與光遺傳學(xué)使用光來(lái)控制動(dòng)物體內細胞活性的策略相仿，化學(xué)遺傳學(xué)的目標是通過(guò)特殊設計的化合物來(lái)精確控制動(dòng)物體內細胞的活性，而應用最廣的領(lǐng)域是控制大腦中神經(jīng)元的活性。
化學(xué)遺傳學(xué)（chemogenetics）是近20年來(lái)興起的一個(gè)新興科學(xué)研究領(lǐng)域。與光遺傳學(xué)（optogenetics）使用光來(lái)控制動(dòng)物體內細胞活性的策略相仿，化學(xué)遺傳學(xué)的目標是通過(guò)特殊設計的化合物來(lái)精確控制動(dòng)物體內細胞的活性，而應用最廣的領(lǐng)域是控制大腦中神經(jīng)元的活性。
然而，已有的化學(xué)遺傳學(xué)系統雖然在實(shí)驗室的研究中幫助科學(xué)家們產(chǎn)生了新的洞見(jiàn)，但是它們的效力和特異性都尚未達到在人體中使用的要求，讓這一技術(shù)仍然停留在科學(xué)實(shí)驗階段，還未能轉化進(jìn)入臨床開(kāi)發(fā)。而最近的一項研究有望打破這一局面，美國霍華德休斯醫學(xué)研究所（HHMI）Scott M. Sternson博士率領(lǐng)的研究團隊發(fā)現，使用輝瑞（Pfizer）公司已經(jīng)獲批的戒煙藥Chantix（varenicline），他們可以在小鼠和非人靈長(cháng)類(lèi)模型中成功控制神經(jīng)元的活性。這項研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
通?；瘜W(xué)遺傳學(xué)的靶點(diǎn)是G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs），然而，目前與GPCRs結合的小分子都因為不同的副作用不適合應用在臨床試驗中。為此，HHMI的研究人員采取了新的研究策略，他們設計了一個(gè)基于離子通道的技術(shù)平臺，篩選能夠與特定離子通道相結合的已經(jīng)獲得FDA批準的藥物。從44種獲批藥物中，他們發(fā)現varenicline具有的活性和選擇性。
Varenicline的特性讓它成為在中樞神經(jīng)系統（CNS）中發(fā)揮化學(xué)遺傳學(xué)功能的理想激動(dòng)劑，它已經(jīng)獲得FDA批準，在低劑量情況下具有良好的耐受性，可以很容易越過(guò)血腦屏障，并且不容易和血漿中的蛋白結合。研究人員進(jìn)一步改良了varenicline結構，并且修改了與varenicline結合的兩種離子通道的結構，讓其中一種離子通道在與varenicline結合時(shí)能夠刺激神經(jīng)元的活動(dòng)，而另一種離子通道與varenicline結合時(shí)能夠抑制神經(jīng)元的活性。
在小鼠和恒河猴模型中，研究人員成功地利用這一化學(xué)遺傳學(xué)系統調節大腦中GABA神經(jīng)元的活性，并且觀(guān)察到動(dòng)物的行為變化。GABA神經(jīng)元是科學(xué)家們正在探索的靶標，它們可能用于治療多種CNS疾病。
研究人員表示，這一發(fā)現可能帶來(lái)治療特定神經(jīng)疾病的精準療法。例如，有些癲癇患者需要接受手術(shù)來(lái)切除大腦中的病灶來(lái)防止癲癇的發(fā)作。使用化學(xué)遺傳學(xué)，醫生可以使用準確靶向這一區域神經(jīng)元的藥物來(lái)抑制神經(jīng)元的活性，從而以侵襲性更小的方法來(lái)治療這些癲癇患者。
一家名為Redpin Therapeutis的初創(chuàng )公司已經(jīng)獲得了這一技術(shù)的開(kāi)發(fā)授權，將開(kāi)始進(jìn)行臨床前研究。我們期待這一技術(shù)未來(lái)能夠進(jìn)入臨床試驗，幫助患者解除他們的病痛。
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