STTT：武汉大学沈吟团队通过光遗传技术，让失明小鼠重现光明

来源：生物世界 2022-04-23 20:03

眼睛是心灵的窗户，但遗憾的是，并不是每个人都能拥有一双明亮的瞳眸，在盲人患者的视野中，世界并不是五彩缤纷的，黑色或虚无是他们眼前的全部。

眼睛是心灵的窗户，但遗憾的是，并不是每个人都能拥有一双明亮的瞳眸，在盲人患者的视野中，世界并不是五彩缤纷的，黑色或虚无是他们眼前的全部。

研究显示，人的大脑主要通过视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉5种感官接受外部信息，其中至少有80%以上的外界信息是通过视觉获取。因此，失去视觉对人来说是一件十分糟糕和可怕的事情，它不仅给失明者带来诸多生活上的不便，还会沉重打击失明者的精神信念。

长期以来，治疗失明极其困难，临床上一直缺乏治疗失明的有效方法。许多先天性失明和进行性失明与基因突变相关，近年来随着基因治疗技术的成熟，越来越多的研究尝试通过基因疗法来治疗失明。

武汉大学人民医院沈吟教授团队等在 Signal Transduction and Targeted Therapy 期刊发表了题为：Visual function restoration with a highly sensitive and fast Channelrhodopsin in blind mice（高灵敏度和快动力学的光敏感通道蛋白恢复盲小鼠的视觉功能）的研究论文【1】。

研究团队使用新型光敏蛋白，将失明小鼠视力提高到相当于人类视力的0.3左右。这也意味着，过去被认为患有不治之症的致盲性视网膜眼病患者，有望重见光明。

这是全世界首次揭示新型光敏蛋白在低于视网膜安全阈值的光激活下，治疗视网膜退行性疾病的有效性，为光遗传学结合其他技术手段治疗视网膜退行性疾病提供了思路，是视网膜神经退行性疾病研究领域的一项重要突破。

视网膜色素变性是一类慢性致盲性疾病，临床发病率为1/4000，治疗的效果和预后都很差，最终可导致患者失明，严重影响患者生活质量。

光遗传学（Optogenetics）是一项整合了光学、软件控制、基因操作技术、电生理等多学科交叉的技术。在神经系统疾病中，光遗传疗法可以使突变无关的、电生理异常的神经元功能恢复成为可能。因此，光遗传学也许可以用于治疗视网膜色素变性患者的视力障碍。

2005年8月14日，斯坦福大学 Karl Deisseroth 教授作为通讯作者，在 Nature Neuroscience 杂志发表论文。该研究通过光敏通道蛋白（ChR）成功地让神经元响应光照。该论文标志着光遗传学的正式诞生。值得一提的是，当时年仅23岁的张锋是这篇开创性论文的第二作者。

法国索邦大学、瑞士巴塞尔大学等单位的研究人员在国际顶尖医学期刊 Nature Medicine 上发表了题为：Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy 的研究论文【2】。

这项研究显示，一位近40年前被诊断患有视网膜色素变性的盲人患者在接受光遗传学疗法后恢复了部分视力。他从完全失明到现在能够看到面前的笔记本、酒杯、较小的订书针盒，还能看清人行道斑马线。据悉，这也是对神经退行性失明患者在光遗传疗法治疗后获得功能恢复的首次报道。

光遗传学是一种通过光敏蛋白在存活的视网膜神经元中的异位表达来恢复视觉功能的有前景的策略。最近，具有红移通道视紫红质的光遗传学方法被临床应用于盲人患者的部分视觉功能恢复。

然而，实现最佳的基于光遗传学的视力恢复，面临的主要障碍是现有的光遗传学工具光敏通道蛋白ChR的低光敏感性或慢动力学特征。

在这项最新研究中，沈吟教授课题组成员武汉大学第一临床学院博士生陈飞和于垚在德国合作者的帮助下，通过分子工程技术筛选得到具有高灵敏度和快动力学特性的改良版的微生物光敏蛋白——PsCatCh2.0。

然后，研究团队利用基于PsCatCh2.0的光遗传学技术治疗因视网膜色素变性而失明的小鼠。实验结果显示，在安全的光强阈值下，使用新型光敏蛋白可将盲小鼠视力提高到相当于人类视力的0.3左右，同时对光反应速度也很快，时间分辨率至少可达到32 Hz。这一研究成果为临床利用光遗传学治疗视网膜退行性疾病奠定了基础，同时也为光遗传学结合其他技术手段治疗视网膜退行性疾病提供了可能。

沈吟教授介绍，全世界有2000万盲人，视网膜色素变性等视网膜遗传病在临床上尚无有效治疗方法，病情发展将最终导致患者失明，严重影响患者生活质量。若将这种光敏蛋白运用到临床，可以治疗各种光感受器凋亡的遗传性视网膜病或视网膜退行性病变。而且发病率为13%的老年黄斑变性患者，在视网膜晚期完全萎缩之前，也可受益于该治疗。

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