光遗传技术让盲人看到光明

文/首都医科大学附属北京同仁医院、北京市眼科研究所副研究员 刘宏伟

青海长云暗雪山，孤城遥望玉门关。

黄沙百战穿金甲，不破楼兰终不还。

这是唐代诗人王昌龄的诗句，表现出诗人英勇杀敌，不获全胜绝不收兵的决心。失明患者的复明，是全世界科学家和眼科医生特别关注的事业。人们一直在努力采用各种手段，寻找复明的方法。盲人不复明，科学家和医生绝不停止攻坚。光遗传技术的出现，让盲人再一次看到了复明的希望。

10 月15 日是国际盲人节，也是盲人的复明节。白内障和角膜病导致的失明，是可治疗盲，可用晶状体摘除联合人工晶体植入手术和角膜移植手术来复明；青光眼和眼底病导致的失明，是不可治疗盲，如何复明呢？

如果盲人的视觉传导通路和视觉中枢正常，可通过人工视觉来复明。在视网膜下植入人工视网膜，代替感光细胞，利用人工视网膜的编码和解码机制，将光信号转化为电信号，通过视神经传入视觉中枢，形成视觉。

如果盲人的视觉传导通路出现异常，可应用感觉替代的方法，如舌尖导盲仪和前额导盲仪。通过佩戴携有微型摄像机的墨镜，采集图像转换成电信号，通过感应器来刺激舌头或前额，将信号传入大脑中，代替视觉。

对于大部分遗传性眼底病，由于致病基因的发现，以及干细胞技术和基因编辑技术的发展，干细胞治疗和基因治疗已成为治疗这些疾病的主力军。光遗传技术多用于脑部神经细胞的研究、神经疾病和精神疾病的治疗。不过，科学家已经将光遗传技术用于遗传性眼底病的研究中，并取得了重大的突破。

什么是光遗传技术？就是利用分子生物学等手段，将外源光敏感蛋白基因导入神经细胞中，在细胞膜上表达出光敏感通道蛋白。光敏感通道蛋白有多种，可对不同波长的光有反应。当用某一波长的光照射时，光敏感通道蛋白可被激活，使神经细胞产生电信号并进行传导；或光敏感通道蛋白未激活，抑制神经细胞产生电信号。当然，光遗传技术也可用于神经细胞外其他细胞的光敏感蛋白表达，从而启动细胞内生物学过程，进而控制生物行为。

光遗传技术在神经科学研究领域应用较为广泛。对神经细胞刺激的光强度、时间及频率的调节，对神经元信号多通道记录技术、行为学记录的使用，光遗传技术可以解析神经回路的结构和功能。这项技术已用于癫痫、疼痛、阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症、药物成瘾等疾病的研究中。

光遗传技术研究脑神经，需要做一个小手术，将光纤导入到神经细胞附近，这样才能用不同波长的光来刺激神经细胞。目前，无损伤的光刺激方法也在研究中。光遗传技术用于眼部研究是不需要光线的，因为眼睛本来就暴露在光线中。我们视网膜中的感光细胞是接受光刺激的，只不过，有些眼底病的感光细胞遭到破坏，已不能接受光刺激，最终导致失明。

正常情况下，感光细胞接受光刺激后，将电信号传递给双极细胞，再传递给视网膜神经节细胞，最后传递至视中枢，从而产生视觉。当感光细胞损伤后，我们可刺激双极细胞或神经节细胞，从而产生电信号传入视中枢。但是，双极细胞或神经节细胞对光是没有反应的，我们可以将外源光敏感蛋白基因导入这些细胞中，在细胞膜上表达出光敏感通道蛋白，使它们也成为“感光细胞”。

光遗传技术已用于临床治疗视网膜色素变性。视网膜色素变性是一种遗传性的神经退行性眼病，会破坏视网膜的感光细胞，造成夜视困难和视野缩小，最终导致完全失明。科学家对一位因视网膜色素变性而失明40 年的患者进行治疗，他们向患者眼中注射一种光敏通道蛋白基因，使视网膜中央凹中的神经节细胞表达这种光敏通道蛋白。这种光敏通道蛋白的刺激波长为590 纳米，是一种琥珀色的光。因为琥珀色的光相对安全，对瞳孔收缩的刺激也小。患者治疗后，还需要佩戴一种护目镜作为匹配设备，这种设备能够将相机拍摄的图像，转化为单色图像，以590纳米的光投射到患者的视网膜上。患者对该治疗的耐受性良好，在使用光遗传技术治疗后，能够通过眼睛对物体进行识别、计数和定位。

光遗传技术虽然能够恢复一些失明患者的视觉功能，但是患者只能看到单色光，还不能像正常人一样看到颜色。眼是光的世界，光遗传技术治疗眼病有独特的优势，可以说是独具“惠”眼。随着光遗传技术研究的不断深入，失明的患者一定能够像正常人那样工作和生活的。