光遺傳學誕生后的頭十年，大大推動了人們對正常和病理性神經(jīng)回路的理解。今后的十年，光遺傳學將迎來與轉(zhuǎn)化醫(yī)學的聯(lián)姻，為疾病治療帶來新的機遇。
 

    日前，來自倫敦大學學院（University College London）與倫敦國王學院（King's College London）的研究人員像人們展示了這樣一個范例，他們將光遺傳學工具與再生醫(yī)學知識結(jié)合起來，在周圍神經(jīng)損傷的小鼠模型中恢復(fù)了肌肉的功能。相關(guān)研究論文刊登在了近期出版的《科學》（Science）雜志上。

    光遺傳學實驗面臨的第一個問題是，如何在目的細胞群體中實現(xiàn)視蛋白 opsin 的穩(wěn)定表達。 研究人員對小鼠的胚胎干細胞進行了基因工程改造，使其穩(wěn)定表達 ChR2 蛋白， ChR2 是一種對藍光敏感的陽離子通道。隨后他們在體外誘導這些細胞分化，形成具有光遺傳學活性的運動神經(jīng)元。當這些 ChR2 運動神經(jīng)元受到藍光照射時，就會被激活。
 

    研究人員通過結(jié)扎坐骨神經(jīng)，構(gòu)建了肌肉失去神經(jīng)支配的小鼠模型，并將含有 ChR2 運動神經(jīng)元的擬胚體移植到小鼠體內(nèi)。他們將這些小鼠麻醉，用藍光照射移植位點，成功恢復(fù)了小鼠腿部肌肉的功能。研究顯示，移植的 ChR2 運動神經(jīng)元能夠在小鼠體內(nèi)生存和成熟，幫助小鼠重新控制腿部肌肉。他們指出，這種光遺傳學**可以實現(xiàn)運動單位的“有序募集”,與正常的生理活動非常類似。而采用電**時，運動單位的募集往往是逆向或隨機的。

    這項研究開辟了許多新的研究方向，例如可以嘗試在非麻醉的小鼠體內(nèi)實現(xiàn)光激活的肌肉功能恢復(fù)。要在自由活動的動物體內(nèi)進行持續(xù)的光遺傳學**，就需要使用植入性的長期發(fā)光裝置。
 

    這項最新研究顯示， ChR2 運動神經(jīng)元的終板（endplate）存在一定畸形，這可能是因為移植后的神經(jīng)元一開始并沒有活性。而長期性的植入裝置，可以在移植后立刻激活神經(jīng)元，避免這樣的畸形。另外，如何讓移植神經(jīng)元長期存活，也是一個重要的問題。

    研究人員描述的這種細胞移植方案也可以用來治療其他類型的神經(jīng)學疾病。不過，在成功實現(xiàn)光遺傳學治療之前，人們還需要攻克一些難題。舉例來說，人們需要將光遺傳學技術(shù)從鼠類模型應(yīng)用到非人類的靈長動物，尤其是大腦以外的神經(jīng)回路。在病毒載體、細胞移植法等不同遞送策略下， opsin 表達的長期安全性也有待評估。此外，人們還需要開發(fā)機體能夠耐受的植入性發(fā)光設(shè)備，進一步改善 opsin 蛋白的光敏感性和其他特性。

    盡管前方還存在著不少挑戰(zhàn)， 這項研究仍舊是光遺傳學走向臨床的重要一步。