▎药明康德内容团队编辑
天气日渐炎热，随着夏天的到来，蚊子带着恼人的“嗡嗡声”和令人发痒的红包又出现了。虽然绝大多数人都很讨厌可恶的蚊子，但最近蚊子却在一些科学家中受到欢迎，因为它们带来了有助于研究大脑的新工具。近日，神经科学领域权威期刊Neuron上发表的一篇文章中，以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的Ofer Yizhar教授带领研究团队，从蚊子体内提取出一种特有的蛋白，并用它设计了一种改良的光遗传学方法，来研究大脑神经元之间的信息传递。新工具有望为理解和治疗神经、精神疾病带来新的方法，改进现有疗法。
光遗传学（optogenetics）自2005年问世以来在神经科学领域引起了不小的轰动。这是一种控制特定脑细胞和神经环路活动的技术，涉及将特殊的感光分子视紫红质（rhodopsin）表达在神经元中。然后，用一小束光照射脑组织，就可以控制这些神经元做出反应；关闭光源，则可以让神经通路恢复。尽管世界各地的科学家利用光遗传学方法，已经取得了一些突破性成果。但在Yizhar教授看来，目前的方法还不是很完善，因为现有的视紫红质在控制突触的活动时往往不够完美。突触是神经元之间通过各种神经递质传递信息的重要连接。Yizhar教授和他的研究团队相信，他们可以开发出更好用的视紫红质，打造更有效的“开关”控制神经信号在突触的传递。“我们决定看看大自然是否能给我们什么启示。” Yizhar教授说。
▲Ofer Yizhar教授 （图片来源：魏茨曼科学研究所官网）神奇的大自然一次次帮人类突破科学的发展。事实证明，自然界中存在多种不同版本的视紫红质分子。这些版本分布于鱼类、昆虫甚至哺乳动物中，不仅存在于动物眼睛，还存在于其他身体部位；其功能也是多种多样，有些可能是为了调节动物的昼夜节律周期，另一些甚至还没人清楚有什么功能。研究小组首先列出了一长串潜在的视紫红质蛋白，评估哪些蛋白最有可能满足他们的实验要求。经过多年筛选，他们最终发现，来自蚊子的视紫红质是最合适的！
▲蚊子也并非对人类没有贡献
为了评估这种来源于蚊子的光遗传学新工具，研究人员进行了一系列测试。作为对比，他们使用了一种已知的药物来降低神经元之间的通讯强度，相比之下，表达蚊子的视紫红质来控制神经元，不但同样可以达到抑制突触信号传递的效果，而且干预的效果还比药物更加稳定。不止如此，传统药物会影响大脑的许多部位，而且很难控制；但利用新的光遗传学方法，在特定脑区打开或关闭光线，可以在空间和时间上精确控制对大脑突触的调节。接下来的小鼠实验中，研究人员验证了新工具的实用性，用它来阻止神经递质多巴胺在大脑一侧的释放。研究人员在小鼠一侧大脑半球表达了蚊子视紫红质，用绿光对其照射后，成功导致这些小鼠出现单侧旋转偏向的行为，关闭光源后动物又可以恢复正常。这些结果证明，新的光遗传学工具是精确、有选择性且可控的。
▲在小鼠的大脑神经元中表达来自蚊子的视紫红质（红色），激活后可抑制突触传递（图片来源：参考资料[3]；Credit：Yizhar教授研究组）
在这项研究中，Yizhar教授的团队已成功使用这种新方法调整、关闭和重新激活小鼠大脑中的通路。Yizhar教授说：“这是一项非常令人兴奋的技术，它让我们以一种以前不可能的方式发现大脑中特定通路的作用。我们认为这种蚊子蛋白可以开辟一条新的道路，开发一系列新的光遗传学工具，用于神经科学研究。”
研究人员设想，利用新工具精准控制突触活动的优势，研究人类脑疾病的科学家可以在动物的大脑中逐一“关闭”不同类型的突触，以便确定问题发生在哪里，以及可以采取什么措施来解决问题。在后续计划中，相关项目有望汇集各个领域的研究小组，共同努力揭开大脑的奥秘。最终目标是让我们更好地了解大脑，以及如何治疗各种脑部疾病。让我们拭目以待！
[1] Mahn, M.,et al. (2021). Efficient optogenetic silencing of neurotransmitter release with a mosquito rhodopsin. Neuron. Published. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.03.013[2] Brain research gets a boost from mosquitoes. Retrieved May 12, 2021, from https://medicalxpress.com/news/2021-05-brain-boost-mosquitoes.html[3] Israeli lab 'switches off’ brain connectors, boosting efforts to treat disorders. Retrieved May 11, 2021, from https://www.timesofisrael.com/israeli-lab-switches-off-brain-connectors-boosting-efforts-to-treat-disorders/
