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2026诺贝尔生理学或医学奖:光遗传学的一把蓝光

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2026年诺贝尔生理学或医学奖刚刚揭晓:斯坦福大学Karl Deisseroth、柏林洪堡大学Peter Hegemann、维尔茨堡大学Georg Nagel三位科学家,因"光门控离子通道和光遗传学"(optogenetics)共享1200万瑞典克朗奖金。这是今年诺贝尔奖的第一枪,北京时间10月5日17:30由瑞典卡罗琳医学院宣布。

本文核心信息(30秒速览)

· 获奖时间:2026年10月5日,瑞典卡罗琳医学院

· 得主:Karl Deisseroth(斯坦福)、Peter Hegemann(洪堡大学)、Georg Nagel(维尔茨堡大学)

· 获奖理由:for their discoveries concerning light-gated ion channels and optogenetics

· 一句话解释:把藻类光敏蛋白channelrhodopsin基因转入神经元,用光毫秒级开关特定神经回路

· 奖金:1200万瑞典克朗,三人平分

但比起"谁得奖",更值得讲清楚的是:光遗传学到底是什么?为什么一个从绿藻里抠出来的蛋白,能让整个神经科学换了一套显微镜?

01 什么是光遗传学?为什么它能拿诺奖?

20世纪神经科学的瓶颈是:能定位脑区,却分不清是哪一类神经元在起作用。

成年人大脑里约有900亿个神经元,挤在颅骨里,彼此缠绕,分工极细。20世纪的神经科学能画出"哪片脑区管哪件事",但画得像一张模糊的草图——你知道某片区域和运动有关,却分不清里面哪一类神经元,才是真正按下按钮的那一个。

1962年诺奖得主弗朗西斯·克里克(DNA双螺旋那位)晚年一直在想意识问题。他的判断很直接:要研究大脑,就得能精确地开关某一类神经元;电刺激太粗,药物太慢,唯一匹配神经信号速度的,是光。

这个设想在当时听起来像科幻。直到三位科学家接力,把它变成了全球实验室里的日常工具。


02 channelrhodopsin是怎么被发现的?

光遗传学的起点,是1990年代慕尼黑马普所Hegemann团队对衣藻向光性的追问。

1990年代初,Peter Hegemann在研究一种叫衣藻(Chlamydomonas)的单细胞绿藻。把它倒进培养皿,照一侧光,整盘绿藻会慢悠悠漂向光源——它靠细胞表面一个橙色小点(眼点)感光。

Hegemann拿微电极测了一下,结果让他愣住:光打到眼点,0.5毫秒内就出现电信号。

作为对照,人眼感光走的是一条多级化学链式反应,最后一步才打开离子通道,全程至少10毫秒。衣藻比人眼快了20多倍。

Hegemann提出一个当时没人信的假说:在衣藻里,感光和开通道是同一个蛋白干的——一个分子,既当眼睛,又当闸门。


03 这个藻类蛋白,凭什么能控制神经细胞?

Hegemann的假说在当时被质疑,因为衣藻眼点蛋白离体后极不稳定,无法直接分离。

转机来自日本同行:他们测了衣藻全基因组,把几千个基因公开。Hegemann团队在里面筛出两个和已知光敏蛋白长得像的基因。

他把这两个基因寄给了法兰克福马普生物物理所的Georg Nagel。Nagel擅长用青蛙卵母细胞做异源表达——把基因打进去,让蛙卵表面长出这个蛋白,再测电信号。

结果干净利落:2002年,channelrhodopsin-1发表在《Science》;2003年,channelrhodopsin-2(ChR2)发表在《PNAS》。后者照蓝光后0.2毫秒内打开,正离子涌入,细胞立刻产生电信号。

更关键的一步:他们把ChR2基因转进人胚肾细胞和仓鼠肾细胞——这些本来对光毫无反应的细胞,照蓝光后居然也放电了。

Hegemann和Nagel在论文里写了一句轻描淡写但意味深长的话:这个蛋白,或许能成为用光在细胞里造电脉冲的工具。


04 Deisseroth为什么要把藻类蛋白搬进大脑?

把藻类蛋白变成大脑工具的关键一步,发生在斯坦福Deisseroth实验室。

Karl Deisseroth,1971年生,哈佛本科、斯坦福MD+PhD。他原本想当神经外科医生,精神科轮转那段经历改变了他。他在诊所里见到难治性抑郁的病人——那些人不是"想不开",而是大脑里某个回路真的卡住了;还有自闭症、精神分裂症患者。

他在实验室里用离体脑切片做研究,越做越清楚一件事:切片里的神经元再好使,也回答不了活体大脑里"哪类细胞在什么情境下按下了哪个按钮"。

同行们都觉得"用光控制神经元"是个不切实际的梦。Deisseroth算了笔账:他能给病人开的药,疗效有限、副作用不小;要真正帮到他们,得先把大脑的回路看明白。

他听说了ChR2,直接写信给Nagel要DNA。

05 光遗传学的关键节点:2005到2012

2005年,Deisseroth团队完成决定性实验:把ChR2基因转进大鼠神经元,蓝光一照就放电。

他本来担心外来蛋白会把脆弱的神经元搞坏,结果细胞好好地在表面长出了ChR2。蓝光一打,神经元瞬间放电,信号还能顺着轴突传给下一个细胞。

2005年,这篇论文发在《Nature Neuroscience》上——作者里有后来在MIT做光遗传学的Edward Boyden、后来在Stanford做工具开发的张锋,以及Nagel。

2006年,这套方法被正式命名为"optogenetics"(光遗传学)。

2007年,Deisseroth团队把ChR2基因送进活体小鼠的运动皮层,再从颅骨小孔插一根细光纤照光——小鼠的胡须跟着动了。同年,他们用光精准唤醒了睡眠中的小鼠。

2012年,他和1987年诺奖得主利根川进合作,把小鼠恐惧记忆对应的那组神经元重新点亮——小鼠明明身处安全环境,却僵住了。这是人类第一次精确证明:某一段记忆,真的对应着一组特定的神经元。



06 光遗传学,到底改变了神经科学什么?

光遗传学的核心价值,是让研究者第一次能毫秒级、细胞类型特异性地开关神经回路。

研究者现在能精准地开关某一类神经元,把疼痛、社交、口渴、进食、奖赏、注意力、昼夜节律、甚至免疫发热背后的回路一条条拆出来。Deisseroth自己还发现,心脏被强行加快时,人会更焦虑——原来情绪不只是大脑的事。

临床转化也已经起步。最前沿的是视网膜色素变性:患者视网膜上的感光细胞死光了,研究者把一个channelrhodopsin样蛋白送进他们的视网膜神经节细胞,再戴一副能发射光的特殊眼镜——已经有盲人重新看见了桌上的物体,并能伸手去抓。人工耳蜗也在尝试用光代替电刺激,以求更精细地激活听神经。

当然,这些离大规模临床应用还有距离。但"用光控制神经"这件事本身,已经从克里克的设想,变成了全球实验室的常规操作。

07 为什么是这三个人?诺奖委员会的科学链条

今年诺奖名单并不意外——2021年拉斯克奖已经指向这条研究线。

2021年,Deisseroth、Hegemann和Dieter Oesterhelt(嗜盐菌视紫红质的发现者)拿了拉斯克基础医学奖——这个奖被称为"诺奖风向标",命中率极高。

今年的名单里,Nagel和Hegemann、Deisseroth站在一起。这个组合本身就讲清楚了诺奖委员会认定的科学链条:Hegemann提出问题、筛出基因;Nagel在蛙卵里证明它是一个光控离子通道;Deisseroth把它变成了活体大脑里的工具。

从1990年代初那个0.5毫秒的疑问,到2003年ChR2论文,到2005年神经元放电,再到2007年活体小鼠——15年,一条从绿藻到大脑的完整证据链。

今年的诺奖"第一枪",没有选最近热度最高的GLP-1,也没有选AI制药,而是给了一项看起来很"基础"的技术。

但这恰恰是诺奖的老传统:奖那些改变了整个学科看世界方式的东西。光遗传学没有直接造出一种新药,但它让神经科学第一次能像电工一样,一根根线路地去查大脑的短路。

对做药的人来说,这件事的意义可能才刚开始显现——当抑郁症、自闭症、帕金森背后的回路被一条条拆清楚,新药的靶点,会从"猜"变成"看见"。

接下来几天,物理学奖、化学奖会陆续揭晓。但今天这一枪,已经足够让人回味很久。

——你怎么看今年诺奖颁给一项基础工具,而不是最近热度最高的GLP-1?欢迎在评论区聊聊。如果这篇帮你快速看懂了诺奖,点个"在看",转给同样关注生物医药的朋友。

参考文献

[1] The Nobel Assembly at Karolinska Institutet. The 2026 Nobel Prize in Physiology or Medicine - Press Release. 5 Oct 2026. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/press-release/

[2] Nobel Prize Outreach. Popular information: A light-sensitive algal protein energised neuroscience. 5 Oct 2026. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2026/popular-information/

[3] Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, et al. Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae. Science. 2002;296:2395-2398.

[4] Nagel G, Szellas T, Huhn W, et al. Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel. PNAS. 2003;100:13940-13945.

[5] Boyden ES, Zhang F, Bamberg E, Nagel G, Deisseroth K. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity. Nat Neurosci. 2005;8:1263-1268.

[6] Aravanis AM, Wang LP, Zhang F, et al. An optical neural interface: in vivo control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology. J Neural Eng. 2007;4:S143-S156.

[7] Stanford Medicine. Karl Deisseroth shares Lasker Award for research on microbial molecules behind optogenetics. 24 Sep 2021.

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