無需每天定時服用藥物或注射胰島素，只需每天光照1分鐘即可讓糖尿病小鼠顯著降血糖。

這得益于華東師范大學生命科學學院、上海市調控生物學重點實驗室葉海峰研究團隊開發得新型光遺傳學工具。日前，國際生物技術領域很好期刊《自然·生物技術》在線發表了這一成果。

【不可思議得治療手段】

用一束光來治療疾病？聽上去不可思議，但光遺傳學得出現，使其成為可能。

光遺傳學技術具有遠程無痕、時空特異性精準控制得優勢，尤其在精準可控得基因治療和細胞治療領域具有重要意義。

然而，要真正實現利用一束光來治療疾病仍需克服許多問題。一個堪稱“完美”得光遺傳學工具至少需要滿足以下幾點：第壹，響應紅光或遠紅光，這種光具有良好得組織穿透能力且幾乎不存在光毒性，具有較好得體內應用潛能；第二，系統元件小，才能被載體包裝；第三，靈敏度高、光響應速度快且可以被隨時關閉，具有較好得可逆性，可根據實際需要和應用場景靈活調節。之前得光遺傳學工具均無法同時滿足上述條件，大大限制了光遺傳學在生物醫學領域得應用。

【“沉睡”還是“醒來”，皆可控】

葉海峰課題組將目光放在了來自植物擬南芥得光敏蛋白上，并對其進行了工程改造。黑暗情況下，光敏蛋白在細胞中“沉睡”，660納米得紅光可“喚醒”光敏蛋白，使其招募伴侶蛋白，并結合到其特異性識別得啟動子上，從而啟動目標基因轉錄；當接收到“沉睡”信號，即730納米得遠紅光照射時，光敏蛋白會與其伴侶蛋白解離，終止基因轉錄。

新型光遺傳學工具光照小鼠、大鼠、兔示意圖。 葉海峰課題組提供

這一新型光遺傳學工具有著四大優點：超高靈敏度，只需要光照一秒鐘，便可誘導一百五十倍得基因表達；超高可控性，可通過紅光/遠紅光照射，快速激活或關閉光控系統，已分別在小鼠、大鼠、兔中實現高效得光控基因表達；高度嚴謹性，只有當光和色素小分子同時存在，才能激活光控開關，相當于兩把“鑰匙”同時開一個“鎖”；光控模塊小，可通過載體遞送，在小鼠體內實現了長達三個月以上得基因表達控制。

研究者還展示了該系統得多個應用場景，通過光控制活性蛋白得定位，調控細胞信號通路得激活與抑制；與基因感謝工具結合在一起，實現了對哺乳動物細胞、小鼠肝臟及肌肉內源基因轉錄得高效調控；在糖尿病小鼠和大鼠模型中，每天僅需光照一分鐘或五分鐘便可實現降血糖。這充分表明了這一新型光遺傳學工具在精準可控得細胞治療領域具有極高得應用潛能。

欄目主編：黃海華 文字感謝：黃海華 題圖圖蟲創意 支持感謝：項建英

：黃海華