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- 2026年04月17日
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AAV-光遗传
光遗传学技术的原理
光遗传学（Optogenetics）是指结合光学与遗传学手段，精确控制特定神经元活动的技术。该技术利用分子生物学、病毒生物学等手段，将外源光敏感蛋白基因导入活细胞中，在细胞膜结构上表达了光敏感通道蛋白；然后通过特定波长光的照射，控制细胞膜结构上的光敏感通道蛋白的激活与关闭；光敏感蛋白的激活和关闭可控制细胞膜上离子通道的打开与关闭，进而改变细胞膜电压的变化，如膜的去极化与超极化。当膜电压去极化超过一定阈值时就会诱发神经元产生可传导的电信号，即神经元的激活；相反，当膜电压超极化到一定水平时，就会抑制神经元动作电位的产生，即神经元的抑制。
传统的电生理激活多种神经元，具有高时间分辨率。相比电生理，光遗传学技术可以无损伤或低损伤地控制特异神经元的活动，来研究该神经网络功能，特别适用于在体、甚至清醒动物行为学实验，具有高时空分辨率、高特异性以及轴突投射选择性（如图1）。
图1. 光遗传学与电生理调控细胞的差异
| 视蛋白变体 | 分类 | 描述 |
|---|---|---|
| hChR2(H134R) | 光激活 | 使用最普遍的ChR2，激发波长470 nm |
| hChR2(E123T/T159C) | 光激活 | hChR2(E123T/T159C)即ChETA(TC)是突变的ChR2，适合高频激活，激活波长470 nm |
| oChIEF(E163A/T199C) | 光激活 | CHIEF是ChR1和ChR2的杂合体，可用于高频刺激，激活波长470 nm |
| C1V1 (t/t) | 光激活 | C1V1 (t/t)由ChR1和VChR1(ChR的突变体)组成的杂合体，激发光波长560 nm |
| hChR2(C128S/D156A) | 光激活 | 激活状态的显著稳定性，即使在30分钟后也几乎没有检测到返回到黑暗状态，蓝光激活 |
| ChETA | 光激活 | E123T突变；产生更快的动力学，但降低光电流振幅，激发光波长490 nm |
| CheRiff | 光激活 | 激发光波长460 nm，改进的光灵敏度、动力学和光谱正交性 |
| ChrimsonR | 光激活 | 天然存在的CnChR1(Chrimson)的K176R点突变，激发波长590 nm |
| Chronos | 光激活 | 天然存在的ShChR(Chronos)，激发波长530 nm |
| eNpHR3.0 | 光抑制 | eNpHR3.0是第三代光驱动内向氯泵，属于halorhodopsin家族，NpHR的光活化光谱为525~650nm(中心波长为578nm)； |
| Arch/ArchT | 光抑制 | Arch是来自红皮嗜盐菌Halorubrum sodomense，ArchT来自红皮嗜盐菌Halorubrum strain TP009，都是黄光激活的外向氢离子泵，属于bacteriorhodopsin家族，激发波长主要在566nm，Arch3.0和ArchT3.0是经过基因改造的第三代产品，激发波长不变，改善了光敏感工具的细胞膜定位和均匀分布； |
| QuasAr2 | 光抑制 | 激发光波长640 nm，提高亮度和电压灵敏度，微秒响应时间，并且不产生光电流。 |
| SwiChRca | 光抑制 | C1C2嵌合体突变C128A(SwiChRCA)可以减缓通道的关闭，被单次蓝光持续激活氯离子通道，使细胞持续保持抑制状态，并在红光照射后关闭氯离子通道，激发光波长475 nm |
| ReachR | 红移光激活 | ReaChR由ChEF/ChIEF,VChR1,VChR2外加L171I突变组成，激发波长590-630 nm |
| Jaws | 红移光抑制 | Jaws是经过改造红移的氯离子泵，来自Haloarcula (Halobacterium) salinarum (strain Shark)，属于cruxhalordoposin家族，最大的特点是在632 nm光照下，引起的超极化电流比eHpHR3.0或者ArchT显著大,主要应用在使用红外激光抑制目标位点，甚至可以使用非侵入式给光方式抑制Jaws感染的位点 |
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文献和实验视蛋白--hChR2(H134R)、约25%使用抑制型视蛋白，这其中包括6%的ArchT、6%的Jaws。 随后，研究人员通过解剖学、生理学、行为学手段来评估光遗传学实验在NHPs中的成功率： 发现，在食蟹猴（88%）的成功率最高，而AAV2/9和AAV2/8M(Y733F) 的成功率最高，分别为93%和88%，此外，对启动子分析发现，用CMV和CaMKIIa进行NHPs光遗传学实验的成功率最高，分别为85%和84%。在视蛋白方面，eNpHR3.0的成功率最高，为88%；C1V1(T/T)，其成功
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