發現光控離子通道蛋白 奠定「光遺傳學」基礎 解鎖神經細胞「開關掣」 德美三雄奪醫學諾獎

香港文匯報訊 2026年諾貝爾生理學或醫學獎得主於10月5日揭曉，美國神經學家戴塞羅思、德國生物學家黑格曼和內格爾，憑藉開創性的光遺傳學（optogenetics）發現獲得殊榮。三名科學家研究發現光控細胞的機制，為光遺傳學奠定基礎。這項革命性技術令研究人員能夠利用光，精確開啟或關閉大腦中單個神經細胞的活動，從根本上改變神經科學的研究方式，為醫學帶來無限希望。

理解我們的大腦如何形成記憶、情感和行為，一直是科學家的夢想。自二十世紀以來，科學研究逐步確定了大腦各區域的功能，但還無法證明特定類型的神經細胞，能直接影響人類的感知或行動。科學家們設想，神經細胞的信號運行極為迅速，光或是匹配這種速度的理想載體，若能為神經細胞安裝一個「開關掣」，以某種方式操縱神經細胞，令其對光產生反應，或許就能控制神經活動。這個當時聽上去遙不可及的想法，如今憑藉光遺傳學成為現實。

從單細胞藻類到操控大腦神經

1990年代初，德國馬科斯·普朗克生物化學研究所的研究員黑格曼，對一種單細胞藻類衣藻產生濃厚興趣。黑格曼發現，具有趨光性的衣藻對光的反應極為迅速，光到達其感知器官的眼點後，僅半毫秒便產生電脈衝，反應速度是人眼的20倍以上。他據此提出假設：衣藻體內存在一種特殊的蛋白質複合物，既能捕獲光線，又能充當電離子的快速通道。

經過多年潛心研究，黑格曼的團隊在衣藻的基因中，發現兩個與捕光蛋白相似的基因。他為此聯繫了同事內格爾，內格爾將這兩種基因注入青蛙卵細胞中，就此發現兩種光控陽離子通道蛋白：通道視紫紅質-1（ChR1）與通道視紫紅質-2（ChR2）。在藍光照射下，它們在0.2毫秒內便打開通道，讓帶正電的離子通過，從而產生電信號。黑格曼和內格爾還將ChR2的基因引入人類胚胎腎臟細胞和倉鼠的腎臟細胞，令其變得對光敏感。2003年，兩人發布實驗結果，提出將ChR2當作一種強大的工具，利用光在細胞中產生電脈衝。

與此同時，在史丹福大學攻讀醫學與神經科學博士學位的戴塞羅思，也在研究大腦神經細胞的運作原理。得益於內格爾的分享，戴塞羅思將ChR2的脫氧核糖核酸（DNA）引入大鼠神經細胞，將其真正轉化為由光控制的「開關掣」：當暴露於藍光照射下，這些神經細胞立即反應，產生出可傳播的神經信號。

在三名科學家通力合作與分享下，研究人員陸續發現更多可充當神經細胞「開關掣」、由不同波長的光照激活的蛋白質，這種技術也被正式命名為光遺傳學。戴塞羅思通過實驗，將ChR2的基因導入大鼠運動皮層的特定神經細胞，從而利用光照，控制大鼠的鬍鬚運動。他其後又憑藉這些「開關掣」，確定大腦中控制睡眠與甦醒、形成特定記憶的神經細胞。

助繪製清晰大腦運行圖譜

通過光遺傳學的指引，科學家們得以深入研究擁有約900億個神經細胞的成人大腦。從控制痛覺、感受口渴、希望進食、集中注意力，再到變化的社交行為，研究人員逐漸精確掌握與這些功能相關的大腦神經迴路，甚至發現動物照顧幼崽等複雜行為的各個組成部分，實際上由不同的神經迴路所控制。如今研究人員還在探索，將光遺傳學技術應用於大腦以外，從心率對情緒的影響，到腸道細胞如何改變人們對糖和甜味劑的偏好，人體細胞更多的秘密正在揭開。

諾貝爾生理學或醫學獎委員會主席斯文寧松表示，光遺傳學的誕生，讓人們能以過去被認為遙不可及的方式，繪製清晰的大腦運行圖譜。三名科學家將平分1,200萬瑞典克朗（約938萬港元）獎金。