近期科学家们发现了一种新的基因疗法，它不仅能够让失明小鼠重新获得足够的光敏感性来区别闪烁与非闪烁光，还能使失明狗的视网膜恢复对光的反应。这一发现为未来开展人群治疗临床实验打下了基础。

　　诸如色素性视网膜炎这样的疾病会导致负责感受光的视杆细胞和视锥细胞死亡，但患者还会有一部分不能感光的视网膜细胞存活下来。这个治疗手段利用一种病毒，向这些存活下来的不感光细胞中注入一个能够表达离子通道的基因，然后在离子通道上连一个“光开关”——受到光照时会改变形状的化学分子。这样，当光开关感受到光时，就会打开离子通道，激活视网膜细胞，从而恢复其感光性。

　　色素性视网膜炎会导致视力的逐渐丧失，就像慢慢丢失像素的数码相机一样。该疾病可能在所有年龄段发病，并给患者带来极大痛苦。对于这类患者来说，他们的视力丧失是从边缘到中心逐渐发生的，常会让人看不到四周的东西。美国有大约有10万人因遗传性视网膜疾病而罹患此病。

　　这种光开关疗法由加州大学伯克利分校的科学家们发明，而宾夕法尼亚大学兽医学院的研究者将这种疗法用于失明的小鼠后发现，这些小鼠完成水迷宫测试的能力恢复到与正常小鼠一样的水平。相关论文于本周发表在《美国国家科学院院报》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上。

　　这个治疗方法不仅可以让小鼠的视网膜恢复对光的敏感性，也能够让视网膜退变的狗恢复光反应。这表明，该治疗方法可能也可帮助失明的人类来恢复一部分的感光性。

　　“相比于小鼠来说，狗的视网膜更接近于人类，当我们想要把一种视力治疗方法应用到临床之前，你要先在大型动物模型上验证它的有效性。”伯克利分子与细胞生物学教授、本次研究的带头人埃胡德·艾萨科夫(Ehud Isacoff)说道。“从目前在小鼠和狗身体上的实验结果看来，我们可以成功地把光开关导入到视网膜细胞中，并使其重新具有感光性，而感光性的恢复效果和速度在两种动物身上一样。可以说，我们现在可以让狗的视网膜复活了。”

　　相比于其它疗法的优越性

　　伯克利视觉科学和分子与细胞生物学研究者约翰?弗兰纳(John Flannery)说，与目前其它正在开发的视力恢复治疗方法相比，该治疗手段有几个明显的优势。它所使用的病毒已通过美国食品药品监督管理局(Food & Drug Administration)的审批，允许用在眼部的基因治疗中;与需要从其它物种上获得基因的治疗手段不同，该方法所使用的离子通道基因是人类自身具有的正常基因;并且，这个离子通道可以很容易地通过提供新的光开关化学物质来撤销或调整。对于狗的治疗试验，是判断该疗法有效性的一个关键。

　　“就算是健康的小鼠，也不是很依赖视觉的动物，它们的行为主要取决于其它的感官。因此，在小鼠身上能够测试的视力指标非常的有限，”弗兰纳说，“而狗的视觉系统很精细，之前就已经被用做眼科基因治疗的试验对象了。”

　　之所以选择失明狗模型来进行治疗方法的验证，也是因为它们和人类色素性视网膜炎的很多患者一样，是同样一个基因缺陷而导致了类似的遗传性疾病。目前就有几只这样的狗正在宾夕法尼亚兽医科接受相关治疗，研究者正在测定它们现在所具有的感光性程度。

　　“看到伯克利的研究者在小鼠上效果良好的药理-光遗传学策略，也能在我们这里患有晚期视网膜退变狗的治疗中得到一样良好的效果，我们感到非常激动，”宾夕法尼亚大学兽医学院眼科学助理教授威廉姆·贝尔特兰(William Beltran)说道。“使用这个临床相关的大型动物模型来进行实验，让我们可以接下来面对更大的挑战：把该治疗策略应用到人类身上。”

　　化学与基因的混合治疗方法

　　色素性视网膜炎这样的遗传疾病破坏了眼内的感光细胞和光感受器，但视网膜上的其它细胞常常还能保存完好：比如负责接收感光细胞信号的双极细胞，以及负责把信号传递给大脑的视网膜神经节细胞。艾萨科夫、弗兰纳和伯克利的同事们开发出了集中光遗传学技术，用来让那些幸存的非感光细胞获得感光性。这需要用到腺相关病毒——一种常见且无害的基因治疗载体。研究者用这些病毒把修饰过的治疗基因转入到细胞中，表达相应的蛋白质——一种常见谷氨酸受体离子通道的改良版。这个通道会放置在细胞表面。

　　然后，研究者把一种光开关化学物质注射到眼内。“这个分子基本上就是一个谷氨酸挂在一条光敏链上面，” 艾萨科夫说道，“当这个分子被光激活后，就会锚定到改良过的受体上，并把谷氨酸塞到受体的结合位点。”这个最新版光开关的激活和抑制视网膜神经细胞的速度之快足以媲美每秒30帧的视频。

　　在小鼠实验中，研究者成功地让几百万个视网膜神经节细胞里几乎每一个都获得离子通道基因。研究者认为，达到这样的程度后，小鼠获得的视觉应该足以派上用场了。

　　“我们现在有足够的感应速度和大量的像素，现在的问题是：治疗后的动物能看见什么?目前为止，我们已经确定的是治疗后的小鼠可以区别稳定光和闪烁光。下一步，我们想搞清楚它们能多大程度上地区分图片。” 艾萨科夫说。

　　选择哪些细胞作为改造对象?

　　研究人员想要解决的一个关键问题是，神经节细胞和双极细胞，谁是光开关的更好注射对象。我们能让病毒选择性指向二者之一。信号从上游的双极细胞到下游输出端的神经节细胞，需要经历很多的加工过程，研究者希望就算双极细胞获得了一个全新的功能——感光——之后，同样的加工过程依然能发生。

　　看起来确实如此。

　　“当把光开关离子通道放入双极细胞后，我们记录了神经节细胞的信号输出情况，发现很复杂的模式，看起来和正常视网膜的活动很像。相比之下，把离子通道直接放进神经节细胞时，得到的只有简单的开-关活动。” 艾萨科夫说。

　　?正常小鼠(左)的视网膜受到光刺激时，神经节细胞会给出多姿多彩的信号。这是因为视网膜神经回路的加工所致。如果把光开关插入到盲鼠的神经节细胞里(右)，得到的信号就很单调。但把光开关插入到双极细胞，就能恢复相当大的多样性。因此未来的研究可能应该专注于双极细胞。图片来源：Isacoff & Flannery/UC Berkeley and Beltran

　　弗兰纳说：“如果改造双极细胞和改造神经节细胞有功能上的不同，狗的行为应该会表现出差异。”

　　弗兰纳指出，“注射”一次光开关分子，效果只能维持一星期左右，因为蛋白质和上面连着的分子会被细胞回收利用。虽然受体分子会不断得到补充(毕竟新基因会永远留在DNA里)，但用到的光开关分子必须重新注射。目前这意味着每周都要注射一次，但未来如果能开发出缓释剂，就能减少注射的频率。

　　“这也不一定是个缺点。” 艾萨科夫说，“治疗可以很容易终止，而且我们可以不断尝试新的改良版光敏化合物。”

　　研究者还在通过小鼠和狗的模型来研究该治疗方法的效果，改良光开关化学物质，还在开发把光开关连接到其它受体上的办法——其中有些受体或许可以放大信号、感受更弱的光，就像正常感光细胞里发生的那样。