深圳先進院光遺傳技術調控膠質細胞功能研究獲進展

　　12月18日，國際學術期刊《自然-通訊》(Nature Communications) 發表了中國科學院深圳先進技術研究院王立平研究組的最新成果：用光遺傳技術（Optogenetics，譯為“光感基因神經調控技術”）調控膠質細胞對受損的多巴胺能神經元功能有重要的修復作用。該工作由楊帆、劉運輝、屠潔等研究人員完成。

　　傳統觀點認為膠質細胞對大腦功能只起輔助作用。近幾年證據顯示膠質細胞不僅參與一些特定腦認知功能，還對一些神經疾病發生發展起到重要作用。帕金森氏病是嚴重影響人類健康的重要腦疾病之一，其主要的病理改變是多巴胺神經元功能受損。通過調控大腦中數量最多的單一類的膠質細胞，來研究其對內源性多巴胺神經元及干細胞的作用，由于缺乏研究方法，始終難以實現。

　　膠質細胞作為大腦中數量最多的細胞，被證明可以通過分泌各類細胞因子和神經遞質來影響神經元功能和干細胞的增殖分化。經典的研究方法針對不同種類的神經細胞功能調控缺乏高時空的精準和細胞特異性，致使無法精細理解大腦中細胞與細胞之間的相互作用機制。光遺傳學技術為研究這樣基本的科學問題提供了可能。

　　楊帆等將光遺傳技術整合電生理和分子生物技術，首先將光感基因ChETA特異性的表達在培養的神經膠質細胞，發現藍光刺激膠質細胞可以顯著促進與其供培養的干細胞向神經元方向分化，而且分化成熟細胞具有典型的多巴胺能神經元的分子標記物和電生理學特征；他們還探索了其中的機制：光興奮的膠質細胞可以激活蛋白激酶A和升高環磷酸腺苷濃度，促進膠質細胞釋放成纖維生長因子（bFGF），從而起到對干細胞向多巴胺能神經元的分化的促進作用；他們還進一步證實體內活化的膠質細胞可以通過釋放bFGF，有效促進移植干細胞向神經方向分化，有效改善帕金森氏病動物模型異常的行為；更重要的他們還首次證實了光特異性的調控內源性膠質細胞，可以明顯提升受損黑質的bFGF水平，并顯著促進受損腦組織的功能修復。黑質紋狀體內的多巴胺神經元功能受損或缺失是導致帕金森氏病的主要原因，但是針對其內在的膠質細胞功能進行高時空精準的細胞調控，進而對受損的神經功能起到修復作用，國內外還沒有報道。此項研究成果，有望為探索包括帕金森氏病在內的神經退行性疾病或其他精神疾病新的發生機制和治療機理提供新的研究思路和理論支撐，也可為針對這些疾病研發新的藥物或物理刺激治療提供新的潛在治療靶點。

　　近年來光遺傳技術在神經科學領域獲得了廣泛的應用，Nature Methods雜志曾將此項技術評為2010年的年度技術。中科院深圳先進院王立平課題組經過幾年發展，在國內搭建了功能較為完善的光遺傳學研發、應用和資源共享平臺，使其成為在神經環路水平上解析腦認知功能和復雜腦網絡中神經細胞與細胞之間相互作用的重要方法。此實驗室已經將相關技術方法向全國120多個腦科學實驗室進行了輻射；為國內光遺傳技術的應用和腦功能連接圖譜方面整體研究水平的提升提供了技術上的支撐。今年年初，該課題組屠潔等采用光遺傳學方法發現膠質細胞釋放ATP對腦中風后神經功能修復有促進作用。這一系列工作的完成，建立并完善了一套動物在體光調控下生長因子檢測方法，為細致研究大腦復雜神經環路中細胞與細胞之間的作用規律提供了新的研究手段。

　　該研究得到國家自然基金委員會重大研究計劃（情感與記憶的神經環路基礎）、中國科學院先導專項（腦功能連接圖譜）、科技部、深圳市科技創新委等項目的資助。