Nature子刊：光遗传学抑制饥饿感，还能顺便减肥？

成年人的世界里，没有什么是容易的，除了胖和秃。但是，在轻松变瘦的道路上，科学家从未止步，比如通过光遗传学。

光遗传学，是将外源光敏感蛋白基因导入活细胞中，在细胞膜结构上表达了光敏感通道蛋白，然后通过特定波长光的照射，控制细胞膜结构上的光敏感通道蛋白的激活与关闭。这种技术，可以通过光学方法无损伤或低损伤地控制特异神经元的活动。

2020年1月8日，nature在线发表了Woo Seok Kim等人进行多模式无线平台对器官内的周围神经元进行光遗传学刺激的研究论文：Organ-specific, multimodal, wireless optoelectronics for high-throughput phenotyping of peripheral neural pathways

论文研究表明：使用远程射频源进行外部控制，通过光刺激小鼠胃中迷走神经末梢能够让人产生饱腹感，有助于帮助减肥。

我们知道，开创性研究会使用光纤以器官特异性对小鼠迷走神经传入进行光遗传学操作，但是这些研究是在麻醉下进行的研究。目前还没有在小鼠清醒状态下进行光遗传学肠胃研究，更没有低成本，高通量和精确的外围神经电路功能映射，尤其是长期的行为和生理测量。因此作者开发了一种用于器官特异性光传输的生物相容性无线光遗传学设备，它能够以高性能方式对器官内的周围神经元进行光遗传学刺激。

这个器官特异性无线胃光生成设备放置和演示如下：研究团队设计了一个微型的桨状装置，并在其固定于胃部的柔性轴末端附近插入了微型LED。在设备的头部（接收器）中，装有与外部射频源进行无线通信所需的微芯片，接收器还配备了产生微小电流以为LED供电的功能。

图1：预先弯曲的夹心系绳的柔软无线胃光遗传植入物

实验的时候，作者使用20 Hz和5 ms脉冲持续时间刺激参数在八个笼子内进行实验，这扩展了利用光遗传学的高通量，可以同时对至少八只小鼠（假设是一只笼中的小鼠）进行实验，这八只小鼠通常为一组。所以这个装置在几乎不进行任何改动的情况下，就可以操纵整个胃肠道的神经末梢。

图2：多笼无线电力TX系统和多器官刺激设备的电气特性

为确定光电系统的实用性，作者调查了胃迷走神经传入末梢在喂养行为中的作用。首先分析µLED的光扩散并确定了器官特异性所需的RF供电参数等操作。结果表明无线设备应允许行为清醒的小鼠进行精确的光遗传学操作。

图3：胃中Calca +迷走神经传入的光遗传学靶向

为获得细胞类型的特异性，作者将AAV注射到Calca Cre转基因小鼠的结节神经节中，以引入Cre依赖性ChR2：tdTomato视蛋白表达或仅含tdTomato荧光报告基因的对照组。与没有刺激（RF天线关闭）相比，光遗传激活在进食期间产生了对食物摄入的强烈抑制，更大的刺激频率几乎完全抑制了摄入，如下图。也就是说当打开射频源时，来自LED的光可以有效地抑制饥饿感。

图4：Calca +胃迷走神经传入的激活通过负价机制抑制食欲

食欲抑制的原因也通过试验解开：作者构建的双线圈天线测试表明，光遗传学刺激减少了使小产生焦虑样行为，并表明Calca +胃迷走神经传入纤维的激活可能是令小鼠感到厌恶；两瓶饮料偏好测试中，激活胃钙+迷走神经传入使小鼠避免了蔗糖溶液。这表明食欲抑制是通过改变口味偏好的负价机制发生的，即使在胃部没有扩张的情况下，也可能会产生饱腹感。

最后，这种基于无线光遗传学的微型设备，能够通过无线设备选择性激活胃体区域的Calca +迷走神经传入化学敏感末端来达到控制食欲的目的。

作者表示，未来的研究可能会利用这些启用的无线光光遗传学来进行确定肥胖小鼠中由胃迷走神经传入激活引起的食欲抑制是否可以逆转肥胖的实验。比较可以抑制或刺激食欲的内脏感觉途径的鉴定对于潜在开发治疗食欲障碍的新型治疗靶标具有直接的临床重要性。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20421-8