被遺漏的「光遺傳學之父」：潘卓華

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光遺傳學是神經學領域的革命性技術，誕生至今已經超過十年了。該技術是將光敏通道蛋白添加到想要研究的神經元中，通過光照選擇性開啟這些通道，激活或者沉默目標神經元。光遺傳學技術可以實現精確的時間和空間控制，是深入理解神經系統的有力工具，有助於探索神經元功能、神經元興奮性、突觸傳遞等問題。

人們普遍認為，斯坦福大學的Karl Deisseroth和MIT的Ed Boyden是開發光遺傳學技術的主要功臣。2005年他們合作在Nature Neuroscience雜誌上發表的文章被視為光遺傳學誕生的標誌。根據Google Scholar的數據，這篇文章已經被引用了兩千一百多次。

然而STAT News九月一日發表文章指出，韋恩州立大學的潘卓華（Zhuo-Hua Pan）教授才是最先實現光遺傳學操作的人。2004年8月Boyden將光敏通道蛋白channelrhodopsin引入大腦神經元，然後通過光照改變了細胞的活性。據悉，潘教授六個月前就在視網膜神經元中做了同樣的工作。

潘教授2005年在一次會議上展示了自己的工作，就在Boyden和Deisseroth論文發表的幾個月前。但潘教授的論文直到一年後才在Neuron雜誌上得以發表。結果Deisseroth、Boyden得到了有力的資助和大量的榮譽，而潘教授的工作卻被人們忽視。實際上這種情況在科研領域並不少見，引人注目的CRISPR專利之爭也是因為難以確定誰最先發明了這種基因編輯技術。

潘教授2006年4月終於得到發表的論文：

Ectopic Expression of a Microbial-Type Rhodopsin Restores Visual Responses in Mice with Photoreceptor Degeneration

論文摘要：視網膜退行性疾病造成的感光細胞（photoreceptor cell）死亡，往往使視網膜完全喪失對光的應答。為此，潘教授及其團隊探索了將內視網膜神經元轉化為感光細胞的可能性。研究顯示，用腺相關病毒載體可以在鼠類的內視網膜神經元長期表達一種細菌ChR2（channelrhodopsin-2）。隨後他們對感光細胞退化的小鼠進行研究，證實在內視網膜神經元表達ChR2可以恢復視網膜編碼光信號並將信號傳給視覺皮層的能力。潘教授得出的結論是，在依然存活的內視網膜神經元中表達細菌ChR2，是視桿和視錐退化之後恢復視力的可行策略。

研究者們一直在嘗試理解人類的記憶，光遺傳學技術為他們提供了前所未有的便利工具。Nature雜誌上同時發表了兩項光遺傳學研究，顛覆了人們對恐懼記憶的認識。研究顯示，當恐懼記憶產生之後，檢索恐懼記憶的大腦迴路會隨著時間推移發生改變。也就是說，回憶舊記憶的大腦通路與回憶新鮮恐懼記憶不同。患有焦慮症（比如創傷後應激障礙PTSD）的人往往會經歷長時間的高度恐懼，這類疾病可能與恐懼記憶的檢索迴路被破壞有關。

額葉在大腦認知功能中起到了重要的作用，比如注意力、記憶、學習、做出決策和解決問題。不過人們一直不清楚額葉是如何發揮這種作用的，也不知道涉及了什麼類型的神經細胞。瑞典卡羅林斯卡學院（Karolinska Institutet）的研究人員利用光遺傳學技術，首次在小鼠大腦中鑒定到了注意力神經元。研究表明，操縱這種細胞的活性可以增強小鼠的注意力。這項成果發表在今年一月的Cell雜誌上，有助於進一步理解大腦額葉（frontal lobes）的工作機制。

前不久，北卡羅來納大學的科學家們在光遺傳學技術的基礎上，開發了快速檢測基因和蛋白質功能的強大工具。他們將光敏開關裝到蛋白質上，然後在活細胞中用激光操縱蛋白質的移動和活性。研究人員指出，利用光可以在特定時間失活特定細胞的一個蛋白質，對其進行實時觀察。這些信息有助於揭示這個蛋白的真正功能。

潘卓華教授簡介：

美國韋恩州立大學醫學院解剖與細胞生物學系教授、Kresge眼科研究所Ligon視覺研究中心科學主任，以第一作者或通訊作者曾發表過40多篇SCI論文，主要致力於光遺傳學等方面的研究。1978-1982年 中國科技大學 學士；1982-1984年 中科院生物物理研究所 碩士；1986-1990年 紐約州立大學水牛城分校 博士；1990-1991年 紐約州立大學水牛城分校 博士後。

推薦原文：The History of Optogenetics Revised；He may have invented one of neuroscience』s biggest advances. But you』ve never heard of him

稿件來源：生物通

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