期刊精要 | 糖尿病的光遗传学治疗策略

◆ 光遗传学是治疗糖尿病（DM）的一种新型疗法，其在糖尿病治疗中的应用包括合成胰岛素/胰高血糖素样肽-1（GLP-1）、改善胰岛素抵抗和胰岛素分泌的神经调节

◆ 光遗传学技术不仅用于血糖控制，还可能对糖尿病并发症（如糖尿病视网膜病变和肾病）有潜在治疗作用

◆ 本文讨论了细胞封装技术以及智能设备在光遗传学治疗中的应用，这些技术有助于保护移植细胞、减少免疫排斥，并实现血糖水平的个性化和远程控制；本文还探讨了光遗传学细胞治疗在临床转化研究中面临的挑战

◆ 糖尿病是一种全球性的常见慢性疾病，其特征是由于胰岛素分泌障碍或胰岛素敏感性和功能降低而导致血糖水平异常升高；因此，补充胰岛素和GLP-1或改善胰岛素抵抗是治疗糖尿病的两大主要策略

◆ 光遗传学结合光学和遗传学方法，使用基因编码的光敏蛋白精确控制细胞功能，被视为糖尿病治疗的新策略（图1）

◆ 本文综述了基于光遗传学的合成生物学技术在糖尿病及其相关并发症治疗中的最新进展，包括改造β或非β细胞以合成胰岛素或GLP-1、增强胰岛素对葡萄糖的敏感性，以及工程细胞治疗的递送策略、智能生物电子设备的开发，并讨论了基于光遗传学技术的糖尿病治疗面临的挑战

◆ 基于光遗传学技术，研究者设计和开发了工程化细胞用于胰岛素和GLP-1的合成：研究发现，通过基因改造，可以使β细胞表达光敏蛋白，如紫红质通道蛋白2（ChR2）和来源于贝氏硫菌属（Beggiatoa）的光激活腺苷酸环化酶（bPAC）这些蛋白能够在光刺激下促进胰岛素的释放；通过使用光敏感的G蛋白偶联受体（如黑视蛋白）和光遗传学工具控制基因表达，在非β细胞中实现了胰岛素或GLP-1的光控合成，这些细胞能够响应蓝光或红光的照射，激活特定的信号通路，从而提高胰岛素或GLP-1的表达

◆ 光遗传学技术在改善胰岛素抵抗和神经调节胰岛素分泌方面具有潜力：研究发现，通过光遗传学调控，可以精确影响PI3K/Akt信号通路，增强胰岛素敏感性，对抗胰岛素抵抗；通过刺激特定神经细胞，如光刺激交感神经细胞可激活棕色脂肪组织细胞，从而增加能量消耗和葡萄糖利用，改善代谢健康；在神经调节方面，光遗传学激活下丘脑的葡萄糖感应神经元，影响胰岛素分泌和血糖控制

◆ 光遗传学技术在治疗糖尿病视网膜病变方面展现出潜力：研究发现，通过蓝光激活表达ChR2的胆碱能细胞，增加了视网膜毛细血管血流，为缓解早期糖尿病视网膜病变提供了新的治疗方向；光遗传学基础的细胞治疗还有助于改善糖尿病患者的肾功能，包括降低血清肌酐和血尿素氮水平，减少尿蛋白的排泄，并减轻肾脏病理损伤

◆ 研究发现，通过使用生物材料进行微封装，可以有效保护移植细胞，减少免疫排斥反应，并促进细胞在体内的长期存活；此外，材料科学和纳米技术的进步为细胞封装提供了新的解决方案，包括开发新型的封装材料和系统，以实现更好的免疫隔离和细胞功能维持

◆ 智能设备在基于光遗传学基础的细胞治疗和血糖控制中进行了一系列的应用研究：该智能设备由三个关键部分组成，包括血糖监测器、中央控制器和植入式无线供电发光二极管（LED）光源；中央控制器从监测器接收血糖数据，然后发送适当的参数，如光强度和照明频率到LED光源，最终形成闭环调节机制；中央控制器作为一个中央处理器，通过基于以往调节数据重复的机器学习算法进行训练，能够根据当前的血糖水平和身体状况自动做出决策；中央控制器可以作为一个由大脑控制的医疗设备，读取来自移动终端（例如智能手机）的指令，然后根据糖尿病患者的脑电图（EEG）向刺激器发送正确的参数（图2）

◆ 光遗传学技术为糖尿病治疗提供了一种创新方法，通过光敏细胞来调节胰岛素分泌，实现更精确的血糖管理

◆ 结合智能设备，光遗传学治疗可根据患者的具体状况调整光照参数，以个性化和远程控制治疗方案，实现精准医疗

◆ 研究强调了细胞封装技术在保护移植细胞、减少免疫排斥反应方面的重要性，这对于提高细胞治疗的安全性和有效性具有重要意义

◆ 光遗传学为糖尿病治疗提供新的策略，然而在临床应用中仍面临一些挑战，如光线的穿透深度、基因传递的安全性和有效性、以及胰岛素释放的剂量控制等；未来的研究需要进一步优化光遗传学工具，发展安全的基因传递技术，并探索更有效的糖尿病治疗策略

供稿：Jaya

校对：Jeanne/Joanne

排版：Joanne

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