光遺傳和化學(xué)遺傳在中醫(yī)藥腦科學(xué)研究中的應(yīng)用

汪濤　董鈺婷　李熳　唐勇　張浩琳

摘要 自人類腦科學(xué)研究計(jì)劃開始以來，中醫(yī)藥以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸與腦科學(xué)研究緊密結(jié)合。在此期間涌現(xiàn)了大量新理念、新技術(shù)及新成果，極大地促進(jìn)了中醫(yī)藥新技術(shù)的開發(fā)，加快了中醫(yī)藥現(xiàn)代化的步伐。但是諸多的研究手段都有一定的局限性，導(dǎo)致中醫(yī)藥腦科學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展非常有限。近年來，光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)具有細(xì)胞類型特異性、高精度時(shí)空分辨率、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能性解剖特性，在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用，為臨床治療腦部疾病提供了一種新的策略。因此，本文主要闡述光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)的原理、應(yīng)用以及助力中醫(yī)藥腦科學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞 光遺傳學(xué)技術(shù);化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù);中醫(yī)藥;針灸;腦疾病

Abstract Since the beginning of human brain science research program，traditional Chinese medicine （TCM） has been closely integrated with brain science research due to its unique advantages.During this period，a large number of new concepts，new technologies and new achievements have emerged，which has greatly promoted the development of new technologies in TCM and accelerated the process of modernization of TCM.However，the further development of TCM in brain science research is hindered due to the certain limitations of research methods.In recent years，optogenetics and chemogenetics have been widely used in the field of neuroscience and provide a new strategy for clinical treatments because of specific cell-type，high-precision spatio-temporal resolution，and functional anatomical characteristics of neural networks.Therefore，this paper reviews the mechanism and application of optogenetics technique and chemogenetics and technique，aiming to promote the further development of TCM in brain science research.

Keywords Optogenetics technique; Chemogenetics technique; Traditional Chinese medicine; Acupuncture and moxibustion; Brain disease

中圖分類號(hào)：R2-03文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2020.11.004

經(jīng)過兩千多年的發(fā)展，中醫(yī)藥因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用。其治療手段較多（比如中草藥、針刺、艾灸及拔罐等），對(duì)多種疾病的療效顯著，而且不良反應(yīng)較少。因此，對(duì)中醫(yī)藥的研究也成了廣大科研人員工作的熱點(diǎn)，特別是深入探討中醫(yī)藥在腦科學(xué)領(lǐng)域的重要作用及內(nèi)在機(jī)制，將有利于人類腦科學(xué)研究計(jì)劃的進(jìn)一步發(fā)展，凸顯我國中醫(yī)藥事業(yè)在全球腦科學(xué)研究中的特色與優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)中醫(yī)藥走向世界。

傳統(tǒng)的中醫(yī)藥腦科學(xué)研究手段如腦部核團(tuán)損毀、功能性磁共振成像、經(jīng)顱磁刺激及藥物處理等在中醫(yī)藥腦科學(xué)的機(jī)制的研究中有一定的局限性，損毀腦部核團(tuán)會(huì)引起腦組織不可逆的破壞，功能性磁共振成像不能區(qū)別不同亞型的神經(jīng)細(xì)胞的生理功能，經(jīng)顱磁刺激會(huì)引起不同程度的外周神經(jīng)損害等，這些研究手段尚不能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地揭示中醫(yī)藥腦科學(xué)的機(jī)制。

光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)是20世紀(jì)初新興的生物工程技術(shù)，兩者都可以精確地調(diào)控特定類型的神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。其中，光遺傳學(xué)技術(shù)可以在毫秒級(jí)的時(shí)間尺度上調(diào)控靶細(xì)胞，化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)可以在1 min到1 h不等的時(shí)間尺度上調(diào)控靶細(xì)胞，二者互為補(bǔ)充，改變了研究神經(jīng)環(huán)路的傳統(tǒng)思維，可以揭示某種特定行為的中樞機(jī)制，為中醫(yī)藥腦科學(xué)研究提供了一種全新的研究手段。

1 光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)簡介

1.1 光遺傳學(xué)技術(shù)簡介

光遺傳學(xué)是將基因遺傳學(xué)技術(shù)與光學(xué)技術(shù)結(jié)合起來的一種新型生物技術(shù)。早在20世紀(jì)70年代，Oesterhelt等[1]首次發(fā)現(xiàn)了微生物單成分光激活的離子泵細(xì)菌視紫紅質(zhì)，之后越來越多的微生物視蛋白被報(bào)道;2005年，斯坦福大學(xué)的Deisseroth等[2]在離體神經(jīng)元上轉(zhuǎn)染光敏蛋白，經(jīng)光照刺激后該神經(jīng)元活性可被精確調(diào)控;2006年，Deisseroth[3]將這一技術(shù)正式定義為“光遺傳學(xué)技術(shù)”。2011年，Nature Methods將光遺傳學(xué)技術(shù)譽(yù)為了21世紀(jì)神經(jīng)生物學(xué)中最具影響力的技術(shù)。

光遺傳學(xué)是利用細(xì)菌/綠藻視通道蛋白，使某一特定類型的神經(jīng)元被激活或抑制，從而特異性地調(diào)節(jié)這些神經(jīng)元的活動(dòng)。這類對(duì)光敏感的蛋白根據(jù)不同的作用可以分為興奮性光敏感蛋白和抑制性光敏感蛋白。視紫紅質(zhì)2（Channelrhodopsin-2，ChR2）是目前最常用的興奮性光敏感蛋白，它能夠被藍(lán)光激活，陽離子內(nèi)流使細(xì)胞去極化，產(chǎn)生動(dòng)作電位，提高細(xì)胞的興奮性[4];鹽細(xì)菌視紫紅質(zhì)（Natronomonas-pharaonishalorhodopsins，NpHRs）是一種常見的抑制性光敏感蛋白，在被黃光激活后氯離子泵入細(xì)胞，引起細(xì)胞膜超極化，從而抑制細(xì)胞的興奮[5]。見圖1。

光敏感蛋白在神經(jīng)細(xì)胞上成功表達(dá)后，通過不同強(qiáng)度的光照刺激即可特異性地操控神經(jīng)元的放電。光刺激既可以在毫秒級(jí)的時(shí)間尺度上精確控制光脈沖的寬度、頻率及潛伏期，又可以長時(shí)間操控神經(jīng)元。然后觀察光刺激后的動(dòng)物行為并記錄信號(hào)，進(jìn)行效應(yīng)評(píng)估。近年來，光遺傳學(xué)技術(shù)還可以與雙光子[6]、膜片鉗等[7]技術(shù)結(jié)合，更加精確地解析環(huán)路結(jié)構(gòu)，為科研工作者提供更好的平臺(tái);同時(shí)，新型光敏蛋白，新的光導(dǎo)入方法，光敏感蛋白靶向表達(dá)，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物品系的發(fā)展都為光遺傳提供更大的靈活性，為實(shí)驗(yàn)研究提供更大的操作空間[8]。

1.2 化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)簡介

化學(xué)遺傳學(xué)是20世紀(jì)90年代開始興起的交叉學(xué)科，是利用遺傳學(xué)原理，通過生物活性小分子與蛋白相互作用來研究生物學(xué)系統(tǒng)功能的一種方法[9]。1998年，哈佛大學(xué)的Stuart Schreiber教授[10]發(fā)表名為《Chemical Genetics Resulting from a Passion for Synthetic Organic Chemistry》的綜述，把利用小分子活性化合物為探針、以多種方法影響靶蛋白的功能的方法定義為化學(xué)遺傳學(xué)。與經(jīng)典遺傳學(xué)類似，分為正向的化學(xué)遺傳和反向的化學(xué)遺傳，前者用動(dòng)物細(xì)胞、微生物以及它們的裂解產(chǎn)物來尋找對(duì)生物過程產(chǎn)生影響的小分子，并確定相應(yīng)的蛋白靶;后者則先高表達(dá)某種蛋白，尋找與蛋白結(jié)合或影響純蛋白功能的小分子，從而確定小分子在體內(nèi)對(duì)此蛋白的功能影響?；瘜W(xué)遺傳學(xué)具有高效、可逆、特異性地干擾靶標(biāo)蛋白的功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生物學(xué)系統(tǒng)功能定量時(shí)空可控。

在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域，2007年，Roth觀察組報(bào)道了基于人類毒蕈堿型乙酰膽堿受體改造的G蛋白偶聯(lián)受體（G-protein Coupled Receptors，GPCRs）只能被特定的設(shè)計(jì)藥物激活，而不能被內(nèi)源性配體激活，這些受體被稱作DREADDs（Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs），即由特定藥物激活的受體。GPCRs是由800多個(gè)基因編碼的跨膜蛋白，主要分為Gq、Gi、Gs以及G12 4個(gè)家族，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)參與了多個(gè)生理過程，常用的化學(xué)遺傳受體為Gq與Gi。Gq主要通過偶聯(lián)人毒蕈堿型乙酰膽堿受體M3，其激活導(dǎo)致細(xì)胞去極化，細(xì)胞興奮性增強(qiáng)，細(xì)胞放電增加;Gi主要通過偶聯(lián)人毒蕈堿型乙酰膽堿受體M4，其激活將導(dǎo)致細(xì)胞超極化，抑制細(xì)胞的放電活動(dòng)[11]。見圖1。根據(jù)啟動(dòng)子的不同類別，化學(xué)遺傳受體可以靶向不同種類的神經(jīng)元，如谷氨酸能、GABA能、膽堿能、多巴胺能等神經(jīng)元[12-13]，還可以調(diào)節(jié)膠質(zhì)細(xì)胞的電活動(dòng)[14-15]。

通過病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)（例如啟動(dòng)子特異性相關(guān)病毒）、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物或者結(jié)合兩者將化學(xué)遺傳受體遞送至目標(biāo)區(qū)域并表達(dá)，然后經(jīng)腹腔注射或者經(jīng)飲用水給予化學(xué)遺傳配體CNO（Clozapine N-oxide）即可激活受體[16]。化學(xué)遺傳配體CNO一直以來被認(rèn)為是一種惰性藥物[17-18]，只與化學(xué)遺傳受體DREADDs結(jié)合而不會(huì)與內(nèi)源性受體結(jié)合。腹腔注射1 mg/kg CNO 15 min后即可達(dá)到血漿濃度峰值并且持續(xù)2 h左右[19]，因此可以有效地長時(shí)程控制神經(jīng)元的活動(dòng)。而近年來，有研究表明，CNO與DREADDs的親和率低，而CNO的代謝產(chǎn)物氯氮平與DREADDs卻有很高的結(jié)合率[20]。

2 光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)在中醫(yī)藥腦科學(xué)研究中的應(yīng)用

光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)具有高度時(shí)間、空間特異性及細(xì)胞類型特異性等優(yōu)點(diǎn)，在腦科學(xué)領(lǐng)域的研究中發(fā)揮著重要作用。目前，這兩項(xiàng)技術(shù)在中醫(yī)藥腦科學(xué)的研究逐漸增多，并且取得了許多重要的進(jìn)展，這些研究提示著光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)在中醫(yī)藥腦科學(xué)研究中的運(yùn)用是可行的，并且具有廣闊的運(yùn)用前景。

2.1 藥物成癮

近年來，由于中醫(yī)藥在治療藥物成癮方面具有不良反應(yīng)小、效果好及可防止復(fù)吸等優(yōu)勢(shì)[21]，其機(jī)制研究也得以迅速發(fā)展。先前的研究表明，在毒品成癮動(dòng)物模型中，中腦邊緣的多巴胺釋放增加，針刺“神門”穴、“太沖”穴及“筑賓”穴等能夠緩解毒品誘導(dǎo)的成癮行為，減少伏隔核多巴胺的釋放[22-23]，逆轉(zhuǎn)毒品誘導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元放電頻率降低[24]，提示針刺治療藥物成癮與中腦邊緣系統(tǒng)的多巴胺信號(hào)有關(guān)。2020年，Kim團(tuán)隊(duì)運(yùn)用光遺傳學(xué)技術(shù)具體地闡述了杏仁核的多巴胺信號(hào)系統(tǒng)在針刺治療冰毒成癮的具體作用[25]。該研究先將攜帶有eNpHR3.0的腺相關(guān)病毒表達(dá)在小鼠的杏仁核腦區(qū)，在針刺“神門”穴的同時(shí)使用黃光抑制杏仁核區(qū)的神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)針刺緩解成癮癥狀的作用被逆轉(zhuǎn)，停止黃光刺激后，針刺激活杏仁核的神經(jīng)元，抑制多巴胺的釋放，緩解冰毒誘導(dǎo)的成癮行為;隨后，研究者探究激活杏仁核區(qū)的神經(jīng)元的能否模擬出針刺的療效，于是將攜帶有ChR2的腺相關(guān)病毒注射到杏仁核相同部位，發(fā)現(xiàn)使用綠光激活神經(jīng)元后能模擬針刺的效應(yīng)，即抑制了冰毒誘導(dǎo)的活動(dòng)增強(qiáng);另外，針刺能抑制成癮小鼠的伏隔核釋放多巴胺，而電損毀杏仁核后，針刺的該作用被逆轉(zhuǎn)。這些結(jié)果表明，杏仁核區(qū)的神經(jīng)元在針刺緩解成癮癥狀時(shí)發(fā)揮著重要的作用。

2.2 疼痛

針刺鎮(zhèn)痛是中醫(yī)治療疼痛的重要組成部分，針刺鎮(zhèn)痛的中樞神經(jīng)環(huán)路是該領(lǐng)域的主要研究方向。先前關(guān)于中樞神經(jīng)環(huán)路的研究大多是基于神經(jīng)電生理方法等開展的。和傳統(tǒng)電生理技術(shù)相比，光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳技術(shù)可以更直觀、精確地反映大腦不同類型的神經(jīng)元之間的相互作用。2019年，華中科技大學(xué)李熳團(tuán)隊(duì)運(yùn)用化學(xué)遺傳技術(shù)研究針刺鎮(zhèn)痛的中樞機(jī)制[26]。研究發(fā)現(xiàn)，在慢性坐骨神經(jīng)損傷模型和膝骨關(guān)節(jié)炎模型中，用化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)抑制小鼠腹外側(cè)中腦導(dǎo)水管灰質(zhì)（vlPAG）中的GABA能神經(jīng)元，模擬了電針“環(huán)跳”穴、“陽陵泉”穴的鎮(zhèn)痛作用，即都能減輕2種模型的機(jī)械痛閾值和熱痛閾值;隨后，他們又發(fā)現(xiàn)激活vlPAG中的GABA能神經(jīng)元只能部分減弱電針的鎮(zhèn)痛效應(yīng)，同時(shí)激活vlPAG中的GABA能神經(jīng)元及抑制vlPAG中的谷氨酸能神經(jīng)元?jiǎng)t可以有效地拮抗電針的鎮(zhèn)痛效應(yīng)，該研究提示了vlPAG中的不同類型的神經(jīng)元在針刺鎮(zhèn)痛中的作用不同。

另外，光遺傳學(xué)技術(shù)在疼痛的研究中也取得了很大的進(jìn)展。有研究表明，用光遺傳學(xué)技術(shù)特異性地激活臂旁核投射至中央杏仁核的興奮性通路，小鼠的痛敏感性顯著降低[27];在神經(jīng)病理痛模型中，用光遺傳學(xué)技術(shù)抑制脊髓投射至前扣帶皮層的谷氨酸能神經(jīng)元，能顯著抑制小鼠的機(jī)械痛閾值[28];Zhou等[29]運(yùn)用光遺傳學(xué)技術(shù)證明前額葉皮層投射至伏隔核的興奮性通路參與慢性病理性疼痛的調(diào)節(jié)，通過在前額葉皮層的興奮性神經(jīng)元上表達(dá)NpHR，在光刺激時(shí)即可選擇性地抑制這些神經(jīng)元向伏隔核的投射，結(jié)果顯示大鼠的痛感覺加重。再結(jié)合目前針刺鎮(zhèn)痛的研究逐漸涉及到中樞層面[30-31]，以及局部核團(tuán)損毀術(shù)不具有特異性，故何俏穎等[32]具體闡述了光遺傳學(xué)技術(shù)在針刺鎮(zhèn)痛的研究中的可行性及研究范式，并且主張將光遺傳學(xué)技術(shù)運(yùn)用到針刺鎮(zhèn)痛的研究中，以推動(dòng)針刺鎮(zhèn)痛的研究水平進(jìn)入新的階段。

2.3 應(yīng)用展望

除了在藥物成癮和疼痛方面的研究，光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)在其他疾病模型中的應(yīng)用也非常廣泛。例如，在癲癇的研究中，Krook等[33]發(fā)現(xiàn)，無論用NpHR抑制海馬興奮性神經(jīng)元或用ChR2激活GABA能神經(jīng)元，用光激活時(shí)都會(huì)迅速抑制顳葉癲癇的發(fā)作，而用化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)激活內(nèi)側(cè)隔-海馬之間的膽堿能回路也能減輕癲癇發(fā)作[34];在阿爾茲海默癥的研究中，Etter等[35]利用光遺傳學(xué)技術(shù)激活內(nèi)側(cè)隔小白蛋白神經(jīng)元，可以明顯改善阿爾茲海默癥模型小鼠的記憶功能，Cordella等[36]將興奮性DREADDs受體表達(dá)在阿爾茲海默癥模型小鼠的海馬中，利用CNO激活后發(fā)現(xiàn)小鼠的記憶和認(rèn)知功能得到了很大的改善;另外，在抑郁癥的研究中也取得了很大的進(jìn)展，Son等[37]證明，用光遺傳學(xué)技術(shù)選擇性激活前額葉皮質(zhì)（Prefrontal Cortex，PFC）中的谷氨酸能神經(jīng)元能顯著改善抑郁樣癥狀，而用化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)激活成年小鼠PFC中5-羥色胺（5-HT）陽性的神經(jīng)元，能緩解小鼠在出生早期暴露于5-HT再攝取抑制劑引起的抑郁癥狀[38]。這些研究表明，將光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)藥腦科學(xué)研究的前景是十分客觀的。

目前，關(guān)于中藥、針灸作用的神經(jīng)環(huán)路和信號(hào)通路的研究成為了一大焦點(diǎn)。例如，王浩等人認(rèn)為針刺調(diào)節(jié)胃功能可能與迷走背核復(fù)合體、藍(lán)斑、小腦頂核及下丘腦視旁核等有關(guān)，但是這些核團(tuán)之間是否具有某種聯(lián)系尚不清楚，如果將光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)運(yùn)用于該神經(jīng)環(huán)路的研究中，將更有利于明確針刺在調(diào)節(jié)胃功能中的作用機(jī)制[39]。通過光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)特異性地操控神經(jīng)環(huán)路，再檢測(cè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的行為學(xué)變化，可以更加直觀地反應(yīng)大腦不同核團(tuán)、不同神經(jīng)元群體及不同的環(huán)路在中藥、針刺信號(hào)中的作用，使中醫(yī)藥腦科學(xué)研究進(jìn)入一個(gè)新的高度。見圖2。

近年來，有學(xué)者開始運(yùn)用光遺傳技術(shù)和化學(xué)遺傳技術(shù)進(jìn)行中醫(yī)藥腦科學(xué)研究并且逐漸與神經(jīng)電生理技術(shù)、系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)等多種研究方法的聯(lián)合運(yùn)用[6-7]，在更深入地揭示中醫(yī)藥的腦科學(xué)理論機(jī)制的同時(shí)，與應(yīng)用研究緊密相連，探析腦內(nèi)小分子化合物、神經(jīng)元及其生物學(xué)效應(yīng)，揭示了生命的基本活動(dòng)規(guī)律，為候選藥物和治療儀器的開發(fā)提供了科學(xué)的依據(jù)。

3 小結(jié)

光遺傳學(xué)技術(shù)在神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá)光敏感蛋白，通過光刺激來激活光敏感蛋白，可以在毫秒級(jí)的時(shí)間尺度上特異性地操控靶細(xì)胞;化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)在神經(jīng)細(xì)胞中表達(dá)改造后的G-蛋白偶聯(lián)受體，通過腹腔注射或飲用水給予外源性配體來激活G蛋白偶聯(lián)受體，可以長時(shí)間調(diào)控靶細(xì)胞的放電活動(dòng)。目前，這兩項(xiàng)技術(shù)在針灸治療藥物成癮及電針鎮(zhèn)痛等方面已經(jīng)取得了重要的進(jìn)展。比如，針刺通過激活杏仁核的神經(jīng)元，抑制多巴胺的釋放，從而緩解冰毒誘導(dǎo)的成癮行為;中腦導(dǎo)水管灰質(zhì)的GABA能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元在針刺鎮(zhèn)痛中扮演著重要的角色。這些研究在清醒的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中將神經(jīng)細(xì)胞與針刺效應(yīng)聯(lián)系起來，開闊了傳統(tǒng)中醫(yī)藥腦科學(xué)研究的思路，為光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)在中醫(yī)藥腦科學(xué)研究的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

4 討論

傳統(tǒng)的中醫(yī)藥腦科學(xué)研究常運(yùn)用藥理學(xué)、分子生物學(xué)及蛋白組學(xué)等技術(shù)，雖取得了一定的進(jìn)展，但是無法實(shí)現(xiàn)在活體動(dòng)物內(nèi)進(jìn)行研究，不能對(duì)神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)控，不能精確直觀地揭示中醫(yī)藥信號(hào)在中樞的傳遞過程。光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)了這一局面，通過這兩項(xiàng)技術(shù)可以觀察中醫(yī)藥干預(yù)在活體動(dòng)物內(nèi)對(duì)細(xì)胞信號(hào)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)環(huán)路的“開關(guān)”;通過比較“開關(guān)”前后的行為學(xué)變化，明確中醫(yī)藥的中樞機(jī)制;光刺激或配體激活都有可逆性，對(duì)神經(jīng)環(huán)路的“開關(guān)”操作具有可重復(fù)操作的特點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果可雙向驗(yàn)證，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性、精確性和穩(wěn)定性。另外，光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)與神經(jīng)電生理、有機(jī)合成技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，可以更精確地將行為學(xué)與神經(jīng)細(xì)胞的電活動(dòng)聯(lián)系起來，更深入地解析神經(jīng)環(huán)路的功能。因此，光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)在中醫(yī)藥腦科學(xué)研究中具有無可替代的優(yōu)勢(shì)與前景。

但是，這兩項(xiàng)技術(shù)在使用過程中也存在以下問題，例如：光遺傳學(xué)技術(shù)中使用的視蛋白和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)中使用的改造后的GPCRs都是外源性蛋白，在沒有激光刺激或配體激活的情況下仍具有一定的生物活性及細(xì)胞毒性[40-41];光遺傳學(xué)技術(shù)在使用激光刺激組織時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，對(duì)細(xì)胞造成影響[42];化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)在使用配體去激活GPCRs時(shí)，配體的代謝產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生不同的不良反應(yīng)[43-44]。針對(duì)這些問題，研究者會(huì)在實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)置熒光標(biāo)記組來觀察手術(shù)及外源性蛋白對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有影響，縮短光照刺激的時(shí)間以減少熱量的產(chǎn)生，盡可能地使用小劑量的化學(xué)遺傳配體以減少不良反應(yīng)的產(chǎn)生。明確這兩項(xiàng)技術(shù)存在的問題及相關(guān)的解決方案，將更有利于這兩項(xiàng)技術(shù)在中醫(yī)藥腦科學(xué)研究中的應(yīng)用。

綜上所述，中醫(yī)藥治療腦部疾病具有良好的臨床療效，但是傳統(tǒng)的研究手段尚不能在活體動(dòng)物模型中精確、直觀地揭示其內(nèi)在的機(jī)制;光遺傳學(xué)技術(shù)和化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域具有靶向性、高時(shí)空精確性和可重復(fù)操作等優(yōu)勢(shì)，為中醫(yī)藥腦科學(xué)研究提供了一種新的思路，為今后的研究提供借鑒，從而推動(dòng)中醫(yī)藥腦科學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展。

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（2020-05-10收稿 責(zé)任編輯：徐穎）