3名科学家获诺贝尔奖 光遗传学技术开启神经科学新纪元

因在光遗传学以及光门控离子通道领域的开创性发现，三位科学家共同获得2026年诺贝尔生理学或医学奖。10月5日，瑞典卡罗琳医学院正式宣布，将本年度奖项授予美国科学家卡尔·戴塞洛斯、德国科学家彼得·黑格曼和格奥尔格·纳格尔，以表彰他们将藻类蛋白质转化为神经细胞“开关”的突破性技术。三人将均分1200万瑞典克朗奖金。诺贝尔生理学或医学奖委员会主席Per Svenningsson指出，光遗传学为大脑图谱绘制提供了前所未有的手段，预示着神经科学进入了全新时代。借助该技术，科学家能够在活体大脑中对单个神经细胞的活动进行精准操控，从而揭示神经回路如何影响记忆、情感和行为。如今，这一方法已在全球众多实验室得到广泛应用，并在临床研究中探索用于帮助视障患者恢复视力。

这项研究的源头来自Peter Hegemann对单细胞藻类莱茵衣藻的一种好奇——它如何感知光源并朝着光线游动。21世纪初，他与Georg Nagel合作，发现了一种名为光敏感通道蛋白的藻类蛋白质：当蓝光照射时，该蛋白质内部的通道会打开，带电离子随即涌入细胞并产生电信号。他们同时发现，将这种蛋白质导入任何类型的细胞，该细胞都会对光产生敏感反应。2003年，Nagel、Hegemann与Ernst Bamberg教授团队进一步证实，在动物细胞中表达的光敏感通道蛋白-2确实能够在光照下调控离子的进出，由此成为一种强有力的工具。Hegemann目前任职于德国柏林洪堡大学，相关发现是在德国马丁斯里德马克斯·普朗克生物化学研究所完成的。Nagel则是德国维尔茨堡大学分子植物生理学教授，其相关发现完成于法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所。

将这一基础发现推向实际应用的是美国科学家Karl Deisseroth。在读到上述论文后，当时在斯坦福大学做博士后的Deisseroth与博士生Edward Boyden迅速与Nagel团队展开合作，将ChR2导入神经元。Deisseroth解决了ChR2在神经细胞膜上稳定表达的问题，Boyden则开发出能够精准控制光线的光纤系统。2004年8月4日凌晨1时，Boyden在显微镜下对表达ChR2的神经元施加蓝光刺激，第一个被测神经元在数毫秒内便产生了稳定的动作电位，这标志着现代光遗传学技术的雏形由此诞生。2005年，Deisseroth发表了这一突破性成果；两年后，他又实现了在活体小鼠大脑中用光控制神经细胞的目标，意味着光遗传学技术正式进入实验应用阶段。Deisseroth生于1971年，目前是霍华德·休斯医学研究所及斯坦福大学的D.H. Chen讲席教授，其研究涉及生物工程、精神病学与行为科学等领域。

此后，光遗传学领域迅猛发展，其意义已超出基础研究范围，并逐步向临床医学延伸。2005年12月，Nagel与Alexander Gottschalk教授的联合团队首次利用光遗传学方法改变了线虫行为；2006年，潘卓华教授课题组使视网膜病变小鼠重新对光产生反应；2007年，冯国平教授课题组报道了稳定表达ChR2-YFP的转基因小鼠体系。通过这一技术，研究人员得以揭示与神经系统疾病及精神疾病相关的特定记忆、情感和行为背后的神经回路。在临床层面，科研人员正尝试利用该方法为视力受损患者恢复视觉功能。“光遗传学”这一术语直到2006年才首次出现在学术论文中，但相关研究已迅速遍及全球实验室。卡罗琳医学院表示，光遗传学从根本上改变了人类对大脑的理解，每天都有新发现涌现，助力人类解开大脑运作这一终极谜题。颁奖典礼将于12月10日在斯德哥尔摩举行。