现实版 “假如给我三天光明”！失明40年盲人恢复部分视力，光遗传学疗法功不可没

撰文：吴婷婷 排版：王落尘

编审：寇建超

2019 年，世界卫生组织（WHO）发布了第一份《世界视力报告》（World report on vision）。报告显示，全球至少有 22 亿人视力受损或失明，有 10 亿多人因无法得到必要的医疗或护理服务来解决近视、远视、青光眼和白内障等问题而视力受损。其中，人口老龄化、生活方式改变和获得眼科护理机会有限是视力障碍人数不断增加的主要因素，在低收入和中等收入国家尤其如此。

2017 年，刊载在英国《柳叶刀・全球卫生》（The Lancet Global Health）的一篇研究报告则预计，如果不加强对眼疾的治疗，预计到 2050 年全球盲人数量将增至 1.15 亿。仅在中国，2018 年中国视力残疾患者人数就达到了 1700 多万，相当于每 80 人中就有一个 “黑暗中的行者”。

好消息是，在这些视力障碍患者中，有 80% 都是可以通过医学手段治好的。而在剩下的 20% 患者中，有一部分人是因一种被称为色素性视网膜炎（retinitis pigmentosa，RP）的疾病而失明的。RP 是一种神经退行性、遗传性、单基因的罕见致盲疾病，由超过 71 个不同的基因突变引起，全球已有超过 200 万 RP 患者。坏消息是：除了只对发病早期有效的基因替代疗法外，目前还没有任何有效正规的 RP 治疗方法。

令人欣喜的是，科学家近日在这一领域取得了重要突破。他们发明了一种光遗传学疗法，并配套制作了一副特殊的光刺激护目镜，而后在一名 40 年前就确诊 RP 的视力障碍患者身上进行了近两年的试验。结果发现：使用该疗法并佩戴光刺激护目镜后，不仅能够识别出物体及其数量，还能准确地指出物体的位置并触摸它们，说明其部分视力成功恢复。

（来源：Nature Medicine）

相关研究论文以 “Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy” 为题，已发表在《自然 - 医学》（Nature Medicine）上。

光遗传学新疗法+光刺激护目镜

当人们看东西时，物体的影像经过瞳孔和晶状体，落在视网膜上，视网膜上的视神经细胞在受到光刺激后，会将光信号转变成生物电信号，通过神经系统传至大脑，再根据人的经验、记忆、分析、判断、识别等极为复杂的过程而构成视觉，在大脑中形成物体的形状、颜色等概念。

而 RP 致使失明的根本原因在于，它会破坏视网膜的感光细胞，导致患者失去光感受器（photoreceptor，一种对光敏感的结构），因此无法对光刺激产生反应并可能导致完全失明。如果想要 “重获光明”，就需要重新让视觉细胞对光刺激产生反应，这就需要用到光遗传学技术 —— 通过光学和遗传学技术在活体动物脑内精准控制细胞行为。

在此次的新疗法中，科学家利用一种通道视紫红质（ChrimsonR）的光遗传学技术（当暴露于光线下时，这些蛋白质会在细胞膜上打开一个孔，离子可以通过该孔流入，从而将光信号转变为生物电信号，重新激活视觉神经细胞），将 ChrimsonR 与红色荧光蛋白 tdTomato（以对其着色方便后续观察）融合，注射进受试者一只眼睛的视网膜中心凹神经节细胞中。

此外，他们还制作了一副经工程改造的护目镜来进行光刺激，护目镜自带一个专用的神经形态摄像头，可以拍摄视觉世界的图像，并将这些图像转换成光脉冲。这些光脉冲再被实时投射到视网膜上，从而在视觉任务中激活经过改造的细胞。

最终效果如何？

为了测试这种疗法是否有用，科学家们对 58 岁的男性受试者（他 40 年前被诊断为 RP）进行了长达 84 周、多达 15 次的随访。

研究人员首先测试了受试者是否能够感知、定位并触摸到放置在面前桌子上的物体。结果发现，当患者在裸眼条件下时，仅能感知到光明 / 黑暗，并不能辨别任何东西。当患者戴上眼镜，接受单眼刺激时，其成功感知物体并定位、触摸到物体的成功率高达 92%。这说明，通过治疗，患者的视力不仅有大幅恢复，还能够协调运动系统来与物体互动。

视频｜感知、定位和触摸单一物体（来源：Nature Medicine）

而后，研究人员在桌子上放置一些杯子，并要求患者数出杯子的数量，并在不触碰到物体的前提下指出杯子所处的位置。结果，他在大多数试验中正确地数出物体数量并指出它们的位置，准确率达到 63%。

图 | 患者被要求判断白色桌子上是否有杯子，杯子放置在距患者眼睛 80 厘米处。（来源：该论文）

视频｜感知、定位和触摸多个物体（来源：Nature Medicine）

最后，研究人员还进行了第三项测试：使用非侵入性大脑记录技术和颅外多通道脑电图（EGG）来研究部分视力恢复和神经元活动之间的联系。他们使用频谱分析，分别对比了三种情况下 (裸眼双眼、裸眼单眼和经治疗单眼)，患者辨别物体的脑电图轨迹。

结果发现：对经治疗的单眼刺激而言，对有物体 / 无物体试验的最高鉴别能力位于对侧枕叶皮层（the occipital cortex contralateral）。这说明，枕叶皮层信号的脑电图记录会受到物体存在或不存在的影响，这很可能对进一步恢复患者视力具有启发意义。

图 | 在视觉测试中同时记录行为反应和大脑活动，脑电图数据分析主要集中于枕部通道 O1、Oz 和 O2 记录的活动中 （来源：该论文）

不止理论可行，对现实生活也大有裨益

当然，“重见光明” 也需要一定的适应时间。在整个研究过程中，患者是在视觉训练开始 7 个月之后，才开始出现使用护目镜时有视觉改善的迹象。但值得庆祝的是，在整个试验周期中，受试者的视网膜结构无病变或感染，也未出现任何其他不适症状。

此外，研究人员还检查了接受治疗后的患者，当在街道上运动时是否仍能完成物体识别任务。结果令人欣喜：在受刺激的单眼条件下，患者成功识别了人行横道，甚至能数出白色条纹的数量。随后还证实，患者在戴着护目镜的前提下，在日常视觉活动方面有了重大的改善，比如能够辨认出家具、电话等。

因此，通过结合光遗传载体和光刺激护目镜的治疗，患者的视力恢复水平，应该足够在日常生活中为视力障碍患者解决许多不便之处。或许这一次，盲人群体能享受到的不仅仅是 “三天” 光明，更是回归正常生活的希望。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41591-021-01351-4

https://www.who.int/publications/i/item/9789241516570