光遗传学技术是什么？

光遗传学融合了光学及遗传学技术，通过遗传学方法将合适的外源光敏感蛋白靶向导入特定活细胞，利用特定波长的光照刺激光敏蛋白，调控神经元的活性，进而控制细胞乃至动物行为的开关。

1、光遗传学技术研究方法

①寻找合适的光敏蛋白。

光敏蛋白（也称为视蛋白）是细胞膜上能够感受某一波长光照刺激而产生特定效应的一类膜蛋白，分为激活型和抑制型两种，能够引起神经元兴奋或抑制。

根据其组成成分，光敏感蛋白可以分为单成分视蛋白即Ⅰ型光敏感蛋白和多成分视蛋白即Ⅱ型光敏感蛋白。Ⅰ型光敏感蛋白可以独立完成光感和离子运输应用更为广泛，主要包括光敏感通道视紫红质(ChR)、嗜盐菌视紫红质(HR)和细菌视紫红质(BR)等。

①ChR2 由475 nm的蓝光激活，是阳离子选择性通道，允许阳离子（如Na+）大量内流，产生动作电位，使神经元处于兴奋状态。此外，ChR的不同变体也已被开发，包括CatCh、ChIEF、ChETA和VChR1等。

②NpHR 氯泵，在593 nm的黄光激活下会将氯离子打进神经元内，而抑制神经元活动。③Arch 质子泵，在575 nm处被黄光或绿光激活，将带正电的质子转移到细胞外。在特定条件下，可用于增加细胞内pH或减少细胞外基质的pH。

②将光敏蛋白基因转运到靶细胞内，从而实现靶细胞中光敏蛋白基因的稳定表达。这是光遗传学技术的关键。

通常通过病毒转染、Cre-依赖的表达体系或构建转基因动物等方式，将体外合适的光敏蛋白基因靶向导入到受体活细胞中。目前光遗传学研究中广泛应用的方法为借助病毒载体输送光敏蛋白基因，腺相关病毒（AAV）载体凭借其低免疫原性及高组织特异性，并且无致病性等优势，在光遗传研究中更具吸引力。

③给予光刺激使光敏蛋白激活。

通过导入光纤，控制激光实现对神经元活动的精确控制。

④观察光刺激后的动物行为并记录信号。

观察光照刺激对细胞、组织、器官，甚至整个动物的影响，并记录信号进行效应评估。

2、光遗传学技术的优势

相比于传统的药物注射和电刺激等手段，光遗传学技术特异性更强，灵敏性更好，毒性更低、其时间准确度可达到毫秒范围，在空间上可实现对单一细胞甚至亚细胞范围的精确控制。