神经细胞的开关

(PhysOrg.com)——这听起来像是神经生物学家的梦想:一个能让神经细胞随意打开和关闭的开关。三位科学家发现了这样一个电灯开关，现在他们的工作受到了表彰。

马克斯·普朗克生物物理研究所所长恩斯特·班伯格(Ernst Bamberg)、Würzburg大学的格奥尔格·纳格尔(Georg Nagel)和柏林洪堡大学的彼得·赫格曼(Peter Hegemann)因发现光门控离子通道视紫红质而获得今年的威利生物医学科学奖。该奖自2001年起每年颁发一次，奖励在医学和生物科学领域的杰出研究。颁奖典礼将于4月9日在纽约洛克菲勒大学举行。

威利奖评审团表彰三位研究人员发现了通道视紫红质，这是一种光激活离子通道。这些蛋白质的使用为研究培养中的神经细胞和网络以及活体动物大脑中的神经细胞和网络开辟了新的机会，并建立了光遗传学的研究领域。光可以专门用于在没有电极的情况下开关单个神经细胞或神经网络。除了这一发现对基础研究的重要性外，未来它可能会使患者受益神经退行性疾病，如黄斑变性、帕金森病和癫痫。

光能开关神经细胞

通道视紫红质是细胞膜上的通道蛋白，出现在眼球的眼点绿藻衣藻reinhardtii。它们能使藻类朝着或远离光线移动。在光照下，这些蛋白质可以被带正电的离子渗透。离子流通过开放通道进入细胞触发电信号．电池内部的负电位变为正电位，这意味着电池去极化了。启动后，神经开始释放动作电位。在2002年和2003年这一发现之前，自然存在的光激活离子通道是未知的。在这项开创性工作的基础上，科学家们与其他实验室合作，成功地将这些通道表达到培养的神经和肌肉细胞中，也表达到活体动物中。在与其他科学家的合作中，班贝格和纳格尔还成功地从嗜盐细菌、神经和肌肉细胞中转移了光激活氯泵盐紫红质。在泵激活后，电位转移到更多的负值，这导致细胞的失活，动作电位的发射停止。这使得使用蓝光(通道视紫红质的最大吸收量:480 nm)和使用黄光(盐视紫红质的最大吸收量:570 nm)开关细胞成为可能。通过这种方法，不仅可以研究培养中的细胞，还可以研究动物的行为。通道视紫红质的发现及其与盐视紫红质的应用为快速发展的光遗传学领域铺平了道路。这意味着世界范围内的许多研究小组现在都在神经生物学的不同研究领域成功地使用光遗传学工具。

发现光激活的故事离子通道这是基础研究如何为人类带来新技术和新疗法的一个例子。这些渠道开辟了巨大的应用潜力。“光遗传学目前正在彻底改变神经和细胞生物学研究，”恩斯特·班伯格解释说。“现在，我们第一次在没有电极或任何化学修饰的情况下，可以轻松地利用光来控制神经元和神经元的活动肌肉细胞可靠，并且具有以前从未实现过的高空间分辨率。”

光遗传学在未来也可以产生医疗效益。例如，在2006年和2008年，瑞士和美国的研究人员使老鼠从失明中恢复。他们将通道视紫红质注射到老鼠视网膜上的神经细胞中，这些细胞具有阻止感光细胞发育的遗传缺陷。经过这种处理后，这些动物能够区分明暗。科学家们希望患有眼病——黄斑变性——的患者也能通过基于通道视紫红质的基因疗法至少恢复部分视力。光遗传学方法也可能用于治疗大脑中的神经退行性疾病。例如,神经细胞癫痫或帕金森氏症患者大脑中的神经网络可以根据需要在受控的方式下“打开或关闭”光导电玻璃纤维，以消除相应的疾病症状。