神經(jīng)元興奮性、突觸傳遞等問(wèn)題。

為了用光遺傳學(xué)技術(shù)促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)，Dr. Hernán López-Schier領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行了改良，腺苷酸環(huán)化酶生產(chǎn)的第二信使cAMP是他們成功的關(guān)鍵。研究人員構(gòu)建了由藍(lán)光激活的特殊腺苷酸環(huán)化酶，用藍(lán)光照射表達(dá)這種酶的細(xì)胞，可以特異性調(diào)節(jié)cAMP的生產(chǎn)。

幼年斑馬魚(yú)特別適合于光遺傳學(xué)研究，因?yàn)樗鼈兊钠つw是透明的，光很容易到達(dá)目標(biāo)細(xì)胞。研究人員切斷了幼年斑馬魚(yú)的感知性外側(cè)神經(jīng)，這些神經(jīng)負(fù)責(zé)將外部感知信號(hào)傳遞到大腦，但受損之后通常不能修復(fù)。“我們讓受損神經(jīng)表達(dá)光激活的腺苷酸環(huán)化酶，藍(lán)光照射會(huì)顯著增強(qiáng)這些神經(jīng)的修復(fù)，”文章第一作者Yan Xiao博士說(shuō)。“在沒(méi)有光照的情況下只有5%的神經(jīng)末端再生突觸，光刺激之后這一比例提高到了30%。”簡(jiǎn)而言之，研究人員通過(guò)用藍(lán)光提升cAMP水平，成功刺激了神經(jīng)回路的修復(fù)。

“光遺傳學(xué)給神經(jīng)生物學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)革命，這一技術(shù)往往被用于改變神經(jīng)元的電活性。我們的研究首次展示，光遺傳學(xué)也能遠(yuǎn)程刺激活體動(dòng)物復(fù)雜神經(jīng)回路的修復(fù)，”López-Schier解釋道。

這項(xiàng)研究還只是第一步，研究人員希望將這個(gè)技術(shù)推廣到更高等的生物中，用于更復(fù)雜的神經(jīng)回路。未來(lái)，人們也許可以在此基礎(chǔ)上治療多種疾病中的神經(jīng)病變。