【盤點】光遺傳技術與疾病研究、應用最新進展一覽

光遺傳學是近十年來神經科學領域最受關注的新技術。腦計劃涵蓋了神經調控技術的支持，將促進光遺傳技術的發展。

前沿 | 光遺傳學手段揭秘帕金森病新機制

帕金森病 (Parkinson』s disease， PD) 是一種老年人常見的神經退行性疾病。它主要影響患者的運動神經系統，導致PD患者出現顫抖、肢體僵硬、步態異常和運動功能減退等癥狀。目前還沒有一種療法可以治癒PD，不管是藥物治療還是腦深層電刺激 (deep brain stimulus， DBS)，都只能緩解PD患者的癥狀。這些療法普遍存在的問題是療效非常短暫，如果患者忘了服藥或者停止DBS，PD癥狀會迅速複發。那麼有沒有什麼療法能夠達到長期緩解PD癥狀的效果呢？

日前，美國卡內基梅隆大學 (Carnegie Mellon University， CMU) 的研究人員發現，對大腦基底核(basal ganglia) 中特定神經元的刺激可以長期恢復PD模型小鼠的運動功能。這項研究發表在《Nature Neuroscience》雜誌上。

光遺傳技術：21世紀神經科學領域最引人注目的革新！

光遺傳學（optogenetics）是近幾年正在迅速發展的一項整合了光學、軟體控制、基因操作技術、電生理等多學科交叉的生物工程技術，其主要原理是首先採用基因操作技術將光感基因（如ChR2，eBR，NaHR3.0，Arch或OptoXR等）轉入到神經系統中特定類型的細胞中進行特殊離子通道或GPCR的表達。光感離子通道在不同波長的光照刺激下會分別對陽離子或者陰離子的通過產生選擇性，從而造成細胞膜兩邊的膜電位發生變化，達到對細胞選擇性地興奮或者抑制的目的。光遺傳技術克服了傳統只用光學手段控制細胞或有機體活動的許多缺點，為神經科學的研究提供了一種變革性的手段。

目前，科學家已找到可用於控制細胞行為的光敏蛋白，並開發出具有各種功能的檢測工具，同時，隨著光傳導技術的發展，使得對生物研究的演示（不論是其體內還是體外）的控制程度達到了前所未有的水平。兩者並駕齊驅，讓科學家們利用光遺傳學在生命科學領域取得了空前的成就。本文生物谷小編就為大家慢慢道來，一起學習進步。

Nat Methods：光遺傳學——細胞生物學新研究利器

來自阿爾伯塔大學的研究人員開發出了一種使用光控制生物細胞水平的新方法。這種工具被稱為光可切割蛋白（photocleavable protein）：PhoCl，也就是當暴露於光線時，蛋白會裂解開來，這樣科學家們就能以新的方式來研究和操縱細胞內活性。

這一研究成果公布在3月的Nature Methods雜誌上，領導這一研究的是阿爾伯塔大學的蛋白質工程師Robert Campbell。他曾說過，「在我的職業生涯中期階段，我發現要想單純的進行發明有些可怕。由假說驅使的研究總是會得到一個答案，無論得到的是不是正確的答案。相比之下，由發明驅動的研究往往有雙向出口，要不成功，要不失敗，而失敗很少有人提及。」

Cell：光遺傳學讓老鼠化身殘忍殺手

每隻老鼠體內都隱藏著一個殺手。研究人員已經找到了大腦中控制獵食行為的區域，並成功找到一種控制其開關的方式。來自耶魯大學的Ivan de Araujo博士及其同事發現了大腦中兩組控制小鼠獵殺行為的神經，一組協調追逐獵物，另一組則控制頸部和下頜的肌肉，兩組神經都在杏仁核中，杏仁核是人體涉及動作、感情和恐懼的區域。

通過修飾這些神經，他們可以通過激光激活這些神經，這個技術就叫做光遺傳學，研究團隊因此能夠在任何時候控制這些通路的開關。當激光關掉時，小鼠就正常行走在在籠子周圍，一旦激光打開，小鼠就會狂亂地攻擊它們路途中的任何事物：活蟋蟀、假昆蟲甚至是樹枝或者瓶蓋。它們會撲到獵物上，用爪子抓住獵物並反覆撕咬。

Nature等：新型光遺傳學療法！利用光控制基因和神經元的新型療法目前準備進入臨床試驗

每次一有東西戳小鼠的腳，它們就會產生疼痛性的條件跳躍，近日，來自Circuit Therapeutics公司的研究人員通過對小鼠腿部的神經打結來使得小鼠對觸碰產生過敏反應，但當研究者戳動小鼠腳並且照射黃光時，小鼠就不會產生反應。

這種療法是一種近年來利用光遺傳學進行臨床使用的方法，光遺傳學是利用光來控制基因的表達及神經衝動；今年3月份，RetroSense Therapeutics公司就開始利用光遺傳學療法進行首個臨床安全試驗來治療視網膜色素變性

科學家帶你進入不一樣的光遺傳學世界

目前，科學家已找到很多可用於控制細胞行為的光敏蛋白並用其發展出具備各種功能的多樣性檢測工具，為光遺傳學的遺傳技術部分的實現提供了很好的先決條件。而在光學技術部分，各種光傳導技術特別是顯微技術的發展，使得對生物研究的演示（不論是其體內還是體外）的控制程度達到了前所未有的水平。兩者並駕齊驅，讓科學家們利用光遺傳學在生命科學領域取得了許多顯著的成就。

同時，小編也向您推薦生物谷專業的光遺傳學盛會，2017光遺傳學與疾病研究研討會：新型、高效、精準，主要圍繞光遺傳技術在神經環路功能、神經精神類疾病的神經機制以及非神經類疾病等研究方向進行深入的交流，為廣大的科學研究者們提供寬廣的交流和合作平台。

大會日程：

6月16日 星期五上午

擬邀主持人：陳 忠 浙江大學

時 間

演講題目

嘉 賓

單 位

09:00-09:40

神經信號處理與功能調控

魯友明

華中科技大學

09:40-10:20

採用光遺傳學手段調控心臟交感神經活性防治室性心律失常

江 洪

武漢大學人民醫院

10:20-10:40

茶歇&展台參觀

10:40-11:20

Genetically Engineered Systems Revealed the Roles of the Basal Ganglia in the Regulation of Sleep-wake Cycle

黃志力

復旦大學

11:20-12:00

基於光遺傳學的顳葉癲癇異常神經網路的研究

陳 忠

浙江大學

12:00-14:00

午餐休息

6月16日 星期五下午

擬邀主持人：杜久林 科學院神經科學研究所

14:00-14:40

神經迴路與蛋白質功能高分辨成像新技術新方法

曾紹群

華中科技大學

14:40-15:20

Visualizing Mind in a Transparent Brain

杜久林

科學院神經科學研究所

15:20-15:40

茶歇&展台參觀

15:40-16:20

活細胞代謝原位檢測技術與藥物發現

趙玉政

華東理工大學

16:20-17:00

主題討論：

1. 光遺傳學技術的臨床應用主要體現在哪些疾病上？進展如何？

2. 光遺傳技術發展的瓶頸是什麼？利用光刺激神經環路是否會產生非生理性的活動模式？對大腦神經元有什麼影響？怎麼解決這些問題？

6月17日 星期六上午

擬邀主持人：熊志奇 科學院神經科學研究所

時 間

演講題目

嘉 賓

單位

09:00-09:40

大腦感覺皮層發育」關鍵期」可塑性的誘導和調控機制（擬）

章曉輝

北京師範大學認知神經科學和學習國家重點實驗室

09:40-10:20

熊志奇

科學院神經科學研究所

10:20-10:40

茶歇&展台參觀

10:40-11:20

利用光遺傳技術研究獼猴額-頂通路在注意調控中的作用（擬）

戴 輯

科學院心理研究所

11:20-12:00

基於單純性皰疹病毒HSV-1 H129株發展的新型神經環路順向標記示蹤工具

趙 非

科學院武漢病毒研究所

6月17日 星期六下午

擬邀主持人：邵佳偉 上海市調控生物學重點實驗室

14:00-14:40

焦慮症、抑鬱症和自閉症等精神疾病伴隨的社交功能障礙的神經環路機制研究（擬）

徐 晗

浙江大學（待定）

14:40-15:20

基於遠紅光調控的糖尿病半自動化智能診療系統開發與臨床應用（擬）

邵佳偉

上海市調控生物學重點實驗室

15:20-15:40

茶歇&展台參觀

15:20-16:00

傳染性染的神經分子機制解析

郝 燕

華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院

16:00-17:00

青年論壇 Youth forum

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