上海科学家开发的光遗传学工具:根据这个光 可以降低血糖

不需要每天定时服药或注射胰岛素，每天只需照射1分钟，即可显著降低糖尿病小鼠的血糖。这得益于华东师范大学生命科学学院叶海峰研究团队与上海调控生物学重点实验室合作开发的光遗传学新工具。近日，国际顶级生物技术期刊《自然生物技术》在线发表了这一成果。

用一束光治疗疾病？这听起来不可思议，但光遗传学的出现使它成为可能。光遗传学技术具有远程无痕、时空特异性和精确控制的优势，特别是在精确可控的基因治疗和细胞治疗领域。

然而，要真正用一束光治疗疾病，还有许多问题需要克服。一个“完美”的光遗传学工具至少需要满足以下几点：一是响应红光或远红光，具有良好的组织穿透能力，几乎没有光毒性，在体内具有良好的应用潜力；第二，系统组件很小，可以由运营商包装。三是灵敏度高，光响应快，可随时关闭，可逆性好，可根据实际需要和应用场景灵活调节。以往的光遗传学工具都无法同时满足上述条件，极大地限制了光遗传学在生物医学领域的应用。

叶海峰的研究小组专注于拟南芥中的光敏蛋白，并对其进行了改造。在黑暗中，光敏蛋白在细胞内“休眠”，660 nm的红光可以“唤醒”光敏蛋白，使其招募伴侣蛋白并与自身特异性识别的启动子结合，从而启动靶基因转录。当接收到“睡眠”信号，即730 nm的远红光时，光敏蛋白会与其伴侣蛋白解离，终止基因转录。

这个新的光遗传学工具有四个优点：超灵敏度，在短短一秒钟的光照下，可以诱导150倍的基因表达；超可控，可通过红光/远红光照射快速激活或关闭光控系统，已分别在小鼠、大鼠和兔体内实现高效光控基因表达；高度严谨，只有光和小色素分子同时存在时，才能激活光控开关，相当于两把“钥匙”同时打开一把“锁”；光控模块体积小，可通过载体递送，可控制小鼠基因表达三个月以上。

研究人员还展示了该系统的几种应用场景，通过光控制定位活性蛋白来调节细胞信号通路的激活和抑制。结合基因编辑工具，可有效调控哺乳动物细胞、小鼠肝脏和肌肉中内源性基因的转录。在糖尿病小鼠和大鼠模型中，每天只需要一到五分钟的光照就可以降低血糖。这充分证明了这种新的光遗传学工具在精确可控的细胞治疗领域具有很高的应用潜力。