光遺傳技術讓盲人看到光明

文/首都醫科大學附屬北京同仁醫院、北京市眼科研究所副研究員 劉宏偉

青海長云暗雪山，孤城遙望玉門關。

黃沙百戰穿金甲，不破樓蘭終不還。

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

10 月15 日是國際盲人節，也是盲人的復明節。白內障和角膜病導致的失明，是可治療盲，可用晶狀體摘除聯合人工晶體植入手術和角膜移植手術來復明；青光眼和眼底病導致的失明，是不可治療盲，如何復明呢？

如果盲人的視覺傳導通路和視覺中樞正常，可通過人工視覺來復明。在視網膜下植入人工視網膜，代替感光細胞，利用人工視網膜的編碼和解碼機制，將光信號轉化為電信號，通過視神經傳入視覺中樞，形成視覺。

如果盲人的視覺傳導通路出現異常，可應用感覺替代的方法，如舌尖導盲儀和前額導盲儀。通過佩戴攜有微型攝像機的墨鏡，采集圖像轉換成電信號，通過感應器來刺激舌頭或前額，將信號傳入大腦中，代替視覺。

對于大部分遺傳性眼底病，由于致病基因的發現，以及干細胞技術和基因編輯技術的發展，干細胞治療和基因治療已成為治療這些疾病的主力軍。光遺傳技術多用于腦部神經細胞的研究、神經疾病和精神疾病的治療。不過，科學家已經將光遺傳技術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？就是利用分子生物學等手段，將外源光敏感蛋白基因導入神經細胞中，在細胞膜上表達出光敏感通道蛋白。光敏感通道蛋白有多種，可對不同波長的光有反應。當用某一波長的光照射時，光敏感通道蛋白可被激活，使神經細胞產生電信號并進行傳導；或光敏感通道蛋白未激活，抑制神經細胞產生電信號。當然，光遺傳技術也可用于神經細胞外其他細胞的光敏感蛋白表達，從而啟動細胞內生物學過程，進而控制生物行為。

光遺傳技術在神經科學研究領域應用較為廣泛。對神經細胞刺激的光強度、時間及頻率的調節，對神經元信號多通道記錄技術、行為學記錄的使用，光遺傳技術可以解析神經回路的結構和功能。這項技術已用于癲癇、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。

光遺傳技術研究腦神經，需要做一個小手術，將光纖導入到神經細胞附近，這樣才能用不同波長的光來刺激神經細胞。目前，無損傷的光刺激方法也在研究中。光遺傳技術用于眼部研究是不需要光線的，因為眼睛本來就暴露在光線中。我們視網膜中的感光細胞是接受光刺激的，只不過，有些眼底病的感光細胞遭到破壞，已不能接受光刺激，最終導致失明。

正常情況下，感光細胞接受光刺激后，將電信號傳遞給雙極細胞，再傳遞給視網膜神經節細胞，最后傳遞至視中樞，從而產生視覺。當感光細胞損傷后，我們可刺激雙極細胞或神經節細胞，從而產生電信號傳入視中樞。但是，雙極細胞或神經節細胞對光是沒有反應的，我們可以將外源光敏感蛋白基因導入這些細胞中，在細胞膜上表達出光敏感通道蛋白，使它們也成為“感光細胞”。

光遺傳技術已用于臨床治療視網膜色素變性。視網膜色素變性是一種遺傳性的神經退行性眼病，會破壞視網膜的感光細胞，造成夜視困難和視野縮小，最終導致完全失明。科學家對一位因視網膜色素變性而失明40 年的患者進行治療，他們向患者眼中注射一種光敏通道蛋白基因，使視網膜中央凹中的神經節細胞表達這種光敏通道蛋白。這種光敏通道蛋白的刺激波長為590 納米，是一種琥珀色的光。因為琥珀色的光相對安全，對瞳孔收縮的刺激也小。患者治療后，還需要佩戴一種護目鏡作為匹配設備，這種設備能夠將相機拍攝的圖像，轉化為單色圖像，以590納米的光投射到患者的視網膜上。患者對該治療的耐受性良好，在使用光遺傳技術治療后，能夠通過眼睛對物體進行識別、計數和定位。

光遺傳技術雖然能夠恢復一些失明患者的視覺功能，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，光遺傳技術治療眼病有獨特的優勢，可以說是獨具“惠”眼。隨著光遺傳技術研究的不斷深入，失明的患者一定能夠像正常人那樣工作和生活的。