首页 > 公司新闻 > 科研文章
1999 年，笔者参加高考，语文考试的作文题目是《假如记忆可以移植》，这个很有科幻性质的题目在当时被认为是高考的创新。时间过去十几年，虽然记忆的精确移植仍然没有实现，但是通过一项被称为“光遗传学”的技术来改变、操控记忆已经在实验室的动物实验中成为可能。
近年来，诺贝尔生理学或医学奖获得者、现任美国麻省理工学院教授利根川进的实验室通过光遗传学技术开展了一系列对记忆的操控：产生虚假的记忆，以产生快乐的记忆来治疗抑郁，在退行性疾病的情况下激活……
许多年来，神经科学家一直在孜孜不倦地探索精确控制大脑特定类型神经元的方法。其中非常知名的一位学者是奠定了现代分子生物学基石的英国生物学家弗朗西斯 • 克里克（Francis Crick）。他因解析 DNA 双螺旋结构获得了 1962 年诺贝尔生 理学或医学奖，之后就致力于神经科学的研究，想要探索意识的生物学基础。1979 年，克里克在《科学美国人》（Scientific American）上发表的一篇文章指出，用电极刺激大脑不够精确，需要发展新的工具来实现激活或关闭特定神经元而不会影响其他类型的细胞。1999 年，他在美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校著名的库夫勒讲座 (kufuler lecture) 上再次提到这个问题 , 并指出：也许可以通过光学的方式来实现。事实上，在他提出这个想法前后，已经有许多研究者致力于用光学的办法来控制神经元的活动，但效率都不高，使用的范围不广。
突破性的进展在 2002 年到来，德国的一个研究团队在著名的《科学》（ Science）杂志宣布，他们发现了一种新的微生物视蛋白 Channelrhodopsin-1（ChR1），这种蛋白来自生长在池塘里的一种绿色水藻，与介导人类视觉的视蛋白是远亲，但它本身是一个阳离子通道，可以通过其配体视黄醛在光照时的形变来打开和关闭。2003 年，该研究组又报道了另一种视蛋白 Channelrhodopsin-2（ChR2）。此时，在美国斯坦福大学，一位光遗传学发展史上最重要的人刚刚成为助理教授，他就是卡尔 • 戴斯罗斯（Karl Deisseroth）。 戴斯罗斯敏锐地意识到将视蛋白应用到神经科学领域可能会具有划时代的重要性。
2004 年，因缘际会，两位如今在生命科学领域叱咤风云的人物也刚好聚集到戴斯罗斯麾下，其中一位是现在基因编辑领域的领军人物张锋。张锋本科在哈佛大学庄小威实验室从事化学和生物学交叉的研究，此时到斯坦福大学进行研究生学习。原本庄小威推荐其去和自己的博士生导师、诺贝尔物理学奖获得者朱棣文教授会面，但彼时朱棣文刚去美国能源部就任部长，朱棣文的实验室刚好被斯坦福大学的助理教授戴斯罗斯使用，这次阴差阳错的会面让张峰留在了戴斯罗斯的实验室从事研究。其后，戴斯罗斯又找来了当时在做博士后研究、后来成为神经科学界知名学者的埃德 • 博伊登（Ed boyden）。 他 们合作在《自然 • 神经科学》(Nature Neurosciences)上发表了一篇文章，文章证明了以下三点：
（1）ChR2 可以在神经元中表达，且转运至细胞膜上，有正常功能；
（2）ChR2激活产生的电流足以使神经元产生动作电位；
（3）ChR2 的激活和失活非常迅速，足以在毫秒时间上控制神经元的发放。
正是这三点牢固地奠定了光遗传学在神经科学中实际应用的基础。伴随着方法学与技术的不断发展与完善，光遗传学得到了科学界的广泛认可。2010 年，光遗传学被《自然 • 方法》（Nature Methods）选为年度方法，同年被《科学》(Science) 认为是近10 年来的突破之一。这项技术真正地给物理光学、光化学和生物学提供了新的结合点，结合了基因工程技术和最前沿的光学技术。
如今，光遗传学已经成为神经科学家日常使用的技术。近 10 年来，戴斯罗斯实验室继续引领光遗传学在神经系统基础研究方面高歌猛进。同时，越来越多的实验室开始应用光遗传学来研究行为、认知和神经疾病的生物学原理，以及各种神经疾病的成因，例如帕金森病、抑郁症、恐惧症、焦虑症的神经环路机制。
近年来，美国麻省理工学院的青年教授凯 • 泰伊（Kay Tye）使用光遗传学技术在大脑情绪调控方面做了很多前沿研究，她的研究组发现杏仁核、腹侧海马区以及伏隔核之间的相互联系对于焦虑情绪非常重要。2012 年 , 美国西奈山医学院的华裔科学家韩明虎的研究组在《自然》(Nature) 发表文章，指出在小鼠社交失败模型中激活多巴胺神经元可以快速导致抑郁样行为。有趣的是，2014年，他们在《科学》(Science)发表的另一篇文章指出，如果在抑郁的小鼠中进一步地运用光遗传学刺激多巴胺神经元，又能使抑郁症状得到逆转。从长远来看，光遗传学在神经疾病研究中的应用将进一步揭开这些复杂疾病的成因，相信未来将促成神经疾病新疗法的发生，也会发现可供药物开发的新的靶点。
对光遗传学技术来说，现在最重要的问题就是这项技术什么时候可以应用到临床治疗。对复杂神经疾病的治疗，目前通过光遗传学来控制和治疗还比较遥远。但是，在特定的疾病领域，科学家和工业界已经开始应用光遗传学 , 并取得了很好的成绩。
目前看来，最有希望进入临床的是利用光遗传学来治疗失明。美国密歇根州的一家公司 RetroSense Therapeutics，已经开始了利用光遗传学疗法治疗视网膜色素变性的第一个临床安全性试验。视网膜色素变性在全球有超过 100 万的患者，它是一种视网膜感光细胞退化导致的遗传性疾病，与多个基因的突变有关。患者因视网膜上的视杆细胞和视锥细胞先后死亡，而逐渐失去视觉。目前，视网膜色素变性还没有有效的药物治疗手段。RetroSense Therapeutics 公司开展的光遗传学治疗视网膜色素变性的临床试验，将有可能为这些患者带来希望。
1999 年，笔者参加高考，语文考试的作文题目是《假如记忆可以移植》，这个很有科幻性质的题目在当时被认为是高考的创新。时间过去十几年，虽然记忆的精确移植仍然没有实现，但是通过一项被称为“光遗传学”的技术来改变、操控记忆已经在实验室的动物实验中成为可能。
近年来，诺贝尔生理学或医学奖获得者、现任美国麻省理工学院教授利根川进的实验室通过光遗传学技术开展了一系列对记忆的操控：产生虚假的记忆，以产生快乐的记忆来治疗抑郁，在退行性疾病的情况下激活……
许多年来，神经科学家一直在孜孜不倦地探索精确控制大脑特定类型神经元的方法。其中非常知名的一位学者是奠定了现代分子生物学基石的英国生物学家弗朗西斯 • 克里克（Francis Crick）。他因解析 DNA 双螺旋结构获得了 1962 年诺贝尔生 理学或医学奖，之后就致力于神经科学的研究，想要探索意识的生物学基础。1979 年，克里克在《科学美国人》（Scientific American）上发表的一篇文章指出，用电极刺激大脑不够精确，需要发展新的工具来实现激活或关闭特定神经元而不会影响其他类型的细胞。1999 年，他在美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校著名的库夫勒讲座 (kufuler lecture) 上再次提到这个问题 , 并指出：也许可以通过光学的方式来实现。事实上，在他提出这个想法前后，已经有许多研究者致力于用光学的办法来控制神经元的活动，但效率都不高，使用的范围不广。
突破性的进展在 2002 年到来，德国的一个研究团队在著名的《科学》（ Science）杂志宣布，他们发现了一种新的微生物视蛋白 Channelrhodopsin-1（ChR1），这种蛋白来自生长在池塘里的一种绿色水藻，与介导人类视觉的视蛋白是远亲，但它本身是一个阳离子通道，可以通过其配体视黄醛在光照时的形变来打开和关闭。2003 年，该研究组又报道了另一种视蛋白 Channelrhodopsin-2（ChR2）。此时，在美国斯坦福大学，一位光遗传学发展史上最重要的人刚刚成为助理教授，他就是卡尔 • 戴斯罗斯（Karl Deisseroth）。 戴斯罗斯敏锐地意识到将视蛋白应用到神经科学领域可能会具有划时代的重要性。
2004 年，因缘际会，两位如今在生命科学领域叱咤风云的人物也刚好聚集到戴斯罗斯麾下，其中一位是现在基因编辑领域的领军人物张锋。张锋本科在哈佛大学庄小威实验室从事化学和生物学交叉的研究，此时到斯坦福大学进行研究生学习。原本庄小威推荐其去和自己的博士生导师、诺贝尔物理学奖获得者朱棣文教授会面，但彼时朱棣文刚去美国能源部就任部长，朱棣文的实验室刚好被斯坦福大学的助理教授戴斯罗斯使用，这次阴差阳错的会面让张峰留在了戴斯罗斯的实验室从事研究。其后，戴斯罗斯又找来了当时在做博士后研究、后来成为神经科学界知名学者的埃德 • 博伊登（Ed boyden）。 他 们合作在《自然 • 神经科学》(Nature Neurosciences)上发表了一篇文章，文章证明了以下三点：
（1）ChR2 可以在神经元中表达，且转运至细胞膜上，有正常功能；
（2）ChR2激活产生的电流足以使神经元产生动作电位；
（3）ChR2 的激活和失活非常迅速，足以在毫秒时间上控制神经元的发放。
正是这三点牢固地奠定了光遗传学在神经科学中实际应用的基础。伴随着方法学与技术的不断发展与完善，光遗传学得到了科学界的广泛认可。2010 年，光遗传学被《自然 • 方法》（Nature Methods）选为年度方法，同年被《科学》(Science) 认为是近10 年来的突破之一。这项技术真正地给物理光学、光化学和生物学提供了新的结合点，结合了基因工程技术和最前沿的光学技术。
如今，光遗传学已经成为神经科学家日常使用的技术。近 10 年来，戴斯罗斯实验室继续引领光遗传学在神经系统基础研究方面高歌猛进。同时，越来越多的实验室开始应用光遗传学来研究行为、认知和神经疾病的生物学原理，以及各种神经疾病的成因，例如帕金森病、抑郁症、恐惧症、焦虑症的神经环路机制。
近年来，美国麻省理工学院的青年教授凯 • 泰伊（Kay Tye）使用光遗传学技术在大脑情绪调控方面做了很多前沿研究，她的研究组发现杏仁核、腹侧海马区以及伏隔核之间的相互联系对于焦虑情绪非常重要。2012 年 , 美国西奈山医学院的华裔科学家韩明虎的研究组在《自然》(Nature) 发表文章，指出在小鼠社交失败模型中激活多巴胺神经元可以快速导致抑郁样行为。有趣的是，2014年，他们在《科学》(Science)发表的另一篇文章指出，如果在抑郁的小鼠中进一步地运用光遗传学刺激多巴胺神经元，又能使抑郁症状得到逆转。从长远来看，光遗传学在神经疾病研究中的应用将进一步揭开这些复杂疾病的成因，相信未来将促成神经疾病新疗法的发生，也会发现可供药物开发的新的靶点。
对光遗传学技术来说，现在最重要的问题就是这项技术什么时候可以应用到临床治疗。对复杂神经疾病的治疗，目前通过光遗传学来控制和治疗还比较遥远。但是，在特定的疾病领域，科学家和工业界已经开始应用光遗传学 , 并取得了很好的成绩。
目前看来，最有希望进入临床的是利用光遗传学来治疗失明。美国密歇根州的一家公司 RetroSense Therapeutics，已经开始了利用光遗传学疗法治疗视网膜色素变性的第一个临床安全性试验。视网膜色素变性在全球有超过 100 万的患者，它是一种视网膜感光细胞退化导致的遗传性疾病，与多个基因的突变有关。患者因视网膜上的视杆细胞和视锥细胞先后死亡，而逐渐失去视觉。目前，视网膜色素变性还没有有效的药物治疗手段。RetroSense Therapeutics 公司开展的光遗传学治疗视网膜色素变性的临床试验，将有可能为这些患者带来希望。
