深圳子科生物報(bào)道：利用磁場(chǎng)控制細(xì)胞或生物體具有巨大的研究和醫(yī)療潛力，因?yàn)檫@是一種比光遺傳學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)侵入性更小、更快速的方法。2016年發(fā)表在《自然》的研究表明，通過基因工程在神經(jīng)元中特異表達(dá)鐵蛋白（Ferritin）與Trpv1通道（溫度敏感蛋白）的復(fù)合蛋白，可以刺激下丘腦葡萄糖敏感神經(jīng)元的活動(dòng)，動(dòng)物暴露在磁場(chǎng)時(shí)血糖濃度升高，胰島素水平下降。2016年《自然·神經(jīng)科學(xué)》的一項(xiàng)研究表明，鐵蛋白與TRPV4通道的偶聯(lián)蛋白對(duì)機(jī)械力和溫度變化都敏感，在紋狀體多巴胺能神經(jīng)元中表達(dá)這種蛋白導(dǎo)致動(dòng)物傾向于停留在磁化區(qū)中。北京大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，在線蟲的特定感覺神經(jīng)元中表達(dá)MagR（另一種磁感應(yīng)蛋白）后，施加磁場(chǎng)導(dǎo)致蠕蟲運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化。

浙江大學(xué)神經(jīng)科學(xué)中心沈穎教授課題組題為“Magneto is ineffective in controlling electrical properties of cerebellar Purkinje cells”的論文。近期發(fā)表在知名期刊的幾項(xiàng)研究表明，可以通過基因工程使神經(jīng)元對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)一步遠(yuǎn)程控制大腦神經(jīng)元的活動(dòng)，醫(yī)學(xué)上也有應(yīng)用前景。一份研究報(bào)告寫道：“預(yù)計(jì)磁遺傳學(xué)的新時(shí)代即將到來?！钡牵ㄉ蚍f研究組在內(nèi)的三個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)這些結(jié)果提出了質(zhì)疑。國際知名學(xué)術(shù)網(wǎng)站bioRxiv評(píng)價(jià)：“從生物學(xué)的角度看，這些研究非常細(xì)致地執(zhí)行了多項(xiàng)測(cè)試，這些測(cè)試是在多個(gè)生物測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行的?！?/p>

這一研究成果公布在Nature Neuroscience雜志上。

浙江大學(xué)沈穎、美國弗吉尼亞大學(xué)Julius Zhu和荷蘭Radboud大學(xué)Tansu Celikel三個(gè)團(tuán)隊(duì)獨(dú)立使用了系列方法研究磁感應(yīng)蛋白（Magneto，鐵蛋白/TRPV4復(fù)合體）是否影響神經(jīng)元功能，他們的研究背靠背地發(fā)表在同期的《自然·神經(jīng)科學(xué)》。

沈穎研究小組利用一種病毒將Magneto蛋白表達(dá)在小腦浦肯野細(xì)胞中，等待兩周然后記錄暴露在磁場(chǎng)中的浦肯野細(xì)胞神經(jīng)活動(dòng)，全面且仔細(xì)的功能研究和計(jì)算表明磁刺激沒有改變浦肯野細(xì)胞的任何電生理特性。這與Tansu Celikel研究組的結(jié)果相同：后者將Magneto表達(dá)在小鼠大腦皮層神經(jīng)元中，使用植入微電極記錄動(dòng)物暴露在磁場(chǎng)中時(shí)的皮層神經(jīng)元活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)磁刺激沒有改變神經(jīng)元的動(dòng)作電位。

Julius Zhu團(tuán)隊(duì)則研究了三種磁感應(yīng)蛋白，與其他兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的結(jié)果相同，他們觀察到在表達(dá)磁感應(yīng)蛋白的海馬細(xì)胞中磁場(chǎng)刺激不會(huì)誘導(dǎo)電流，雖然神經(jīng)元有時(shí)出現(xiàn)電流的自發(fā)變化，但這些變化與磁刺激不匹配。因此，三個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果一致表明Magneto不會(huì)形成一個(gè)功能性離子通道。在論文中，三個(gè)團(tuán)隊(duì)總結(jié)到：“這些結(jié)果共同支持一個(gè)結(jié)論，即Magneto、MagR和鐵蛋白Trpv1復(fù)合體不能通過磁誘發(fā)動(dòng)作電位控制神經(jīng)元活動(dòng)?！?/p>

三個(gè)團(tuán)隊(duì)在2019年珍妮亞科學(xué)會(huì)議（Janelia Conference）和科學(xué)評(píng)價(jià)網(wǎng)站bioRxiv的報(bào)告引起了許多科學(xué)家的注意。加州理工的Meister教授說“這些報(bào)告給我留下了最深刻的印象…研究已經(jīng)深入到這個(gè)程度”。但是，對(duì)于不同結(jié)果還沒有好的解釋。Meister教授認(rèn)為可能由于人為失誤，也有人推測(cè)一些實(shí)驗(yàn)差異導(dǎo)致矛盾的結(jié)果，比如病毒表達(dá)時(shí)間不同抑或神經(jīng)元選擇性不同，但根據(jù)已有結(jié)果，這些推論并不能成立。

分析磁感應(yīng)蛋白的工作原理也許能有啟發(fā)。比如，磁場(chǎng)可能導(dǎo)致鐵蛋白的鐵原子周期性翻轉(zhuǎn)而產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度敏感的TRPV1通道打開；或者鐵蛋白通過機(jī)械力拉開膜通道的中心孔。Meister教授認(rèn)為這些機(jī)制“與物理學(xué)的基本定律沖突”，因?yàn)殍F蛋白不具備在磁場(chǎng)下激發(fā)機(jī)械刺激所必需的特性，鐵蛋白與磁場(chǎng)之間的磁性相互作用“在5到10個(gè)數(shù)量級(jí)之間”，太弱因而無法產(chǎn)生足夠的能量或機(jī)械力。

需要一個(gè)特別大的磁場(chǎng)使得磁感應(yīng)蛋白產(chǎn)生作用？這是包括沈穎研究組在內(nèi)的三個(gè)團(tuán)隊(duì)的猜想。鐵蛋白的核心是鐵氫化物，室溫下只有弱順磁性，這意味著需要一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)磁矩，使得所有鐵原子與磁場(chǎng)對(duì)齊。但這將比目前所用的磁場(chǎng)要大的多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出臨床使用的極限，結(jié)果是磁遺傳學(xué)無法應(yīng)用于臨床。

那么磁遺傳學(xué)的研究前途呢？包括鳥類的許多動(dòng)物已經(jīng)感受到了地球磁場(chǎng)，臨床上經(jīng)顱磁刺激技術(shù)（Transcranial Magnetic Stimulation，TMS）也有成功的例子。我們的困惑是還沒有對(duì)這些現(xiàn)象的答案，所以不能急于結(jié)論，也許可以換一個(gè)角度思考這個(gè)問題。比如，珍妮亞研究院（Janelia Research Campus）的Mladen Barbic提出，基于愛因斯坦-德哈斯效應(yīng)，氧化鐵粒子在磁場(chǎng)下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量可能打開離子通道，釋放游離鐵而實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)。也可以不依賴鐵蛋白，如Anikeeva團(tuán)隊(duì)證明氧化鐵磁鐵礦合成的納米顆粒能散熱，從而打開TRPV1通道，但必須將納米顆粒打入大腦。最后，我們還應(yīng)該仔細(xì)觀察自然界中對(duì)磁場(chǎng)有反應(yīng)的系統(tǒng)的有機(jī)體。這些方法也許可以打開新思路。

 沈穎課題組博士生許方瀟和博士后周琳為該論文共同第一作者，中科院數(shù)學(xué)物理所徐富強(qiáng)課題組參與完成，得到了杰出青年科學(xué)基金等國家自然科學(xué)基金的資助。本文根據(jù)發(fā)表論文、bioRxiv網(wǎng)站和第三方評(píng)價(jià)形成。

原文標(biāo)題：

Magneto is ineffective in controlling electrical properties of cerebellar Purkinje cells