视觉作为感官体验的基石，对于个体与外界的联系至关重要。视网膜色素变性等遗传性眼病导致的视觉丧失，给患者的日常生活带来诸多不便。
在神经调控领域，人工耳蜗技术已成功帮助不少听障人士重获听觉。那么，全盲患者能否期待通过类似的方式重获视觉呢？光遗传学技术正在为全盲患者铺就一条通往光明的道路。
记者了解到，北京脑科学与类脑研究所(以下简称“北京脑所”)所长罗敏敏带领的研究团队，开发了一项针对因视网膜色素变性导致的失明的基因治疗技术。该技术有望利用光遗传学工具帮助全盲患者恢复光感，甚至可以让他们重建图像识别能力。
在罗敏敏团队的推动下，北京生命科学研究所和北京脑所联合健达九州(北京)生物科技有限公司(以下简称“健达九州”)开展研究成果转化，并推出基因治疗药物。今年以来，已有多例全盲受试者参与了基因治疗药物的临床试验。
给神经细胞装上光控开关
近十年来，光遗传学技术得到广泛应用。通过光来操控神经元活动是科学家长久以来的梦想。在光遗传学技术诞生前，研究人员主要依赖传统的电刺激或药理学手段，实现对大脑特定细胞的控制，但这些方法在时空精度及细胞选择性上有明显局限。
直到2005年，美国斯坦福大学迪赛罗斯实验室利用在神经细胞中表达光敏蛋白ChR2，实现了对神经功能的毫秒级精确调控。光遗传学技术自此成为神经科学研究领域的一把利剑。
“光遗传学技术通过在细胞中引入特定的光敏蛋白，使得研究人员可以利用光照精确地激活或抑制目标神经元，从而深入探索神经元的行为功能与机制。”罗敏敏介绍。
光敏蛋白的多样性赋予了它们各自的特性和功能，而这些差异的核心在于它们对光的响应机制。2022年，罗敏敏团队揭示了一种源自鸡的新型光敏蛋白——视蛋白5的独特潜力。该光敏蛋白对可见光尤其是蓝绿光，展现出超常敏感性。相较于传统光遗传学工具，其敏感性提升了至少两个数量级。此外，该光敏蛋白作为一个独立组件的感光受体，能够在毫秒级时间内被光触发，并具备亚细胞层面的空间准确度，能在极高的时间和空间精度下调控细胞内的信号传导路径。
“值得一提的是，这种表现卓越的光敏蛋白并非人工设计，而是存在于自然环境中。”罗敏敏说，“这项研究不仅拓宽了光遗传学技术的应用边界，也为神经科学研究提供了更精细的操作手段。在理解大脑复杂网络及治疗神经系统疾病方面，光遗传学技术有着广阔的应用前景。”
光敏蛋白成为“新感受器”
在人眼视网膜中，视锥细胞和视杆细胞扮演着至关重要的角色。它们将接收到的光线转化为电信号，经由双极细胞传递至视网膜神经节细胞，最终送达大脑的视觉皮层，形成人的视觉。
视网膜色素变性是一种由遗传因素引起的慢性致盲病症，临床发病率约为1/4000。该病会导致视网膜感光细胞及色素上皮层持续退化，最终使人视力衰退甚至完全失明。
基于光遗传学原理，研究人员提出一项创新策略：将编码光敏蛋白的基因直接导入视网膜色素变性晚期患者的视网膜神经节细胞，从而绕过受损的常规感光路径，直接将光信号转化为大脑可识别的视觉信息。
“多数全盲患者的问题在于视网膜上的‘光传感器’——视锥细胞和视杆细胞损坏，而患者后端的神经节细胞和脑神经通路通常仍保持完好。”首都医科大学宣武医院眼科主任医师张旭乡解释，“因此，从理论上讲，只要能让光敏蛋白成为神经节细胞的‘新感受器’，赋予神经节细胞感光能力，就能在一定程度上恢复患者视觉功能。”
在全球范围内，将光遗传学技术应用于视觉恢复的研究正广泛开展。“尽管这项技术为全盲患者带来了希望，但要将其从实验室推向临床，还需克服诸多障碍。多数基于光遗传学技术的疗法依赖于特定波长的强光，需要用特殊的辅助设备将光聚焦到视网膜细胞。这不仅限制了相关疗法的实际应用，也可能对视网膜造成伤害。”健达九州研发总监翁丹玮说。
因此，选择并优化合适的光敏蛋白，确保其具有适宜的光敏感度、响应速度及激活光谱，成为研究关键。罗敏敏团队研发出一种基于腺相关病毒载体的注射液，其携带对光极度敏感的编码新型光敏蛋白基因，只需一次玻璃体腔内注射，即可在视神经节细胞中表达此光敏蛋白，赋予视神经节细胞感光能力。
“临床前实验显示，表达新型光敏蛋白的神经节细胞在自然光照下即可被有效激活。使用该方法极大减少了对辅助设备的依赖，降低了光毒性风险，为患者提供了更加安全、便捷的治疗方案，有望帮助他们重获与现实世界的互动能力，提升生活质量。”翁丹玮说。
科研成果加速走出实验室
在相关政策扶持下，研究团队正加速推动新型光敏蛋白基因治疗临床转化的步伐。目前，该研究已顺利通过首都医科大学附属北京天坛医院伦理委员会审查，于2024年初完成了首例临床给药试验。
首都医科大学附属北京天坛医院眼科主治医师梁小芳介绍，多数受试者在接受治疗后，表现出积极的恢复迹象。例如，首位受试者在给药两个月后，开始能够感知外部光源，准确判断光的方向；四个月后，患者已经能够识别“E”字视力表上的视标。初步的试验结果显示，这一技术有望帮助患者在日常室内光照条件下辨识灯光开关状态，甚至帮助他们区分物体的基本形状、大小及长度。
当前，团队正积极招募更多参与者，以积累更丰富的临床数据，进一步完善治疗方案。同时，团队正致力于优化光敏蛋白的光敏性和光谱响应范围，让这一技术覆盖更广的视网膜疾病患者群体，改善患者生活质量。
中国科学院院士、复旦大学教授杨雄里表示：“光遗传学技术不仅为神经科学的研究开辟了新天地，更为无数全盲患者点燃了希望之火。随着技术的日益精进和临床应用的广泛拓展，我们热切期盼这一技术能够早日造福更多患者，让他们重拾‘视界’的美好。”
