光遗传学应用实现突破——新型光控脑细胞“开关”问世

杜克-新加坡国立大学医学院研究人员发现，一种新型光敏蛋白能够利用光关闭脑细胞，这为研究大脑功能提供了一种前所未有的有效工具。相关研究发表在最新一期的《自然·通讯》上。

光遗传学是一种通过生物工程改造特定细胞，使其包含能充当开关的光敏蛋白的技术。携带光遗传开关的神经元和神经细胞，可用于研究不同细胞如何参与各种脑回路和行为模式。

研究人员发现，一种特定的通道——钾通道视紫红质，可作为调节3种关键实验动物（鱼、蠕虫和苍蝇）脑细胞活动的有效工具。钾通道就像细胞膜上的小门，当暴露在光线下时，小门就会打开，让钾离子流过，帮助平息脑细胞活动。

钾离子对于人体细胞的电功能至关重要，而钾通道是存在于细胞膜中的一种特殊蛋白质。它们调节钾离子在细胞膜上的流动，以维持各种细胞过程，对神经冲动传递、肌肉收缩和细胞液平衡起关键作用。

光触发时，新的钾通道让钾离子离开神经元，从而改变跨膜电梯度。这种超极化变化使神经元难以产生动作电位。如果没有动作电位，神经元与其他细胞的通信就会受到极大抑制甚至沉默。

新成果为研究脑区间复杂相互作用开辟了令人兴奋的途径，也为探索神经退行性、神经发育和精神疾病背后的病理机制提供了有前途的方法。这些工具将为科学家提供深入探索大脑内部机制的途径，推动对大脑功能的全面理解，为攻克多种脑部疾病奠定基础，以实现有效治疗。