2026年诺贝尔生理学或医学奖公布，什么是光遗传学？

瑞典卡罗琳医学院10月5日宣布，将2026年诺贝尔生理学或医学奖授予三名科学家卡尔·戴塞罗思、彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔，以表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的发现。

获奖项目并非“热门候选”，但光遗传学相关技术其实早已被认定为“诺奖级技术”。北京工业大学化学与生命科学学院副研究员韩益明称：“这是一项改变神经科学研究的重要技术，显著拓展了人类精准认识和操控生命活动的能力，使科学家能够从观察神经活动进一步走向主动调控特定细胞，并由此解析神经活动与行为之间的因果联系。”

韩益明介绍，1876年，视紫红质（rhodopsin）的发现开启了人们探索生物光感知机制的历程。一个多世纪以来，科学家逐渐认识到，光感知并非动物视觉系统所独有，从动物视网膜到植物和微生物，生命体广泛利用光敏蛋白将外界光信号转化为细胞响应。二十世纪末，有科学家将目光投向能够感知光线并进行趋光运动的单细胞绿藻莱茵衣藻。正是在研究这种简单生物如何感知光并作出响应的过程中，科学家发现了通道视紫红质，并最终将这一来自绿藻的天然光敏蛋白转化为能够精准操控神经元活动的重要工具。

2002年，黑格曼和内格尔等鉴定出通道视紫红质ChR1，并证明其能够直接响应光照产生离子电流；2003年，他们进一步发现ChR2是一种直接受光控制的阳离子通道，蓝光可以迅速开启通道并引起细胞膜去极化。这一发现首次显示，来自绿藻的天然光敏蛋白可以被转化为控制其他细胞电活动的工具。2005年，戴塞罗思团队将ChR2引入神经元，证明短暂的蓝光刺激即可在毫秒尺度上精准控制神经元放电活动，由此奠定了现代光遗传学的技术基础。

“此后，光遗传学迅速发展，使科学家们能够通过遗传学手段确定控制哪一类细胞，再利用光学手段决定何时控制以及控制多长时间，从而以前所未有的时间分辨率和细胞类型特异性操控神经活动。”韩益明说，这种方法不仅能快速、精准地调节神经元活动，更重要的是可以帮助科学家直接检验特定神经元在行为中的因果作用，推动神经科学从相关性观察进一步走向因果机制解析。

近年来，光遗传学的影响已超越基础神经科学，逐步延伸至疾病机制研究和临床探索。在视网膜退行性疾病中，科学家尝试利用光敏蛋白重新赋予残存神经细胞感光能力；在癫痫、慢性疼痛等疾病研究中，光遗传学也为解析异常神经环路及探索新的干预策略提供了重要工具。尽管这些应用仍面临递送效率、安全性和长期稳定性等挑战，但其转化潜力已经得到持续验证。

韩益明认为，获得2026年诺贝尔生理学或医学奖的这项发现，给了我们另一层启示——“那就是重大科学突破往往产生于不同学科的交汇之处。”她说，微生物学揭示了天然光敏蛋白，遗传学赋予其细胞类型选择性，光学与工程技术实现对细胞活动的精准操控，而神经科学则将这一分子工具转化为理解复杂神经环路和行为的重要手段。“从绿藻中的一个光敏蛋白，到人类操控神经环路的一束光，这项工作真正改变的，不只是神经科学的研究工具，更是我们认识和干预生命活动的能力。”