只需照几分钟光，就能显著降血糖？这不是科幻或神话，而是新一代光遗传学工具为生命科学和医学带来的新曙光。

今天（5日）凌晨，生物技术领域顶级期刊《自然·生物技术》在线发表了华东师范大学生命科学学院、医学合成生物学研究中心研究员叶海峰团队开发的新一代光遗传学工具——只需用安全无毒害的红光、远红外光照一照，就可精准控制体内的基因开关。

在实验中，研究人员通过光成功实现了对糖尿病小鼠和大鼠血糖稳态的控制。也许不久的将来，糖尿病人无需每天定时服用药物或注射胰岛素，只需每天光照几分钟，即可显著降血糖。

光遗传学的出现，使传说中“一道光芒闪过，病症根除”的神话逐步走向现实。近年来，科学家对光敏蛋白进行深入挖掘和设计，构建出了一系列光遗传学工具，并将其应用于精准可控基因编辑、肿瘤及代谢疾病等治疗领域。

然而，要真正实现利用一束光来治疗疾病，这束光应满足以下几个条件：

1、响应红光或远红光，这种光具有良好的组织穿透能力且几乎不存在光毒性，具有较好的体内应用潜能；

2、系统元件小，能被安全性较好的腺相关病毒包装，可以广泛应用于基因治疗和基础医学研究；

3、灵敏度高，光响应速度快且可以被随时关闭，具有较好的可逆性，可根据实际需要和应用场景灵活调节。

如此“完美”的光遗传学工具真的存在吗？就在全球科学家为此努力多年而不得时，叶海峰研究团队构建出了一个完全符合上述要求的光遗传学工具REDMAP——它不仅模块小、灵敏度高、响应红光激活与远红光关闭，可操纵细胞基因表达，还可应用于细胞信号通路控制、基因编辑和糖尿病治疗等多个领域。

叶海峰课题组将目光放在了来自植物拟南芥的光敏蛋白PhyA（phytochrome A）上，在红光照射下，该蛋白能和其伴侣蛋白FHY1形成二聚体，并在远红光照射下解离。经过不断优化下，研究人员最终得到了一个模块小且高度灵敏地响应红光的光遗传学工具，并将其命名为REDMAP。

利用光来控制细胞信号通路可以为基础研究提供便捷可控的研究方法。叶海峰课题组还成功构建了REDMAPSOS-Ras工具。

此外，他们还构建了REDMAPCas工具，将REDMAP系统与基因编辑工具CRISPR-dCas9结合在一起，实现了对哺乳动物细胞、小鼠肝脏及肌肉内源基因转录的高效调控。

接着，研究人员探究了REDMAP系统在基因治疗领域的能力。由于截短的ΔPhyA蛋白具有较小的尺寸，可以利用腺相关病毒包装。因此，研究人员将REDMAP包装至腺相关病毒（AAV2/8）中并将其注射至小鼠体内，实现了长达三个月以上的光控基因表达。

研究显示，REDMAP系统具有良好的光谱特异性，以及高度的可逆性和时空特异性。并且，该系统具有超高的灵敏度，只需1秒钟的红光照射，就可达到150倍以上的基因表达效果。研究人员将装载REDMAP系统的工程化细胞移植至小鼠、大鼠和兔的皮下，结果发现，在这些动物模型中，每天仅需光照1-5分钟便可实现远程、无痕调控疾病相关的靶向基因表达。

该研究开发了一个模块小、灵敏度高、可逆性良好的光遗传学工具，为基础医学和转化医学研究，尤其是精准可控的基因治疗和细胞治疗提供了强有力的新型控制系统。

2019级博士生周阳和2020级博士生孔德强为共同第一作者，叶海峰研究员为论文的通讯作者。

据悉，该研究受到了上海市科委合成生物学专项的大力支持。

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