光遗传学技术亦称光基因工程，是通过遗传方法将特异的视蛋白定向到目标神经元上，然后在相应的波长或频率上感受光的刺激,从而达到刺激或抑制神经元的作用，进而控制特定神经回路的活动，最终在调节实验动物的生理活动和行为方面发挥作用。目前，有介于光不会干扰脑部正常功能，精度更高等特点，这种通过光遗传学治疗特定疾病的方法已经成为新型潜在治疗手段，越来越多的特异性光敏蛋白正在被研发开发，并通过临床验证其可靠性。本文将就光遗传学技术可治疗的疾病进行综述。
在心脏方面，既往光遗传学技术一宜都用于心脏的成像，但研究发现光学技术也可以用于调节心脏的电生理功能。与常规电除颤和药物治疗方法相比，光遗传学技术有显著优势，可用于细胞水平的研究。
目前已有两种方法可以用于调节心脏，第一种通过传递编码光敏感蛋白的基因视蛋白，视蛋白通常在动物的眼睛以及某些感光细菌和藻类中表达,形成膜结合光敏离子通道和泵；第二种使心肌细胞对光敏感的方法是宜接插入荧光染料分子，荧光染料分子受到照射后会损伤和/或杀死细胞，这一技术被称为光动力疗法。有研究表明光动力疗法可用于心脏特定部位心肌细胞的消融，从而阻断异常传导和治疗心律。尽管心脏疾病的应用仍然停留在临床前或研发阶段，仍然有许多问题仍待解决，但几项研究表明这项应用具有相当的治疗前景和潜力。例如，2017年武汉大学江洪教授团队就曾经发表一项研究成功，该研究以20只雄性比格犬作为对象，使用腺相关病毒作为载体，将抑制性光敏通道蛋白ArchT导入实验犬的心脏交感神经节（LSG），并植入微型LED对LSG进行波长560~580 nm的无线单色激光照射，结果表明，所有的狗都成功表达了ArchT，照射能够显著抑制恶性室性心律失常。神经内科疾病是光遗传学技术研究最多的领域，在脑卒中，帕金森，癫痫等疾病中均有潜在应用前景。在脑卒中，患者由于脑部血管破裂和阻塞，导致脑组织损伤。然而现有疗法如，脑刺激法和经颅光生物刺激疗法均有不足之处，如缺乏特异性敌我不分，缺乏数据支撑光的功率。光遗传学技术能够通过刺激缺血周围区域神经元，如光生抑制纹状体γ-氨基丁酸能神经元（GABAergic neurons），以改善组织状况、精确调控靶细胞，并弥补光刺激法的不足。在帕金森病中，大脑黑质密部多巴胺神经元丢失，现有疗法主要依靠多巴胺类药物，并不能逆转疾病进展，只能延缓症状，同时伴有例如开关现象，运动障碍等副作用。利用光遗传学技术可以控制多巴胺神经元的离子通道，以此来精确控制多巴胺的释放，在避免副作用的同时，还不会损伤不相关的神经元。此外多项试验已经表明光遗传学刺激能够改善帕金森模型啮齿类动物的行为动作。癫痫发病主要原因是神经元回路的兴奋与抑制失调，但现有癫痫疗法，如药物多靶点疗法，常常会损伤其他神经元，另外一部分患者可能发展为耐药性癫痫。使用光遗传学技术治疗癫痫的原理主要是调节抑制性中间神经元活性和兴奋性锥体细胞。试验结果显示，光遗传学治疗在一定程度上可减轻癫痫症状。光遗传学治疗癫痫的可行性在于其能精确控制靶细胞活性以及在时间上的高效把控，且使用光刺激调控细胞的反应能在毫秒内发生，无需等待其他介质的传递。视网膜疾病是光遗传学目前已经进入人体临床试验的应用方向。视网膜色素变性（RP），老年性黄斑变性（AMD）等视网膜退行性疾病最终会导致视网膜色素上皮细胞或光感受器细胞凋亡，最终导致患者完全失明，然而色素上皮细胞或光感受器细胞凋亡，但在这些患者中仍然具有传输视觉信号，并向大脑中枢视觉区域传导的功能。因此，光遗传学可以将光敏蛋白表达在这些细胞上并赋予感光能力，通过结合其他技术和设备（例如VR设备）能够让患者恢复视力。目前使用光遗传学治疗视网膜疾病已经披露临床效果的包括：Bionic Sight公司的 BS01（ NCT04278131），GenSight Biologics的GS030（NCT03326336），Nanoscope Therapeutics公司的Product-vMCO-010（NCT04919473，NCT04945772）。其中接受Product-vMCO-010临床的11名接受光遗传学基因治疗1/2a期临床试验的晚期视网膜色素变性患者在玻璃体腔注射后16周时视力较治疗前基线水平有所改善。Product-vMCO-010还获得了遗传性视网膜变性疾病Stargardt病的孤儿药指定。GS030疗法PIONEER临床试验成功让失明患者恢复了部分视力。这些患者身上的变化都不是短时间内发生的。患者在被注射药物后需要4到6个月来使蛋白表达提高到充足的水平，随后还需要几个月接受使用护目镜的训练，然后患者才能将光线直接对准视网膜上表达这种蛋白的细胞。如果需要定位物体，患者需要运动整个头部来前后扫描整片区域。患者能够看到一个由黑白颗粒构成的世界。而如需阅读或者认脸，则需要更高的分辨率，但当前光遗传学暂时无法达到这一水平。对于BS01，大量的试验数据表明BS01不仅达到了靶细胞，而且所表达的光遗传蛋白足以使患者产生视觉反应。最低剂量治疗组两名患者的光敏性比基线(注射前)增加了20倍以上，而高治疗剂量组（剂量为低剂量的3倍以上）两名患者的光敏性增加了100倍以上。光遗传学作为一项被认为很可能作为诺贝尔奖的潜在获奖者的学科自从2002年正式产生雏形，到2006年正式成立学科，需要一项有成效的临床来证明这项学科的实用性，随着近年来，肿瘤，止痛等各方面新领域已经纳入光遗传学范畴，光遗传领域已经不再是只针对眼科和神经内科等疾病，但在这已有的研究基础上建立临床成功的基石，将吸引更多研究者和资本对于该领域的踊跃投入。参考文献：
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