杜克大学新加坡国立大学的研究人员开发出新的光控脑细胞关闭开关

杜克-新加坡国立大学医学院的研究人员发现，一类新型光敏蛋白能够利用光关闭脑细胞，为科学家提供了一种前所未有的有效工具来研究大脑功能。这项研究最近发表在《自然通讯》上，为应用光遗传学研究帕金森病和抑郁症等神经退行性疾病和精神疾病背后的大脑活动开辟了令人兴奋的新机会。

光遗传学是一种通过生物工程改造特定细胞以包含充当开关的光敏蛋白的技术，可让研究人员精确控制这些细胞的电活动。带有光遗传开关的神经元和神经细胞可用于研究不同细胞如何参与各种脑回路和行为。

研究小组发现，特定的钾通道，即钾通道视紫红质，可以作为调节三种关键实验动物(鱼、蠕虫和苍蝇)脑细胞活动的有效工具。

杜克-新加坡国立大学神经科学和行为障碍项目高级研究员、这项研究的第一作者斯坦尼斯拉夫·奥特博士说：

“这些钾通道就像细胞膜上的小门。当暴露在光线下时，这些门就会打开，让钾离子流过，帮助平息脑细胞的活动。这为我们提供了关于大脑活动如何调节的新见解。”

钾离子对于所有人体细胞的正常电功能至关重要。钾通道是存在于细胞膜中的一种特殊蛋白质，可让钾离子流动。它们调节钾离子在细胞膜上的流动以维持各种细胞过程，对神经冲动传递、肌肉收缩和细胞液平衡维持至关重要。

杜克-新加坡国立大学神经科学和行为障碍项目的副教授、这项研究的资深作者亚当·克拉里奇-张 (Adam Claridge-Chang) 表示：

“我们之前开发过其他遥控开关，但我们发现这些钾通道的功能更加多样，为研究大脑如何运作提供了一种非常有用的方法。”

当受到光的触发时，新的钾通道视紫红质会让钾离子离开神经元，从而改变跨膜的电梯度。这种变化称为超极化，使神经元难以产生称为动作电位的电信号。如果没有动作电位，神经元与其他细胞的通信就会受到极大抑制甚至沉默。

利用光触发钾通道沉默脑细胞的能力为研究不同脑区之间复杂的相互作用开辟了令人兴奋的途径。它还为探索神经退行性、神经发育和精神疾病背后的病理机制提供了一种有前途的方法。这些工具将帮助科学家更深入地了解大脑，并为更有效的脑部疾病治疗开辟道路。