光照红光调控基因，安全吗？肥胖血糖降真假？
随着基因技术的发展，科学家们已经能够在一定程度上“改写”基因，让细胞制造特定的产物，实现治疗等目的。有时，我们希望细胞在特定的时候做特定的工作，这就需要一个远程控制系统。光照变化是地球上的生物共同面临的环境，对生命节律等活动有着重要的影响。科学家们发现，光线能够调节一些生物的基因表达，这成了构造基因“遥控器”的灵感。
华东师范大学生命科学学院、上海市调控生物学重点实验室、医学合成生物学研究中心研究员叶海峰团队开发了新一代红光调控转基因表达控制系统，能够通过红光照射，控制小鼠体内经过基因改造的细胞按需生产胰岛素、抗肥胖药物蛋白，实现减肥、降血糖的目的。这项研究于2024年11月27日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。
光控基因，实现远程调控
先前的文章报道耐辐射奇球菌的光敏蛋白DrBphP在红光的照射下，能与纳米抗体LDB3相互作用；而当照射远红光时，这两种蛋白则会分离。基于此，研究团队将来源于拟南芥、构巢曲霉的光敏蛋白N端结构分别与DrBphP的光敏核心区进行理性组合，生成了嵌合光敏蛋白FnBphP和PnBphP，这两个新生成的蛋白在红光照射后与LDB3结合得更加稳定，再经过基因线路组装开发了REDLIP基因光控系统。
有了光控“开关”，还要想办法将它“安装”到目标细胞中。研究人员们通过一种基因治疗载体（AAV，腺相关病毒）将光控系统基因递送到小鼠的肌肉和肝脏组织，“指挥”它们自行生产出光控“开关”并安装到自己身上。
肌肉肝脏细胞变身“药物工厂”
肌细胞和肝脏细胞本身并不能生产出胰岛素等治疗物质。研究团队在AAV载体中还加入了生产胰岛素和减肥治疗蛋白（TSLP）的基因，让目标细胞能在光控开关的控制下生产这两种药物蛋白。
研究结果发现，拥有这些“改造”细胞的疾病模型小鼠（糖尿病、肥胖），在通过照射红光之后，血糖水平降低，体重得到控制。自然光中也包含红光，可能在不需要治疗的时候激活这些光控细胞。为了解决这个问题，研究团队还开发了一种LED贴片，将这些改造的细胞（如肌肉组织处）遮盖住，只在需要治疗的时候通过智能手机APP开启红光。实验表明每3天只需要光照半个小时即可实现显著体重下降，达到光照减肥的效果。
光遗传学：优势与挑战
光遗传学是一种将光学和遗传学技术相结合的新兴学科，通过在特定的细胞或组织中表达光敏蛋白，使得细胞或组织在特定光照条件下发生响应，从而能够在光照下控制其生物学活动。
相比其它基因调控手段，光调控的特点包括非侵入性、远程无痕、空间特异性、可调节性强等。红光具有较高的生物相容性和组织穿透性，能够照射到深层次的器官，比如肝脏组织。
然而，光遗传学在人体上的应用仍处于探索阶段。要实现对人体的安全、高效应用，还需要解决一系列技术、临床和安全性挑战。这些挑战包括基因递送的效率与精准性、光源的深度传递以及免疫反应等方面。
安全吗？
目前，光遗传学在人体上的应用仍处于探索阶段。尽管其在小动物模型中表现出巨大的潜力，但要实现对人体的安全、高效应用，还需要解决一系列技术、临床和安全性挑战。
在安全性方面，光遗传学技术的潜在风险主要包括光毒性、免疫反应和基因突变等。光毒性是指光照射后产生的活性氧分子对组织和细胞的损伤；免疫反应是指机体对光敏蛋白或其表达产物的免疫反应；基因突变是指光敏蛋白基因的突变和插入可能导致细胞的异常增殖和肿瘤的形成。
研究人员在小鼠模型中，对光遗传学系统的安全性进行了初步评估，结果显示，在一定的光照剂量范围内，光遗传学系统对小鼠的组织和器官没有明显的影响。然而，还需要更大样本量和更长期的研究来证实光遗传学技术的安全性。
真假减肥降糖？
该研究表明，通过光照红光调控基因，可以控制小鼠体内经过基因改造的细胞按需生产胰岛素、抗肥胖药物蛋白，实现减肥、降血糖的目的。
研究结果表明，经过基因“改造”的小鼠在光照红光后，血糖水平降低，体重得到控制。自然光中也包含红光，可能在不需要治疗的时候激活这些光控细胞。为了解决这个问题，研究团队还开发了一种LED贴片，将这些改造的细胞（如肌肉组织处）遮盖住，只在需要治疗的时候通过智能手机APP开启红光。实验表明每3天只需要光照半个小时即可实现显著体重下降，达到光照减肥的效果。
但是，需要注意的是，该研究目前还处于小动物阶段，距离临床应用还有较长的路要走。在将光遗传学技术应用于人体之前，还需要进一步的安全性研究和临床试验。
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