应用光遗传学技术为猝死高危人群装上“光控”救命开关

　　恶性室性心律失常患者，往往会因心脏交感神经活性过高而随时都有发生猝死的风险。如能在此类患者体内植入一个无线光遗传学刺激仪，当感觉心脏不适时，患者可自行使用智能手机的蓝牙打开刺激仪开关，迅速抑制过度活跃的心脏交感神经系统，提前阻断恶性心律失常的发生，从而挽救生命。

　　武汉大学人民医院心血管内科江洪教授领衔的“神经再平衡”研究团队（文尾有介绍）的一项最新研究成果，为这一设想提供了科学依据。北京时间3月18日，该研究团队核心成员余锂镭副教授在第66届美国心脏病学会（ACC）年会上汇报了一项名为《心脏交感神经活性的光遗传学调控技术防治室性心律失常》的研究成果，引起全球权威心脏病学专家关注，并获得了ACC 2017中国区原创研究评分第一名。中华医学会心血管病分会主任委员、中国科学院院士葛均波教授，中华医学会心血管病分会前任主任委员霍勇教授及ACC代表Micheal Valentine 教授等联合为余锂镭副教授颁奖。

　　美国心脏病学会（ACC）成立于1949年，目前在全球有52，000多名会员，是当今全世界心血管领域最顶级、规模最大、影响最广泛的学术机构。ACC还创立了《美国心脏病学院会刊（JACC，IF=17.759）》，是目前国际心血管病领域最顶尖的英文杂志。2017年ACC会议汇集了来自122个国家的心血管领域顶尖权威专家，参会人数接近20，000人次，影响重大。

　　该研究团队负责人江洪教授介绍，恶性室性心律失常是心脏性猝死的主要原因，且无有效治愈方法。中国每年心脏性猝死发病人数超过54万，相当于每天约有1500人因此离世。因此防治恶性室性心律失常成为降低心脏性猝死率的核心关键。鉴于恶性室性心律失常的发生与心脏交感神经系统密切相关，武汉大学人民医院心血管内科研究人员一直致力于通过光遗传学技术调整心脏交感神经节的功能，从而安全、有效地防治恶性室性心律失常。

　　据了解，光遗传学技术是以基因工程为手段、病毒等为载体，将光敏蛋白基因导入特定细胞中，如神经细胞，使之表达光敏蛋白，再通过特定波长光的照射来控制细胞膜上光敏感蛋白的功能，从而导致细胞膜去极化与超极化，最终达到调控神经活性的目的。与传统干预神经活性的方法相比，光遗传学技术可以通过光学方法无损伤地精准控制特异神经元的活动；其具有时空精确性（可实现毫秒级别的精准操控、对特定细胞群有效）、双向可调性（使用不同光谱的波段可兴奋细胞、也可抑制细胞）、高可控性（改变光刺激的强度、频率、脉宽、持续时间等可对靶细胞实现随意的精准调控）。

　　在研究中，江洪教授团队首先发现了一种光遗传学抑制型关键元件——具有超极化作用的视蛋白Arch。该团队进而利用病毒转染的方式，成功将一个名为“ArchT”（Arch的变体，对光的敏感性增加到 Arch 的三倍）的光敏感通道蛋白表达于心脏交感神经节上。研究人员发现，使用560~580nm的无线单色激光瞬时光照刺激时，被表达的心脏交感神经节的功能会被显着抑制；而持续性光照，可对该功能产生强化、延长的抑制作用；这种强化的抑制作用还是可逆的，在光照结束后心脏交感神经节的功能可逐渐恢复至基础状态。这一研究证实，利用光遗传学技术，可有效抑制心脏交感神经功能和活性，达到防治恶性室性心律失常的效果。

　　余锂镭副教授解释说，光敏感通道蛋白“ArchT”在感受到特殊的黄绿光照刺激时，会产生外向的质子流，让细胞膜超级化，从而迅速抑制心脏交感神经的细胞活性。这样，打开或关闭黄绿光照，心脏交感神经的神经元就可以像灯泡一样被简单的打开或者关闭，这就相当于给过度活跃的心脏交感神经系统装上了“光控”开关，这一机制已在动物实验中被证实有效。该项研究的论文一个月前已被国际著名心血管病JACC（《美国心脏病学学院心血管介入杂志》）审稿接受。

　　根据这一研究成果，江洪教授团队还申请了“一种基于光遗传学技术的小型植入式无线神经调控系统”的ZL。这种植入式刺激器大小约10-25mm3、重约20–50 mg，可通过微创手术植入心脏交感神经上，并可以在体外移动端（如智能手机）上利用蓝牙调控其开关。专家预计，这一ZL如能尽快转化使用，可大幅降低全球恶性室性心律失常患者发生心脏性猝死的风险。