獲知今年的諾貝爾生理學或醫學獎歸屬時，華東師范大學生命科學學院院長葉海峰既有意外，又連說幾次“終於拿到”。意外在於，“這幾年，AI、細胞重編程等新熱點出現了，光遺傳的關注度反而沒有那麼高了”﹔“終於拿到”則因為，幾年前光遺傳學一直是拿獎熱門，直到今年才實至名歸。

“在光門控離子通道發現之前，神經科學研究一直無法控制單個神經元。”10月5日，葉海峰告訴科技日報記者，以前的手段有化學信號、電信號控制等，會影響到一片神經細胞，難以開展對單個神經細胞功能的研究，直到光控開關應用后才有改變。

“光敏感通道蛋白（ChR2）非常神奇，它是一個‘鑲嵌’在細胞膜上的一次跨膜蛋白，如果把鈉離子、鈣離子想象成要通過這個‘通道’進入細胞的‘游客’，隻需要470納米左右的藍光毫秒級別的照射，這個蛋白就會為‘游客’開門。”葉海峰說，彼得·黑格曼和格奧爾格·內格爾在單細胞藻類中發現了這個蛋白，當時也不知道能如何運用它。

在美國，進行神經領域研究的科學家卡爾·戴塞羅思正需要一個精准控制神經元的開關，他將編碼這個蛋白的基因引入了小鼠的神經細胞，實現了對神經元細胞的精准控制。

“當初看到他們在神經科學領域的這個工作，我就趕緊寫郵件給卡爾·戴塞羅思課題組，希望獲得這個光控元件。”葉海峰說。沒想到過了一段時間，在瑞士蘇黎世聯邦理工學院攻讀博士學位的葉海峰真的收到了來自美國的一封信件。

“隨信寄來了密封包裝的一張濾紙，上面吸附了裝配有ChR2基因的質粒，只要把它們在大腸杆菌等工程菌中活化，就能轉移到我的控制系統中。”葉海峰說，諾獎學者的熱心和共享理念，無疑是這個學科快速發展起來的重要推動力之一。

“直到目前，人類對於神經元細胞的研究手段也是比較有限的，將光控用於神經系統的研究，得以單個操控神經元，這為研究者提供了非常強大的手段。”葉海峰認為，這是光遺傳學在神經系統的應用能夠獲得本次諾貝爾獎的原因之一。

另一方面，在神經領域的應用向世界展示了“光控”的巨大前景。葉海峰說，隨著越來越多光敏蛋白的發現，“光控”的技術更加成熟，研究者更有信心通過自己的研究使得越來越多的“光控”診療方法走進現實。

隨著光遺傳學帶來的“光控”手段的可行性被不斷証實，“光控”手段的應用范圍正在大幅增加：光照調控基因表達胰島素，用於降低血糖﹔光照促成生物藥物在體內合成釋放，藥物在需要的時候才會出現﹔光敏蛋白直接作為藥物使用，用於視障患者的治療……

“現在學界將‘光控’所使用的光拓展到紅光、近紅外光等組織透性更高的譜段。”葉海峰表示，還有一些巧妙設計，如通過手機APP來程序化控制光照的時間和節奏，可控地釋放激素類藥物，甚至作為藥物篩選平台等，都展現了很強大的精准控制能力，相信隨著交叉領域的深入研究和進展，“光控”的應用會為臨床診療場景帶來巨大的改變。（記者 張佳星）