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圖片來(lái)源：Pixabay

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撰文 | 李詩(shī)源

審校 | 吳非

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常言道，“眼睛是心靈的窗戶(hù)”。一雙清澈的明眸，是我們欣賞多彩世界、獲取豐富信息的通道，也是溝通環(huán)境和我們認知的橋梁。然而，有將近4000萬(wàn)人生活在黑暗的世界里，無(wú)法欣賞到常人眼中的美麗。多年來(lái)，科學(xué)家們一直在探索治愈失明的技術(shù)。最近，光遺傳學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，讓一位患者時(shí)隔40年后看見(jiàn)復明的希望。

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40年的黑暗

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這名58歲的男性患者來(lái)自法國布列塔尼大區。40年前，他被診斷出患有色素性視網(wǎng)膜炎。這是一種遺傳性的神經(jīng)退行性眼疾，會(huì )導致視網(wǎng)膜中的細胞遭到破壞，嚴重時(shí)可導致完全失明。接受治療前，這名患者無(wú)法辨識任何物體，只能感知白天和夜晚。據估計，大約每4000人中就有一人患有這種遺傳缺陷。

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目前，只有一種基因替代療法已被批準用于治療色素性視網(wǎng)膜炎，但這一療法針對的僅是由一種特定基因突變導致的早發(fā)型色素性視網(wǎng)膜炎。但目前已知有71種不同的基因突變都可能導致色素性視網(wǎng)膜炎——換言之，對于許多色素性視網(wǎng)膜炎患者而言，迄今為止并沒(méi)有有效的療法。

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來(lái)自衣藻的救星

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為了探索更普適的色素性視網(wǎng)膜炎治療方法，法國生物制藥公司GenSight聯(lián)合多國科研人員，開(kāi)展了一項名為PIONEER的I/II期臨床研究。他們利用的是光遺傳學(xué)這一新興技術(shù)，也就是將“感光基因”（optogene）轉入視網(wǎng)膜中特定類(lèi)型的細胞里。

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在一些藻類(lèi)中存在著(zhù)這些“感光基因”，它們編碼光門(mén)控的離子通道蛋白，可以被光激活并產(chǎn)生視覺(jué)信號，因而使細胞對光敏感，讓藻類(lèi)能夠朝陽(yáng)光移動(dòng)。在PIONEER項目中，科學(xué)家們選擇了一種叫做ChrimsonR的蛋白，這種蛋白源自一種衣藻（Chlamydomonas noctigama）中發(fā)現的光敏感通道蛋白Chrimson。

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2014年，就有科學(xué)家在研究衣藻時(shí)發(fā)現Chrimson的光譜峰值在黃光區間，而ChrimsonR則是Chrimson的改良突變株。PIONEER團隊將編碼ChrimsonR的基因與紅色熒光蛋白的基因融合后搭載到腺相關(guān)病毒載體上，并注射到患者視力較弱的眼睛的玻璃體內。這時(shí)，這一融合蛋白就能在視網(wǎng)膜中央凹的神經(jīng)節細胞里定向表達。

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由于融合蛋白對波長(cháng)約590納米的黃光最為敏感，因此在接受治療后，患者還需要佩戴一種特制的電子眼鏡。這種眼鏡可以捕捉環(huán)境光強的變化，并逐像素地將其轉換為單色圖像，實(shí)時(shí)地以高光強、波長(cháng)595納米的局部黃-橙光脈沖投射到視網(wǎng)膜上，以激發(fā)ChrimsonR蛋白。

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光遺傳學(xué)技術(shù)有賴(lài)于產(chǎn)生黃光的眼鏡。（圖片來(lái)源：Sahel et al，Nature Medicine and StreetLab/Institut de la Vision）

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手術(shù)后4個(gè)半月，研究人員開(kāi)始對患者進(jìn)行系統的視覺(jué)訓練，包括在不佩戴電子眼鏡的情況下進(jìn)行眼動(dòng)練習，以及佩戴電子眼鏡進(jìn)行簡(jiǎn)單眼動(dòng)練習和涉及日常生活的眼動(dòng)練習。術(shù)后約1年，患者開(kāi)始表示自己在佩戴眼鏡時(shí)的視力相較之前有所改善。

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隨后的一系列測試證實(shí)了這一點(diǎn)。在佩戴眼鏡的情況下，患者在92%的測試中能夠看到放在面前桌面上的筆記本，并準確地把手放到筆記本所在位置。在另一項測試中，研究人員在患者面前隨機放置2個(gè)或者3個(gè)不倒翁，患者對不倒翁進(jìn)行計數和定位的正確率分別達到了63%和58%。此外，研究人員通過(guò)患者的腦電圖也監測到，將不倒翁放置在面前時(shí)，患者的視覺(jué)皮層中相應區域的神經(jīng)元被激活。不過(guò)這些改善都只有在佩戴特制電子眼睛時(shí)才能體現出來(lái)，裸眼情況下患者仍然幾乎看不到物體。

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患者在進(jìn)行測試。（圖片來(lái)源：研究論文）

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更加光明的未來(lái)

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研究人員表示，截至2020年年底，一共有7名患者接受了類(lèi)似的單眼玻璃體內注射，但受到新冠肺炎疫情的影響，目前只有這1名患者可以在術(shù)后持續地接受訓練，他們也無(wú)法對其他患者進(jìn)行功能評估。盡管如此，這項研究依然令人振奮——這是人們首次成功應用光遺傳學(xué)技術(shù)改善盲人視力。

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“我認為一個(gè)新的領(lǐng)域即將誕生?！边@項研究的領(lǐng)導者，巴塞爾大學(xué)的博通德·羅斯卡（Botond Roska）說(shuō)道。雖然目前患者視覺(jué)恢復的程度很有限、分辨率很低，無(wú)法閱讀、無(wú)法分辨出兩個(gè)物體，也無(wú)法分辨人臉，但治療至少給他的生活帶來(lái)了些許光明。他已經(jīng)能夠在佩戴電子眼鏡的情況下數出斑馬線(xiàn)的條紋，看到盤(pán)子、杯子、手機等小器物和走廊上的門(mén)，而這些都是治療之前無(wú)論如何都做不到的。

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巴黎視覺(jué)研究所（Vision Institute）的何塞-阿萊恩·薩赫爾（José-Alain Sahel）與GenSight團隊合作開(kāi)展了此項研究，他表示隨著(zhù)時(shí)間推移，患者的視力還可能進(jìn)一步改善，因為大腦需要花時(shí)間學(xué)習如何處理不同尋常的視覺(jué)信號：“患者的視網(wǎng)膜和大腦的神經(jīng)連接可能正在發(fā)生重塑?！彼_赫爾對這一領(lǐng)域也寄予了厚望：“未來(lái)我們能夠達到的視覺(jué)恢復效果是無(wú)法估量的?！?/p>

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事實(shí)上，在應用光遺傳學(xué)治療失明的賽道上并不只有一個(gè)玩家。2016年，美國的一家小型公司RetroSense對1名失明的婦女使用了光遺傳學(xué)技術(shù)進(jìn)行治療，不過(guò)后來(lái)該公司并未公布治療結果。今年3月，另一家美國公司Bionic Sight表示，4名全盲或接近全盲的患者在接受光遺傳學(xué)治療后，可以感知光照和物體的運動(dòng)，但是目前尚未發(fā)表科研論文。而GenSight的PIONEER項目在這場(chǎng)競賽中脫穎而出，成為了首例公開(kāi)發(fā)表的對人體直接應用光遺傳學(xué)技術(shù)的研究。

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目前，這一療法仍有待進(jìn)一步完善。由于只導入了一種對特定波長(cháng)的光敏感的感光基因，所以患者還不能恢復彩色視覺(jué)，不過(guò)未來(lái)或許可以將多種不同的感光基因組合來(lái)實(shí)現這一點(diǎn)。對電子眼鏡進(jìn)行調?；蛟S能進(jìn)一步提升恢復效果，但這一工作也由于疫情而無(wú)法正常完成。

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科學(xué)家們面臨的挑戰也是顯而易見(jiàn)的——這些療法針對的都是視網(wǎng)膜嚴重受損的群體，這也就意味著(zhù)讓這些患者完全恢復正常的視覺(jué)或許很困難。不過(guò)在倫敦大學(xué)學(xué)院的米歇爾·邁克里德斯（Michel Michaelides）看來(lái)，對于幾乎失明的人而言，即便是視力上的一點(diǎn)點(diǎn)改善，對他們的影響可能也是巨大的?！斑@個(gè)領(lǐng)域面臨著(zhù)巨大的挑戰——但也透露出一線(xiàn)光明?！边~克里德斯說(shuō)道。

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原始論文：

https://www.nature.com/articles/s41591-021-01351-4

參考鏈接：

https://www.technologyreview.com/2021/05/24/1025251/a-blind-man-can-perceive-objects-after-a-gene-from-algae-was-added-to-his-eye/

https://www.newscientist.com/article/2278405-partial-sight-restored-for-man-who-is-blind-thanks-to-optogenetics/

https://stm.sciencemag.org/content/8/368/368rv6

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