光遺傳技術(shù)讓盲人看到光明

文/首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院、北京市眼科研究所副研究員 劉宏偉

青海長(zhǎng)云暗雪山，孤城遙望玉門(mén)關(guān)。

黃沙百戰(zhàn)穿金甲，不破樓蘭終不還。

這是唐代詩(shī)人王昌齡的詩(shī)句，表現(xiàn)出詩(shī)人英勇殺敵，不獲全勝絕不收兵的決心。失明患者的復(fù)明，是全世界科學(xué)家和眼科醫(yī)生特別關(guān)注的事業(yè)。人們一直在努力采用各種手段，尋找復(fù)明的方法。盲人不復(fù)明，科學(xué)家和醫(yī)生絕不停止攻堅(jiān)。光遺傳技術(shù)的出現(xiàn)，讓盲人再一次看到了復(fù)明的希望。

10 月15 日是國(guó)際盲人節(jié)，也是盲人的復(fù)明節(jié)。白內(nèi)障和角膜病導(dǎo)致的失明，是可治療盲，可用晶狀體摘除聯(lián)合人工晶體植入手術(shù)和角膜移植手術(shù)來(lái)復(fù)明；青光眼和眼底病導(dǎo)致的失明，是不可治療盲，如何復(fù)明呢？

如果盲人的視覺(jué)傳導(dǎo)通路和視覺(jué)中樞正常，可通過(guò)人工視覺(jué)來(lái)復(fù)明。在視網(wǎng)膜下植入人工視網(wǎng)膜，代替感光細(xì)胞，利用人工視網(wǎng)膜的編碼和解碼機(jī)制，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)視神經(jīng)傳入視覺(jué)中樞，形成視覺(jué)。

如果盲人的視覺(jué)傳導(dǎo)通路出現(xiàn)異常，可應(yīng)用感覺(jué)替代的方法，如舌尖導(dǎo)盲儀和前額導(dǎo)盲儀。通過(guò)佩戴攜有微型攝像機(jī)的墨鏡，采集圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)感應(yīng)器來(lái)刺激舌頭或前額，將信號(hào)傳入大腦中，代替視覺(jué)。

對(duì)于大部分遺傳性眼底病，由于致病基因的發(fā)現(xiàn)，以及干細(xì)胞技術(shù)和基因編輯技術(shù)的發(fā)展，干細(xì)胞治療和基因治療已成為治療這些疾病的主力軍。光遺傳技術(shù)多用于腦部神經(jīng)細(xì)胞的研究、神經(jīng)疾病和精神疾病的治療。不過(guò)，科學(xué)家已經(jīng)將光遺傳技術(shù)用于遺傳性眼底病的研究中，并取得了重大的突破。

什么是光遺傳技術(shù)？就是利用分子生物學(xué)等手段，將外源光敏感蛋白基因?qū)肷窠?jīng)細(xì)胞中，在細(xì)胞膜上表達(dá)出光敏感通道蛋白。光敏感通道蛋白有多種，可對(duì)不同波長(zhǎng)的光有反應(yīng)。當(dāng)用某一波長(zhǎng)的光照射時(shí)，光敏感通道蛋白可被激活，使神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生電信號(hào)并進(jìn)行傳導(dǎo)；或光敏感通道蛋白未激活，抑制神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生電信號(hào)。當(dāng)然，光遺傳技術(shù)也可用于神經(jīng)細(xì)胞外其他細(xì)胞的光敏感蛋白表達(dá)，從而啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)生物學(xué)過(guò)程，進(jìn)而控制生物行為。

光遺傳技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。對(duì)神經(jīng)細(xì)胞刺激的光強(qiáng)度、時(shí)間及頻率的調(diào)節(jié)，對(duì)神經(jīng)元信號(hào)多通道記錄技術(shù)、行為學(xué)記錄的使用，光遺傳技術(shù)可以解析神經(jīng)回路的結(jié)構(gòu)和功能。這項(xiàng)技術(shù)已用于癲癇、疼痛、阿爾茨海默病、帕金森病、抑郁癥、藥物成癮等疾病的研究中。

光遺傳技術(shù)研究腦神經(jīng)，需要做一個(gè)小手術(shù)，將光纖導(dǎo)入到神經(jīng)細(xì)胞附近，這樣才能用不同波長(zhǎng)的光來(lái)刺激神經(jīng)細(xì)胞。目前，無(wú)損傷的光刺激方法也在研究中。光遺傳技術(shù)用于眼部研究是不需要光線的，因?yàn)檠劬Ρ緛?lái)就暴露在光線中。我們視網(wǎng)膜中的感光細(xì)胞是接受光刺激的，只不過(guò)，有些眼底病的感光細(xì)胞遭到破壞，已不能接受光刺激，最終導(dǎo)致失明。

正常情況下，感光細(xì)胞接受光刺激后，將電信號(hào)傳遞給雙極細(xì)胞，再傳遞給視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，最后傳遞至視中樞，從而產(chǎn)生視覺(jué)。當(dāng)感光細(xì)胞損傷后，我們可刺激雙極細(xì)胞或神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，從而產(chǎn)生電信號(hào)傳入視中樞。但是，雙極細(xì)胞或神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)光是沒(méi)有反應(yīng)的，我們可以將外源光敏感蛋白基因?qū)脒@些細(xì)胞中，在細(xì)胞膜上表達(dá)出光敏感通道蛋白，使它們也成為“感光細(xì)胞”。

光遺傳技術(shù)已用于臨床治療視網(wǎng)膜色素變性。視網(wǎng)膜色素變性是一種遺傳性的神經(jīng)退行性眼病，會(huì)破壞視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞，造成夜視困難和視野縮小，最終導(dǎo)致完全失明?？茖W(xué)家對(duì)一位因視網(wǎng)膜色素變性而失明40 年的患者進(jìn)行治療，他們向患者眼中注射一種光敏通道蛋白基因，使視網(wǎng)膜中央凹中的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞表達(dá)這種光敏通道蛋白。這種光敏通道蛋白的刺激波長(zhǎng)為590 納米，是一種琥珀色的光。因?yàn)殓晟墓庀鄬?duì)安全，對(duì)瞳孔收縮的刺激也小?；颊咧委熀?，還需要佩戴一種護(hù)目鏡作為匹配設(shè)備，這種設(shè)備能夠?qū)⑾鄼C(jī)拍攝的圖像，轉(zhuǎn)化為單色圖像，以590納米的光投射到患者的視網(wǎng)膜上?；颊邔?duì)該治療的耐受性良好，在使用光遺傳技術(shù)治療后，能夠通過(guò)眼睛對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、計(jì)數(shù)和定位。

光遺傳技術(shù)雖然能夠恢復(fù)一些失明患者的視覺(jué)功能，但是患者只能看到單色光，還不能像正常人一樣看到顏色。眼是光的世界，光遺傳技術(shù)治療眼病有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)是獨(dú)具“惠”眼。隨著光遺傳技術(shù)研究的不斷深入，失明的患者一定能夠像正常人那樣工作和生活的。