给神经细胞装一个“光控开关”：2026 诺奖得主 Wiley Advanced 系列论文回顾

2026诺贝尔生理学或医学奖

10月5日，2026年诺贝尔生理学或医学奖授予Karl Deisseroth、Peter Hegemann和Georg Nagel，表彰他们关于光门控离子通道与光遗传学的发现。从藻类如何感知光，到利用光调控特定神经细胞，三位科学家及其合作者的工作为研究神经系统功能提供了新方法。

这一发现，意味着什么？

这段科研历程起于绿藻怎样感知光的问题。2002年，Nagel、Hegemann及其合作者报道来自莱茵衣藻的通道视紫红质-1（ChR1），并通过在非洲爪蟾卵母细胞中表达，证明它能形成受光控制的质子通道。2003年，他们进一步证明通道视紫红质-2（ChR2）是直接由光开启的阳离子通道，并可在异源表达的细胞中通过照光改变膜电位。这些实验将藻类光感受机制转化为可用于其他细胞的分子工具。

2005年，Boyden、Nagel、Deisseroth等人将ChR2、基因递送与快速光学切换结合，在培养的哺乳动物神经元中实现了可靠的毫秒尺度发放控制，并调控突触传递。研究者由此能够在选定时间触发神经细胞的电活动，进一步分析单次发放与突触事件的作用。光敏蛋白的发现，在这一过程中与神经科学实验需求建立了直接联系。

要实现这样的调控，需要让目标细胞表达合适的光敏蛋白，并使蛋白正确定位于细胞膜，再把匹配波长的光送到选定位置。不同工具可以改变不同离子的跨膜运输，从而增强或降低细胞的兴奋性。基因靶向决定哪些细胞具备光响应能力，光照位置和时间则决定干预何处、何时发生；蛋白、靶向方法与照光器件需要相互配合。

对神经科学而言，这提供了检验细胞功能的具体途径。在某项行为任务中激活或抑制选定细胞，再结合神经活动记录与行为变化，研究者能够分析这些细胞对环路功能的贡献。要把干预结果转化为可靠的机制认识，还需要细胞类型鉴定、连接关系和活动记录等工具共同支持。光遗传学的价值，因而与整个实验设计及其他测量方法紧密相关。

光遗传学也进入了临床探索。2021年，Sahel等人报告一名视网膜色素变性失明患者的部分视觉功能恢复：研究将编码光敏蛋白ChrimsonR的基因递送与专用眼镜的光刺激结合，患者在佩戴眼镜、使用治疗眼时能够感知和定位部分物体。这一病例展示了其应用潜力，但单例结果尚不足以确定更广泛患者的疗效和长期安全性。

从基础发现到可靠的实验工具，仍有具体问题需要解决：光源怎样与光敏蛋白匹配，怎样在同一位置切换激活和抑制，以及持续照光时作用方向能否保持稳定。今后的工具优化研究中，仍应将蛋白的响应特征、照光条件与器件结构结合起来检验，并在不同细胞和模型中验证调控方向及持续性。

高光回顾

我们特别汇集了部分2026年诺贝尔生理学或医学奖得主参与合作、在Wiley Advanced系列期刊发表的学术论文，共同回顾科学巨匠的智慧结晶。它们延续了光遗传学从分子发现走向工具优化的研究思路，也展示了材料与器件设计如何与光敏蛋白工程共同支撑更可靠的细胞调控。

在Advanced Functional Materials发表文章Tailoring Organic LEDs for Bidirectional Optogenetic Control via Dual-Color Switching，探索通过双色开关定制有机发光二极管以实现双向光遗传控制。

Tailoring Organic LEDs for Bidirectional Optogenetic Control via Dual-Color Switching

Giuseppe Ciccone, Ilenia Meloni, Rodrigo G. Fernandez Lahore, Johannes Vierock, Sebastian Reineke, Hans Kleemann, Peter Hegemann, Karl Leo, Caroline Murawski

Advanced Functional Materials

First published: 02 December 2021

https://doi.org/10.1002/adfm.202110590

在Advanced Science发表文章Stabilized Ion Selectivity Corrects Activation Drift in Kalium Channelrhodopsins，该研究首次系统解析了现有钾离子型光遗传工具KCR在长时间照射下的从神经抑制转向激活的电生理机制，并提出了解决方案：钾离子选择性高且稳定性强KCR变体可以实现可靠而长效的神经抑制。标志着抑制性光遗传工具研发的重要突破。

Stabilized Ion Selectivity Corrects Activation Drift in Kalium Channelrhodopsins

Xiao Duan, Chong Zhang, Stanislav Ott, Zhiyi Zhang, Christiane Ruse, Sven Dannhäuser, Robert Jacobi, Nadine Ehmann, Divya Sachidanandan, Georg Nagel, Manfred Heckmann, Robert J. Kittel, Alexander Gottschalk, Adam Claridge-Chang, Shiqiang Gao

Advanced Science

First published: 09 November 2025

https://doi.org/10.1002/advs.202509180

期刊简介

Advanced Functional Materials聚焦功能材料的设计、制备与性能调控，研究内容横跨能源、电子、光子及生物医用等多元应用方向，以其严谨的学术标准与广泛的学科覆盖，成为功能材料研究的核心发表平台。

Advanced Science是 Wiley旗舰期刊 Advanced 系列中的一种完全开放获取的跨学科科学期刊，发表材料科学、物理、化学、医学、生命科学、环境科学、工程和社会科学等领域的前沿基础和应用研究。

Advanced Genetics是一本经过同行评审、涵盖广泛学科领域的开放获取期刊，致力于推动基因相关研究，近期已拓展其收录范围。该期刊不仅涵盖人类、动物、植物和微生物的遗传学、基因组学及表观基因组学，还收录将遗传学、组学技术、生物信息学、计算生物学和人工智能作为工具库用于发现与创新的相关课题。

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