光遺傳學(xué)允許人們通過光照控制大腦的神經(jīng)元活性。這一技術(shù)依賴能夠抑制或刺激神經(jīng)元電信號的光敏蛋白，還需要將光源植入大腦，讓光到達(dá)需要控制的細(xì)胞。

日前，MIT副教授Ed Boyden領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)新型光敏蛋白，它們可以響應(yīng)頭骨外的光源，實(shí)現(xiàn)非侵入性的神經(jīng)元控制。這種被稱為Jaws的蛋白不僅可以在無植入光源的情況下進(jìn)行長期研究，還能夠影響更大量的組織。

這一成果發(fā)表在六月二十九日的Nature Neuroscience雜志上，將為光遺傳學(xué)技術(shù)治療癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病奠定基礎(chǔ)。

光遺傳學(xué)技術(shù)誕生已經(jīng)有十五年了，現(xiàn)在它已經(jīng)成為許多實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)常用工具，幫助人們進(jìn)一步理解神經(jīng)元的作用機(jī)制。這一技術(shù)包括改造神經(jīng)元，使其表達(dá)光敏蛋白（例如視蛋白），這些蛋白能夠控制進(jìn)出細(xì)胞的離子流，進(jìn)而調(diào)節(jié)神經(jīng)元的電活性。

傳統(tǒng)的光遺傳學(xué)技術(shù)需要將光纖植入大腦，但這一過程比較困難，也不支持許多應(yīng)用。舉例來說，光纖植入不適合研究大腦發(fā)育和神經(jīng)退行性疾病，也難以對慢性病進(jìn)行長期研究。

大自然的寶藏自然界有許多微生物通過視蛋白感知光線，對環(huán)境做出反應(yīng)。目前光遺傳學(xué)使用的絕大多數(shù)天然視蛋白是應(yīng)答藍(lán)光或綠光，但實(shí)際上紅光深入活組織的能力更強(qiáng)。

Boyden等人之前在細(xì)菌（Haloarcula marismortui和Haloarcula vallismortis）中發(fā)現(xiàn)了兩種響應(yīng)紅光的光敏氯離子通道，但這些分子誘導(dǎo)的電流不夠強(qiáng)，不足以控制神經(jīng)元的活性。

研究人員在這項(xiàng)研究中，通過誘變和篩選，找到了既保留紅光敏感性又能生成較強(qiáng)電流的蛋白Jaws。在這種蛋白的幫助下，他們能夠通過大腦之外的光源，關(guān)閉小鼠大腦中的神經(jīng)元活性。這種抑制可以達(dá)到3毫米深，與傳統(tǒng)方法同樣有效。

恢復(fù)視力在視網(wǎng)膜色素變性中，視錐會慢慢萎縮，最終導(dǎo)致失明。此前有研究顯示，通過基因工程技術(shù)讓視錐細(xì)胞表達(dá)光敏蛋白，能夠使小鼠恢復(fù)一定的視力。

為此，研究人員在小鼠視網(wǎng)膜中檢測了Jaws蛋白的效果。研究顯示，Jaws蛋白更貼近眼部的天然視蛋白，能夠提供更廣泛的感光能力。這說明，這種蛋白對于治療視網(wǎng)膜色素變性可能更有用。

非侵入性的光遺傳學(xué)技術(shù)，代表著光遺傳學(xué)走向臨床的重要一步。“鑒于這些分子來自于其他物種，我們必須仔細(xì)評估它們用于臨床的安全性，”Boyden說。