科技日报记者 张佳星
瑞典卡罗琳医学院宣布，将2026年诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·戴塞洛斯、彼得·黑格曼、格奥尔格·纳格尔三位科学家，以表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的发现。
得知今年的诺奖归属，华东师范大学生命科学院院长叶海峰既有没想到的意外，又连说几次“终于拿到”：意外在于“这几年，AI、细胞重编程等新热点出现了，光遗传的关注度反而没有那么高了”；“终于拿到”则因为，几年前光遗传学一直是拿奖热门，直到今年才实至名归。
“在光门控离子通道发现之前，神经科学研究一直无法控制单个神经元。”10月5日，叶海峰告诉科技日报记者，以前的手段有化学信号、电信号控制等，会影响到一片神经细胞，难以开展单个神经细胞功能的研究，直到光控开关的应用。
读博期间，我收到了诺奖得主寄来的蛋白
“光敏感通道蛋白（ChR2）非常神奇，它是一个‘镶嵌’在细胞膜上的一次跨膜蛋白，如果把钠离子、钙离子想象成要通过这个‘通道’进入细胞的‘游客’，只需要470纳米左右的蓝光照射毫秒级别，这个蛋白就会为‘游客’开门。”叶海峰说，彼得·黑格曼和格奥尔格·纳格尔两位德国科学家在单细胞藻类中发现了这个蛋白，当时也不知道能如何运用它。
在美国，进行神经领域研究的科学家卡尔·戴塞洛斯正需要一个精准控制神经元的开关，他将编码这个蛋白的基因引入了小鼠的神经细胞，实现了对神经元细胞的精准控制。
“当初看到他们在神经科学领域的这个工作，我就赶紧写邮件给卡尔·戴塞洛斯课题组，希望获得这个光控元件。”叶海峰说，在博士研究期间，他希望能够通过光来控制基因的表达和翻译，因此格外关注光控领域的研究进展。
没想到过了一段时间，在瑞士苏黎世联邦理工学院攻读博士学位的叶海峰真的收到了来自美国一封信件。“随信寄来了密封包装的一张滤纸，上面吸附了装配有ChR2基因的质粒，我只需要把它们在大肠杆菌等工程菌中活化，就能转移到我的控制系统中。”叶海峰说，尽管后来由于这个光控元件在基因调控方面不太擅长，团队寻找了其他的元件进行了研究，但诺奖学者的热心和共享理念，无疑是这个学科快速发展起来的重要推动力之一。
他们的研究衍生了一批“光控”手段
“直到目前，人类对于神经元细胞的研究手段也是比较有限的，将光控用于神经系统的研究，得以单个操控神经元，这为研究者提供了非常强大的手段。”叶海峰认为，这是光遗传学在神经系统的应用能够获得本次诺贝尔奖的原因之一。
另一方面，在神经领域的应用向世界展示了“光控”的巨大前景。“从我博士期间完成世界上首个哺乳动物细胞光控基因表达体系的研究至今，我也始终在这个新兴的前沿领域开展研究，推动‘光控’手段走向精准医疗的临床实践。”叶海峰说，随着越来越多光敏蛋白的发现，“光控”的技术更加成熟，研究者更有信心能够通过自己的研究使得越来越多的“光控”诊疗方法走进现实。
随着光遗传学带来的“光控”手段的可行性被不断地证实，“光控”手段的应用范围正在指数倍增加——光照调控基因表达胰岛素，降低血糖；光照促成生物药物在体内合成释放，药物在需要的时候才会出现；将光敏蛋白直接作为药物使用，用于盲人患者的治疗……例如，北京脑科学与类脑研究所孵化的GA001注射液运用“光遗传学”技术，通过一次眼内微创注射治疗视网膜色素变性致盲，已在中美两国均获批进入临床试验阶段。
“现在学界将‘光控’所使用的光拓展到红光、近红外光等组织透性更高的谱段，因为以前用的蓝光组织透性不太好，很难穿透人体组织进行真正的远端控制。”叶海峰表示，还有一些巧妙的设计通过手机APP来程序化控制光照的时间和节奏可控地去释放激素类的药物，甚至作为药物的筛选平台等等都展现了很强大的精准控制能力，相信随着交叉领域的深入研究和进展，“光控”的应用会为临床诊疗场景带来巨大的改变。
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