光遗传学众望所归摘得2026诺贝尔生医奖，这项技术到底强在哪里？
10月5日，欧洲中部时间11时30分(北京时间17时30分)，2026年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗林斯卡医学院揭晓，授予Karl Deisseroth（卡尔·迪塞罗斯），Peter Hegemann（彼得·赫格曼）和Georg Nagel（格奥尔格·纳格尔），以表彰他们在光控离子通道及光遗传学相关成果的发现。 诺奖官网介绍称，光遗传学方法使我们得以了解，在活体大脑中神经细胞如何塑造记忆、情感与行为。彼得・赫格曼与格奥尔格・纳格尔在一种单细胞藻类中发现了一种非同寻常的蛋白质 —— 通道视紫红质（channelrhodopsin）。卡尔・迪塞罗斯将这种蛋白质改造为神经细胞的光控开关。三位获奖者为神经科学的新纪元奠定了基础。 卡尔·迪塞罗斯（Karl Deisseroth），1971年出生。1998年获美国斯坦福大学博士学位，2000年获美国斯坦福大学医学博士（M.D.）学位。现任美国霍华德·休斯医学研究所研究员，美国斯坦福大学D.H. Chen教授、生物工程学教授以及精神病学与行为科学教授。 彼得·赫格曼（Peter Hegemann），1954年出生。1984年在德国马丁斯里德（Martinsried）的马克斯·普朗克生物化学研究所获得博士学位。现任德国柏林洪堡大学赫蒂（Hertie）神经科学高级教授。此次获奖所依据的发现是在德国马丁斯里德的马克斯·普朗克生物化学研究所完成的。 格奥尔格·纳格尔（Georg Nagel），1953年出生。1988年在德国法兰克福大学获得博士学位。现任德国维尔茨堡大学分子植物生理学与生物物理学系（植物学Ⅰ）分子植物生理学教授。此次获奖所依据的发现是在德国法兰克福的马克斯·普朗克生物物理学研究所完成的。 光遗传学到底有多厉害，这项技术的诞生，经历了怎样的历程？本文为大家一一梳理。 光遗传学获得2026诺贝尔生理学或医学奖 撰文 | 郭晓强 01 视紫红质 视觉研究可追溯到18世纪。荷兰科学家列文虎克 (Antonie Philips van Leeuwenhoek) 借助显微镜观察眼视网膜结构，鉴定出视网膜色素上皮细胞 (retinal pigment epithelium，RPE)、视杆细胞和视锥细胞等，并推测这些细胞与视觉形成相关。 1851年，德国解剖学和生理学家缪勒 (Heinrich Müller，1820—1864) 首次报道视网膜视杆细胞显红色这一现象 [1] 。遗憾的是，缪勒错误地认为红色由血液造成。尽管如此，缪勒仍被看作视觉生理研究的先驱。缪勒在视觉生物学领域作出诸多贡献，如首次描述视网膜神经胶质细胞，这类细胞也因此获名“缪勒细胞”。 博尔 (Franz Boll，1849—1879) 是一位德国生理学家，对视觉形成具有浓厚兴趣。1876年11月，博尔也观察到红色视杆细胞，并认定红色源于其含有一类特殊物质，纠正了缪勒早期的错误。博尔还发现视杆细胞的红色受光影响，光照可导致红色褪去，而在暗处又重新恢复，进一步说明红色物质与视觉形成相关。遗憾的是，博尔的早逝 (年仅30岁) 使研究没有进一步开展。 1877年1月，博尔的同胞、另一位德国著名生理学家屈内 (Wilhelm Friedrich Kühne，1837—1900) 进一步纠正博尔的不足，认定视网膜感光物质应为紫红色，并创造“视紫红质 (rhodopsin) ”一词。屈内还取得另一项重大发现，即胆酸可使视杆细胞内的视紫红质释放到溶液里，并基于这一原理首次从牛视网膜完成视紫红质的纯化 [2] ，屈内也因此成为视觉生理领域的奠基人之一 (图1)。虽然已确定视紫红质参与视觉形成，但具体分子机制仍不清晰，直到20世纪30年代才有突破。 图1 视紫红质的发现 02 视黄醛循环 1931 年， 美国眼科专家尤德金 (Arthur Yudkin，1892—1957) 开始对视网膜成分进行分析，发现其含有一种维生素A样物质。其实，人们很早就知道维生素A缺乏可影响视觉形成，最常见的一种疾病叫夜盲症，但对维生素A如何参与视觉却知之甚少。 1932 年， 美国生理学家瓦尔德 (George Wald， 1906—1997 ) 来到德国瓦伯格 (Otto Heinrich Warburg，1931年诺贝尔生理学或医学奖获得者) 实验室开始全面研究视紫红质。瓦尔德首先借助光谱分析法证明青蛙、绵羊、牛等完整视网膜中存在维生素A，接着使用氯仿提纯视紫红质，化学显色反应表明所含物质与维生素A非常相似。为进一步证实结论，瓦尔德加入瑞士著名科学家卡雷尔 (Paul Karrer，1937年诺贝尔化学奖获得者) 的实验室，而卡雷尔分离并确定了维生素A的结构。经过3个月研究，瓦尔德最终确定视紫红质中确实含有维生素A，从而表明视紫红质包含两部分：视蛋白 (opsin
