ACC2017丨武汉大学人民医院余锂镭等发表论文获ACC中国区原创研究评分第一

光遗传学技术是以基因工程为手段、病毒等为载体，将光敏蛋白基因导入特定细胞中，如神经细胞，使之表达光敏蛋白，再通过特定波长光的照射来控制细胞膜上光敏感蛋白的功能，从而导致细胞膜去极化与超极化，最终达到调控神经活性的目的。与传统干预神经活性的方法相比，光遗传学技术可以通过光学方法无损伤地精准控制特异神经元的活动；其具有时空精确性（可实现毫秒级别的精准操控、对特定细胞群有效）、双向可调性（使用不同光谱的波段可兴奋细胞、也可抑制细胞）、高可控性（改变光刺激的强度、频率、脉宽、持续时间等可对靶细胞实现随意的精准调控）。

余锂镭副教授在大会上提到了一种光遗传学抑制型关键元件——具有超极化作用的视蛋白Arch。Arch是一种质子泵，当黄－绿色光刺激细胞膜上的Arch时，可以产生外向的质子流，进而使细胞膜超极化，最终抑制神经细胞活性。该团队首先利用病毒转染的方式成功将ArchT（Arch的变体，对光的敏感性增加到 Arch 的3倍）表达于心脏交感神经节上，再给予560～580 nm的无线单色激光照射心脏交感神经节时，观察到了如下现象：

▲ 图1

瞬时LED光照刺激时，心脏交感神经节（LSG）功能被显著抑制；持续性光照可对LSG功能产生强化、延长的抑制作用，且这种强化的抑制作用为可逆的，在光照结束后可逐渐恢复至基础状态。

▲ 图2

在体同步神经活性记录显示，瞬时LED光照时，心脏交感神经节（LSG）神经放电活动明显被抑制，光照结束后LSG放电快速恢复（图A）；而持续性光照可对LSG活性产生强化、延长的抑制作用，这种增强的抑制作用也可在光照结束后逐渐恢复至基础水平。 

▲ 图3

LED光照可显著延长心室有效不应期（ERP）和动作电位时程（APD90），减小回复曲线最大斜率（Smax），稳定心脏电生理性质。

▲ 图4

结扎冠状动脉左前降支建立急性心肌缺血模型后，光遗传学技术抑制LSG神经活性可显著减少急性心肌缺血后室性早搏（VPB）、室速（VT）和室颤（VF）等各类室性心律失常事件。

▲ 图5

心脏交感神经节（LSG）组织学分析显示，光遗传技术干预组中，TH+神经元中c-fos和神经生长因子（NGF）的表达水平明显下调。 

▲ 图6

利用光遗传学技术成功抑制了心脏交感神经功能和活性，达到了防治室性心律失常的效果。

此外，研究团队目前正在申请“一种基于光遗传学技术的小型植入式无线神经调控系统”的专利。根据最近研究发现，无线LED光刺激装置（通过无线供电池供电）能植入动物皮下用于光遗传学调控大脑、脊髓或外周神经的活性。植入式刺激器大小约10～25 mm³、重20～50 mg，具体大小和重量可根据靶向神经组织大小选择性调整。用微创手术在LSG处植入无线光遗传学刺激仪（类似于无线起搏器植入），在体外移动端（如智能手机见图7）行蓝牙互联调控其开关。这种无线光遗传学技术可能成为安全、有效防治恶性室性心律失常的新策略。

▲ 图7