2014年10月，Nature Methods雜志在十周年之際推出了紀(jì)念特刊，點(diǎn)評(píng)了在過(guò)去十年中對(duì)生物學(xué)研究影響最深的十大技術(shù)，其中就包括光遺傳學(xué)技術(shù)。我們可以毫不夸張地說(shuō)，光遺傳學(xué)技術(shù)給神經(jīng)學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)革命?，F(xiàn)在，這一技術(shù)已經(jīng)迅速成為了許多實(shí)驗(yàn)室里的標(biāo)準(zhǔn)工具。盡管光遺傳學(xué)還不是一個(gè)家喻戶(hù)曉的名詞，不過(guò)它已經(jīng)進(jìn)入了科研領(lǐng)域的主流。越來(lái)越多的人相信，光遺傳學(xué)技術(shù)不僅可以闡明疾病機(jī)理，還能夠治療多種人類(lèi)疾病。

2015年1月，來(lái)自歐洲高級(jí)研究中心的科學(xué)家們，首次成功地通過(guò)光遺傳學(xué)來(lái)控制精子的功能。他們將一種用于cAMP合成的光激活酶，插入缺乏內(nèi)源酶的小鼠精子。這些小鼠的精子通常是非運(yùn)動(dòng)性的，因此小鼠是不育的。用藍(lán)光刺激這些精子之后，它們能夠產(chǎn)生cAMP，開(kāi)始再次游動(dòng)，甚至能夠使卵細(xì)胞受精。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《eLife》。

光遺傳學(xué)更多的還是應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)，2015年9月，來(lái)自韓國(guó)的一個(gè)研究小組，獲得了一項(xiàng)光遺傳學(xué)突破：用光提高記憶力。他們用他們的新分子OptoSTIM1，改進(jìn)了精確控制活生物體內(nèi)細(xì)胞鈣離子（Ca2+）通道的過(guò)程。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Biotechnology》（光遺傳學(xué)突破：用光提高記憶力）。去年11月，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。

但是，目前還沒(méi)有將光遺傳學(xué)應(yīng)用于癌癥的研究報(bào)道。最近，美國(guó)塔夫斯大學(xué)的生物學(xué)家，利用一種蛙模型首次證明，他們能夠用光來(lái)控制細(xì)胞間的電子信號(hào)，從而防止腫瘤的形成和并使腫瘤正?；?。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年3月16日的《Oncotarget》雜志，首次報(bào)道了利用光遺傳學(xué)特定地操縱生物電信號(hào)，來(lái)預(yù)防和抑制由癌基因誘導(dǎo)的腫瘤。

青蛙是癌癥基礎(chǔ)科學(xué)研究的一個(gè)很好模型，因?yàn)榍嗤芎筒溉閯?dòng)物共有很多相同的特征。這些特征包括：快速的細(xì)胞分裂、組織混亂、血管生長(zhǎng)增加、侵襲性和細(xì)胞具有異常的正內(nèi)部電壓。

幾乎所有的健康細(xì)胞內(nèi)部都比外部有著更多的負(fù)電壓；細(xì)胞膜上離子通道的打開(kāi)和關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致電壓變得更正性（去極化細(xì)胞）或負(fù)性（極化細(xì)胞）。腫瘤在變得明顯之前，可以通過(guò)它們異常的生物電標(biāo)簽而被檢測(cè)到。

本文資深作者、塔夫茨大學(xué)藝術(shù)和科學(xué)學(xué)院再生和發(fā)育生物學(xué)中心主任Michael Levin博士指出：“這些電性能，不僅僅是致癌過(guò)程的副產(chǎn)物。它們積極調(diào)控著細(xì)胞從正常解剖角色向腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的偏離。發(fā)現(xiàn)新的方法來(lái)特異性地控制這種生物電信號(hào)，可能為新的癌癥生物醫(yī)學(xué)方法，開(kāi)辟重要的途徑。”

本文第一作者、Levin實(shí)驗(yàn)室前博士后Brook Chernet，向非洲爪蟾胚胎中注入了一種細(xì)胞，該細(xì)胞攜帶編碼突變RAS癌基因（已知可引起腫瘤樣增生）的RNA。研究人員還表達(dá)和激活了一個(gè)藍(lán)光激活的、帶正電的離子通道——ChR2D156A，或一個(gè)綠光激活的質(zhì)子泵Archaerhodopsin (Arch)，這兩者都能使青蛙胚胎細(xì)胞超極化，從而誘導(dǎo)一個(gè)電流，使細(xì)胞從一種腫瘤樣的去極化狀態(tài)，到達(dá)一種正常的、更負(fù)極化的狀態(tài)。兩種藥物的激活，可顯著降低腫瘤形成的發(fā)生率，也增加了腫瘤恢復(fù)到正常組織的頻率。

用光來(lái)控制離子通道，已經(jīng)成為神經(jīng)細(xì)胞和大腦研究的一種的突破性工具，但是目前，光遺傳學(xué)尚未應(yīng)用于癌癥。Levin說(shuō)：“這提供了一種新的治療方法，使用光來(lái)推翻致癌基因突變的作用。使用光來(lái)特異性地靶定腫瘤，可以避免化療或類(lèi)似藥物產(chǎn)生的全身毒性。”