研究團隊正在實驗室工作。圖片來源：杜克-新加坡國立大學醫(yī)學院

科技日報記者?張夢然

杜克-新加坡國立大學醫(yī)學院研究人員發(fā)現(xiàn)，一種新型光敏蛋白能夠利用光關(guān)閉腦細胞，這為研究大腦功能提供了一種前所未有的有效工具。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》上。

光遺傳學是一種通過生物工程改造特定細胞，使其包含能充當開關(guān)的光敏蛋白的技術(shù)。其可讓研究人員精確控制這些細胞的電活動。攜帶光遺傳開關(guān)的神經(jīng)元和神經(jīng)細胞，則可用于研究不同細胞如何參與各種腦回路和行為模式。

研究人員發(fā)現(xiàn)，一種特定的通道——鉀通道視紫紅質(zhì)，可作為調(diào)節(jié)3種關(guān)鍵實驗動物（魚、蠕蟲和蒼蠅）腦細胞活動的有效工具。鉀通道就像細胞膜上的小門，當暴露在光線下時，小門就會打開，讓鉀離子流過，幫助平息腦細胞活動。

鉀離子對于人體細胞的電功能至關(guān)重要，而鉀通道是存在于細胞膜中的一種特殊蛋白質(zhì)。它們調(diào)節(jié)鉀離子在細胞膜上的流動，以維持各種細胞過程，對神經(jīng)沖動傳遞、肌肉收縮和細胞液平衡起關(guān)鍵作用。

光觸發(fā)時，新的鉀通道讓鉀離子離開神經(jīng)元，從而改變跨膜電梯度。這種超極化變化使神經(jīng)元難以產(chǎn)生動作電位。如果沒有動作電位，神經(jīng)元與其他細胞的通信就會受到極大抑制甚至沉默。

新成果為研究腦區(qū)間復(fù)雜相互作用開辟了令人興奮的途徑，也為探索神經(jīng)退行性、神經(jīng)發(fā)育和精神疾病背后的病理機制提供了有前途的方法。這些工具將為科學家提供深入探索大腦內(nèi)部機制的途徑，推動對大腦功能的全面理解，為攻克多種腦部疾病奠定基礎(chǔ)，以實現(xiàn)有效治療。

總編輯圈點

光遺傳學2005年才誕生。通過在神經(jīng)細胞中表達光敏蛋白，響應(yīng)不同波長的光刺激實現(xiàn)對神經(jīng)功能的調(diào)控。人類擁有了這種精準操控大腦的工具，對神經(jīng)元之間作用的理解也更深入了。光遺傳學無疑是神經(jīng)科學研究的跨越式進步。目前，科學家正在嘗試利用光遺傳學手段治療嗜睡、抑郁、恐懼、焦慮、疼痛等各種頑疾，甚至還有嘗試治療失明、老年癡呆和糖尿病的項目。未來，“一束光照亮生命”將不僅僅是個比喻。