圖片來源：Pixabay

撰文 | 李詩源

審校 | 吳非

常言道，“眼睛是心靈的窗戶”。一雙清澈的明眸，是我們(men) 欣賞多彩世界、獲取豐(feng) 富信息的通道，也是溝通環境和我們(men) 認知的橋梁。然而，有將近4000萬(wan) 人生活在黑暗的世界裏，無法欣賞到常人眼中的美麗(li) 。多年來，科學家們(men) 一直在探索治愈失明的技術。最近，光遺傳(chuan) 學領域的最新進展，讓一位患者時隔40年後看見複明的希望。

40年的黑暗

這名58歲的男性患者來自法國布列塔尼大區。40年前，他被診斷出患有色素性視網膜炎。這是一種遺傳(chuan) 性的神經退行性眼疾，會(hui) 導致視網膜中的細胞遭到破壞，嚴(yan) 重時可導致完全失明。接受治療前，這名患者無法辨識任何物體(ti) ，隻能感知白天和夜晚。據估計，大約每4000人中就有一人患有這種遺傳(chuan) 缺陷。

目前，隻有一種基因替代療法已被批準用於(yu) 治療色素性視網膜炎，但這一療法針對的僅(jin) 是由一種特定基因突變導致的早發型色素性視網膜炎。但目前已知有71種不同的基因突變都可能導致色素性視網膜炎——換言之，對於(yu) 許多色素性視網膜炎患者而言，迄今為(wei) 止並沒有有效的療法。

來自衣藻的救星

為(wei) 了探索更普適的色素性視網膜炎治療方法，法國生物製藥公司GenSight聯合多國科研人員，開展了一項名為(wei) PIONEER的I/II期臨(lin) 床研究。他們(men) 利用的是光遺傳(chuan) 學這一新興(xing) 技術，也就是將“感光基因”（optogene）轉入視網膜中特定類型的細胞裏。

在一些藻類中存在著這些“感光基因”，它們(men) 編碼光門控的離子通道蛋白，可以被光激活並產(chan) 生視覺信號，因而使細胞對光敏感，讓藻類能夠朝陽光移動。在PIONEER項目中，科學家們(men) 選擇了一種叫做ChrimsonR的蛋白，這種蛋白源自一種衣藻（Chlamydomonas noctigama）中發現的光敏感通道蛋白Chrimson。

2014年，就有科學家在研究衣藻時發現Chrimson的光譜峰值在黃光區間，而ChrimsonR則是Chrimson的改良突變株。PIONEER團隊將編碼ChrimsonR的基因與(yu) 紅色熒光蛋白的基因融合後搭載到腺相關(guan) 病毒載體(ti) 上，並注射到患者視力較弱的眼睛的玻璃體(ti) 內(nei) 。這時，這一融合蛋白就能在視網膜中央凹的神經節細胞裏定向表達。

由於(yu) 融合蛋白對波長約590納米的黃光最為(wei) 敏感，因此在接受治療後，患者還需要佩戴一種特製的電子眼鏡。這種眼鏡可以捕捉環境光強的變化，並逐像素地將其轉換為(wei) 單色圖像，實時地以高光強、波長595納米的局部黃-橙光脈衝(chong) 投射到視網膜上，以激發ChrimsonR蛋白。

光遺傳(chuan) 學技術有賴於(yu) 產(chan) 生黃光的眼鏡。（圖片來源：Sahel et al，Nature Medicine and StreetLab/Institut de la Vision）

手術後4個(ge) 半月，研究人員開始對患者進行係統的視覺訓練，包括在不佩戴電子眼鏡的情況下進行眼動練習(xi) ，以及佩戴電子眼鏡進行簡單眼動練習(xi) 和涉及日常生活的眼動練習(xi) 。術後約1年，患者開始表示自己在佩戴眼鏡時的視力相較之前有所改善。

隨後的一係列測試證實了這一點。在佩戴眼鏡的情況下，患者在92%的測試中能夠看到放在麵前桌麵上的筆記本，並準確地把手放到筆記本所在位置。在另一項測試中，研究人員在患者麵前隨機放置2個(ge) 或者3個(ge) 不倒翁，患者對不倒翁進行計數和定位的正確率分別達到了63%和58%。此外，研究人員通過患者的腦電圖也監測到，將不倒翁放置在麵前時，患者的視覺皮層中相應區域的神經元被激活。不過這些改善都隻有在佩戴特製電子眼睛時才能體(ti) 現出來，裸眼情況下患者仍然幾乎看不到物體(ti) 。

患者在進行測試。（圖片來源：研究論文）

更加光明的未來

研究人員表示，截至2020年年底，一共有7名患者接受了類似的單眼玻璃體(ti) 內(nei) 注射，但受到新冠肺炎疫情的影響，目前隻有這1名患者可以在術後持續地接受訓練，他們(men) 也無法對其他患者進行功能評估。盡管如此，這項研究依然令人振奮——這是人們(men) 首次成功應用光遺傳(chuan) 學技術改善盲人視力。

“我認為(wei) 一個(ge) 新的領域即將誕生。”這項研究的領導者，巴塞爾大學的博通德·羅斯卡（Botond Roska）說道。雖然目前患者視覺恢複的程度很有限、分辨率很低，無法閱讀、無法分辨出兩(liang) 個(ge) 物體(ti) ，也無法分辨人臉，但治療至少給他的生活帶來了些許光明。他已經能夠在佩戴電子眼鏡的情況下數出斑馬線的條紋，看到盤子、杯子、手機等小器物和走廊上的門，而這些都是治療之前無論如何都做不到的。

巴黎視覺研究所（Vision Institute）的何塞-阿萊恩·薩赫爾（José-Alain Sahel）與(yu) GenSight團隊合作開展了此項研究，他表示隨著時間推移，患者的視力還可能進一步改善，因為(wei) 大腦需要花時間學習(xi) 如何處理不同尋常的視覺信號：“患者的視網膜和大腦的神經連接可能正在發生重塑。”薩赫爾對這一領域也寄予了厚望：“未來我們(men) 能夠達到的視覺恢複效果是無法估量的。”

事實上，在應用光遺傳(chuan) 學治療失明的賽道上並不隻有一個(ge) 玩家。2016年，美國的一家小型公司RetroSense對1名失明的婦女使用了光遺傳(chuan) 學技術進行治療，不過後來該公司並未公布治療結果。今年3月，另一家美國公司Bionic Sight表示，4名全盲或接近全盲的患者在接受光遺傳(chuan) 學治療後，可以感知光照和物體(ti) 的運動，但是目前尚未發表科研論文。而GenSight的PIONEER項目在這場競賽中脫穎而出，成為(wei) 了首例公開發表的對人體(ti) 直接應用光遺傳(chuan) 學技術的研究。

目前，這一療法仍有待進一步完善。由於(yu) 隻導入了一種對特定波長的光敏感的感光基因，所以患者還不能恢複彩色視覺，不過未來或許可以將多種不同的感光基因組合來實現這一點。對電子眼鏡進行調校或許能進一步提升恢複效果，但這一工作也由於(yu) 疫情而無法正常完成。

科學家們(men) 麵臨(lin) 的挑戰也是顯而易見的——這些療法針對的都是視網膜嚴(yan) 重受損的群體(ti) ，這也就意味著讓這些患者完全恢複正常的視覺或許很困難。不過在倫(lun) 敦大學學院的米歇爾·邁克裏德斯（Michel Michaelides）看來，對於(yu) 幾乎失明的人而言，即便是視力上的一點點改善，對他們(men) 的影響可能也是巨大的。“這個(ge) 領域麵臨(lin) 著巨大的挑戰——但也透露出一線光明。”邁克裏德斯說道。

原始論文：

https://www.nature.com/articles/s41591-021-01351-4

參考鏈接：

https://www.technologyreview.com/2021/05/24/1025251/a-blind-man-can-perceive-objects-after-a-gene-from-algae-was-added-to-his-eye/

https://www.newscientist.com/article/2278405-partial-sight-restored-for-man-who-is-blind-thanks-to-optogenetics/

https://stm.sciencemag.org/content/8/368/368rv6

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