無需每天定時服用藥物或注射胰島素，只需每天光照1分鐘即可讓糖尿病小鼠顯著降血糖。
這得益於華東師範大學生命科學學院、上海市調控生物學重點實驗室葉海峰研究團隊開發的新型光遺傳學工具。日前，國際生物技術領域頂級期刊《自然·生物技術》線上發表了這一成果。
【不可思議的治療手段】
用一束光來治療疾病？聽上去不可思議，但光遺傳學的出現，使其成為可能。
光遺傳學技術具有遠端無痕、時空特異性精準控制的優勢，尤其在精準可控的基因治療和細胞治療領域具有重要意義。
然而，要真正實現利用一束光來治療疾病仍需克服許多問題。一個堪稱“完美”的光遺傳學工具至少需要滿足以下幾點：第一，響應紅光或遠紅光，這種光具有良好的組織穿透能力且幾乎不存在光毒性，具有較好的體內應用潛能；第二，系統元件小，才能被載體包裝；第三，靈敏度高、光響應速度快且可以被隨時關閉，具有較好的可逆性，可根據實際需要和應用場景靈活調節。之前的光遺傳學工具均無法同時滿足上述條件，大大限制了光遺傳學在生物醫學領域的應用。
【“沉睡”還是“醒來”，皆可控】
葉海峰課題組將目光放在了來自植物擬南芥的光敏蛋白上，並對其進行了工程改造。黑暗情況下，光敏蛋白在細胞中“沉睡”，660奈米的紅光可“喚醒”光敏蛋白，使其招募伴侶蛋白，並結合到其特異性識別的啟動子上，從而啟動目標基因轉錄；當接收到“沉睡”訊號，即730奈米的遠紅光照射時，光敏蛋白會與其伴侶蛋白解離，終止基因轉錄。
新型光遺傳學工具光照小鼠、大鼠、兔示意圖。 葉海峰課題組提供
這一新型光遺傳學工具有著四大優點：超高靈敏度，只需要光照一秒鐘，便可誘導一百五十倍的基因表達；超高可控性，可透過紅光/遠紅光照射，快速啟用或關閉光控系統，已分別在小鼠、大鼠、兔中實現高效的光控基因表達；高度嚴謹性，只有當光和色素小分子同時存在，才能啟用光控開關，相當於兩把“鑰匙”同時開一個“鎖”；光控模組小，可透過載體遞送，在小鼠體內實現了長達三個月以上的基因表達控制。
研究者還展示了該系統的多個應用場景，透過光控制活性蛋白的定位，調控細胞訊號通路的啟用與抑制；與基因編輯工具結合在一起，實現了對哺乳動物細胞、小鼠肝臟及肌肉內源基因轉錄的高效調控；在糖尿病小鼠和大鼠模型中，每天僅需光照一分鐘或五分鐘便可實現降血糖。這充分表明了這一新型光遺傳學工具在精準可控的細胞治療領域具有極高的應用潛能。
欄目主編：黃海華 文字編輯：黃海華 題圖來源：圖蟲創意 圖片編輯：項建英
來源：作者：黃海華
