摘要：2026年诺贝尔生理学或医学奖授予光遗传学的奠基者，让“用一束光精准操控神经”从想象走入现实。本文追溯这束光的旅程：从池塘里会“看”光的衣藻，到黑格曼与内格尔发现的通道视紫红质，再到戴瑟罗思等人开创的光遗传学，并延伸到口腔科已成熟的激光应用与前沿前景。文章以通俗笔法，串起基础研究、诺贝尔奖与临床诊室之间的奇妙呼应。
关键词：光遗传学；通道视紫红质；衣藻；趋光性；激光；口腔医学
2026 年 10 月 5 日，瑞典卡罗琳医学院宣布，将诺贝尔生理学或医学奖授予卡尔·戴瑟罗思、彼得·黑格曼和格奥尔格·内格尔三位科学家，以表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的发现。一时间，“光遗传学”这个略显陌生的词汇涌入公众视野：原来，科学家可以用一束光去精准操控活体动物的神经活动。很多人并不知道，这束改写神经科学的光，最初竟来自水塘里一种会游泳的单细胞绿藻;而它的故事，还与诊室里的激光有着奇妙的呼应。
一、会“看”光的单细胞藻类
衣藻(Chlamydomonas)是生活在淡水中的单细胞绿藻，个头只有几十微米，却长着两根灵活的鞭毛，能在水中自由游动。它没有眼睛，细胞一侧却生有一个被称为“眼点”(eyespot)的结构，里面排列着视紫红质类感光蛋白——与我们视网膜中的感光物质同源。当光线照到眼点，感光蛋白产生微弱电信号，指挥鞭毛调整摆动，让衣藻朝光照适宜的方向游去。这种本领叫趋光性，对衣藻至关重要：光是光合作用的能量来源，找准了光，就等于找对了“饭桌”。
科学家很早就好奇：衣藻如何把“看见光”变成“游向光”?20 世纪 90 年代初，德国科学家黑格曼等人在衣藻细胞膜上记录到一种奇特现象——光照瞬间，膜上出现由离子流动产生的电流。这意味着，衣藻的感光蛋白不仅能“看”，还直接承担着离子通道的职能：光一照，通道打开，离子涌入。由此产生一个大胆猜想：会不会存在一种能被光直接打开的离子通道?在当时，人们已知的离子通道开关方式只有化学分子、电压变化、机械力等寥寥几种，“靠光”开关闻所未闻。
图1 单细胞绿藻衣藻的显微形态，两根鞭毛清晰可见;衣藻正是依靠眼点感知光线并游向光源(本文插图)
二、藏在藻类里的“光控蛋白”
猜想变成证据，靠的是实验。黑格曼团队在衣藻基因组中锁定两个候选基因，找到擅长膜蛋白研究的同事内格尔合作。内格尔的办法很直接：把两个基因分别送入蛙的卵母细胞，让细胞大量合成相应蛋白质，再观察它们遇光后的反应。结果令人振奋——两种蛋白质都“遇光即开”：蓝光照上，通道打开，阳离子顺着浓度差涌入细胞，产生可测的电流。2002 年和 2003 年，两项成果先后发表，一类全新的感光蛋白就此确认，被命名为通道视紫红质(channelrhodopsin)，简称 ChR1 和 ChR2。
通道视紫红质的工作方式相当精巧。它的分子中带着一个视黄醛发色团，蓝光击中后，发色团发生异构化，带动蛋白整体改变构象，把一条离子通道“拧开”。以 ChR2 为例，蓝光照射后约 0.2 毫秒，通道即完成开放，钠、钾等阳离子鱼贯而入。对细胞来说，这意味着光可以直接、快速、可逆地改变膜电位——相当于给细胞装了一个可用光拨动的“电开关”。此前的视紫红质蛋白(如视网膜里的)也能感光，但只能把光信号转交给下游分子，自身并不搬运离子;通道视紫红质则一步到位，把“光子”直接换算成“电流”。
三、给神经元装上“光控开关”：光遗传学的诞生
通道视紫红质再特别，起初也只是藻类的“私事”。真正让它“出圈”的，是神经科学家的一场跨界移植。2005 年，博伊登、张锋、戴瑟罗思等人将编码 ChR2 的基因送入培养的神经元，再用蓝光照射，神经元竟随着光照节奏发放起动作电位——毫秒级、可重复、可随时开停。这篇发表于《自然·神经科学》的论文，宣告了光遗传学(optogenetics，也译光学遗传学)的诞生。
光遗传学的操作可以概括为三步：一是“装开关”，把光敏蛋白基因导入目标组织;二是“认准门牌”，通过特定的启动子或递送方式，让光敏蛋白只在计划控制的细胞类型中表达;三是“按开关”，用特定波长的光照射，以毫秒级精度激活或抑制目标细胞。相比电极刺激等传统手段，它的优势在于精准与干净：能瞄准某一类细胞而不误伤邻居，能实时开停、反复读写神经活动，整个过程不切割、不破坏组织。
二十年间，光遗传学已成为神经科学的“标配工具”。研究者用它追踪记忆如何在神经元网络中形成，观察情绪与行为的神经基础，也在帕金森病、抑郁症等疾病的模型中寻找可干预的异常环路。它甚至开始走出实验室：2021 年，一项发表于《自然·医学》的临床试验报告，一名失明患者在经过光遗传治疗后部分恢复了视觉感知。光，第一次被用来“读懂”并“调控”生命本身。
四、从水塘到牙椅：光与口腔医学
如果说光遗传学展现了光的“智能”，那么口腔科里的激光则体现了光的“实用”。激光在口腔医学中的应用已相当成熟：针对软组织，可用于处理牙龈炎症、切除微小软组织增生和口腔小肿物，切口出血少、术后肿胀轻;针对硬组织，可用于牙齿脱敏、辅助去腐，让不少患者避开钻头带来的震动与酸痛;在牙周治疗中，激光还能抑菌、促进愈合。由于创伤小、恢复快，激光常被列为“微创首选”，尤其适合儿童和惧怕牙钻的患者。这里的激光主要靠热效应——以光的热量切割、消融病变组织，属于直接作用于人体的物理治疗。
图2 口腔激光治疗场景：激光手柄精准作用于口腔病变区域，创伤小、出血少、恢复快(本文插图)
光遗传学与口腔医学的距离有多远?目前它更多还是一幅“远景图”。但从理念上看，两者共享同一种逻辑：光是一种精准、可控的外部信号。沿着这一思路，研究者已在探索用光敏蛋白调控神经信号——若未来能像光遗传学那样精准“拨动”特定神经，口腔颌面区域的慢性疼痛管理、神经损伤后的功能重建或许会迎来新工具;低能量激光促进组织修复的光生物调节思路，也在口腔黏膜愈合、牙髓组织再生等方向持续积累证据。当然，这些大多是尚在探索的前沿方向，距离牙椅旁的日常应用还有相当距离。
回看这束光的旅程：它先让水塘里的藻类找到“饭桌”，又让科学家握住了操控神经的钥匙，如今正一步步走近诊室与牙椅。光既能帮助修复身体，也能帮助我们理解生命如何运作——而连接这两个世界的起点，不过是一株会“看”光的藻类。
参考文献
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[6] Convissar R A (ed.). Principles and Practice of Laser Dentistry, 2nd ed. St. Louis: Elsevier/Mosby, 2016.
本文作者：顾梓杉，台州学院医学院口腔医学专业在读本科生。
通讯作者：贺连平，台州学院医学院讲师。
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