研究背景与科学问题 - 线粒体质子动力势是真核细胞能量产生和细胞存活调控的核心枢纽，其失调与神经退行性疾病、代谢紊乱、癌症及衰老等多种病理状况有关，但恢复其平衡的治疗策略有限[2] 技术突破与创新 - 研究团队开发了一种工程化改造的光遗传学、线粒体靶向质子泵视紫红质（PPR）——mt-EcGAPR，其可通过环境光为线粒体供能[3] - 光驱动质子泵视紫红质（PPR）能利用光能产生质子动力势，但将其高效递送至哺乳动物线粒体内膜且不损害功能是一项重大挑战[6][7] - 该研究设计的mt-EcGAPR能高效产生用于ATP合成的质子梯度，同时在应激期间减少活性氧（ROS）生成并降低DNA双链断裂（DSB）的发生[7] 临床前研究结果 - 在高眼压性青光眼小鼠模型中，环境光激活mt-EcGAPR显著增加了ATP生成，抑制了活性氧积累，并保护视网膜神经节细胞（RGC）免受退化[8] - 从机制上，mt-EcGAPR通过抑制内质网（ER）应激-ATF6-GSDMD介导的细胞焦亡来保护视网膜结构和功能，最终改善了青光眼小鼠的视力[8] 应用前景与意义 - 该研究确立了mt-EcGAPR作为治疗青光眼以及其他线粒体功能障碍和生物能量代谢受损相关神经退行性疾病的有前景的治疗策略[10]

行业概述 - 光遗传学是一种结合光学与遗传学手段的生物技术，通过在靶细胞中特异性表达光敏离子通道、泵或酶，利用光来控制细胞的活动 [2] - 基本原理是将光敏蛋白基因插入目标神经元，使这些神经元对光产生反应，通过特定波长的光照射调节细胞膜上带电离子的流动，从而实现对神经元活动的精确操控 [2] 行业发展历程 - 中国光遗传学行业历经2004-2010年早期探索与技术奠基、2011-2020年技术突破与临床应用探索、2021年至今临床转化与产业化加速三大阶段 [4] - 逐步形成从基础工具开发到临床应用的全链条创新体系，例如2016年全球首例视网膜治疗成功，2023年REDMAP红光/远红光调控系统及CRISPR-光遗传融合技术取得突破 [4] 行业产业链 - 产业链上游主要包括光敏蛋白、基因递送系统、原材料、硬件系统及辅助技术等 [7] - 产业链中游为光遗传学技术服务、产品研发与制造环节 [7] - 产业链下游主要应用于神经科学、交叉学科、眼科疾病、神经内科、心脏疾病、代谢疾病及肿瘤光控免疫疗法等领域 [7] 市场规模 - 2024年中国光遗传学行业市场规模约为52.76亿元，同比增长9.10% [1][11] - 国内科研团队在光敏蛋白开发、基因递送系统研究及光学设备创新等方面不断取得突破，为市场扩展奠定基础 [1][11] 技术进步与突破 - 华东师范大学叶海峰团队研发的REDMAP光开关通过红光/远红光调控细胞活动，实现无延时响应，为应用提供更高效精准的工具 [1][14] - 2025年中国研究团队在《Biomaterials》上发表研究，首次将上转换光遗传学应用于帕金森病治疗，利用上转换纳米颗粒将近红外光转化为蓝光，显著改善小鼠运动功能 [9] 临床应用与疾病治疗 - 光遗传学技术为解析帕金森病复杂的神经环路机制提供了时空分辨率达毫秒级的独特工具，揭示了基底节环路失衡是运动症状的核心机制 [9] - 在眼科疾病治疗方面，苏州星明优健生物技术有限公司的光遗传学疗法管线UGX06在临床研究中显示出积极效果，其核心管线UGX202采用自研AAV载体搭载宽光谱高敏感光敏蛋白，重建视网膜退行性疾病患者的视觉通路 [13] 主要企业动态 - 苏州星明优健生物技术有限公司聚焦眼科创新性基因疗法，2025年与英国AviadoBio达成4.13亿美元海外授权协议，推动“通用型”基因疗法全球转化 [13] - 苏州格罗贝尔生物科技有限公司专注光遗传学系统设备研发，提供光源、光纤组件及多通道电生理记录系统，通光效率≥80%，并推动设备国产化替代 [14] 行业发展趋势 - 创新技术突破驱动临床转化加速，AI与纳米材料融合成为新趋势，AI辅助设计高特异性光敏蛋白，纳米材料提升光穿透效率，结合CRISPR/Cas9实现光控基因编辑 [14] - 光遗传学正突破神经科学边界，向肿瘤治疗、代谢疾病、心理健康等领域延伸，例如光控CAR-T细胞通过局部光照激活已进入Ⅰ期临床试验 [17] - 国家政策与资本强力支撑行业，2024年创新药审评审批时限缩短至6个月，医保目录纳入周期压缩至1年以内，私募股权投资推动企业产能扩张 [16]

文章核心观点 - 文章预测了2025年诺贝尔生理学或医学奖的五大热门候选领域及可能的获奖者，主要依据是各领域研究成果的重要性和已获得的“诺奖风向标”奖项的认可 [3] GLP-1的发现以及相关药物开发 - GLP-1类药物以司美格鲁肽为代表，能安全控制糖尿病和减肥，并降低心血管疾病风险、治疗睡眠呼吸暂停等多种疾病 [4] - GLP-1药物的开发历程跨越40多年，涉及学术界和制药行业数百名研究人员 [4] - 关键研究人员包括Joel Habener、Jens Juul Holst、Svetlana Mojsov、Dan Drucker，以及诺和诺德的Lotte Bjerre Knudsen [4] - 2024年拉斯克奖授予了Joel Habener、Lotte Bjerre Knudsen和Svetlana Mojsov，以表彰他们发现和开发GLP-1药物，彻底改变了肥胖治疗 [5] - Joel Habener和Svetlana Mojsov发现了GLP-1激素的生理活性形式GLP-1(7-37)，Lotte Bjerre Knudsen将其转化为利拉鲁肽、司美格鲁肽等减肥药物 [7] - 全球有超过10亿肥胖症患者，基于GLP-1的药物开启了体重管理新时代 [9] CAR-T细胞治疗 - CAR-T细胞疗法是利用经过CAR改造的T细胞来治疗癌症的活细胞疗法，通过基因工程改造T细胞以识别和摧毁癌细胞 [11] - 自2017年以来，美国FDA已批准7款CAR-T细胞疗法上市，用于治疗血液系统癌症，近年来还被证明能有效治疗自身免疫病 [11] - 关键研究人员包括Carl June、Michel Sadelain和Steven Rosenberg [12] - 2023年引文桂冠奖授予上述三人，表彰其突破性研究推动了CAR-T疗法在癌症治疗中的应用 [12] - 2024年科学突破奖授予Carl June和Michel Sadelain，表彰他们开发了CAR-T细胞免疫疗法 [12] cGAS-STING通路 - 华人科学家陈志坚是诺贝尔奖热门人选，已先后获得科学突破奖、拉斯克奖、霍维茨奖、引文桂冠奖等多项大奖 [15] - 陈志坚因发现DNA感知酶cGAS，阐明DNA如何触发免疫和自身免疫反应而获得2019年科学突破奖 [16] - 2023年，陈志坚与Glen Barber共同获得霍维茨奖，表彰他们发现了cGAS-STING通路 [17] - 2024年，陈志坚获得拉斯克奖，表彰他发现cGAS酶，解开DNA刺激免疫和炎症反应的谜团 [18] - 2025年，陈志坚与Andrea Ablasser、Glen Barber共同获得引文桂冠奖，表彰他们阐明cGAS-STING通路这一固有免疫的基本机制 [19] - 若该领域获奖，获奖者很可能从陈志坚、Andrea Ablasser、Glen Barber三人中产生 [20] 光遗传学 - Karl Deisseroth在2005年将技术命名为光遗传学，该技术能以毫秒级时间分辨率控制神经元活动，为神经科学研究提供了普适性工具 [22] - Karl Deisseroth是光遗传学发展中最重要的人物，已获得科学突破奖、拉斯克奖、霍维茨奖、引文桂冠奖等几乎所有科学大奖 [22] - 不同科学大奖的获奖者组合不同，例如拉斯克奖授予Karl Deisseroth、Peter Hegemann和Dieter Oesterhelt，霍维茨奖授予Karl Deisseroth、Peter Hegemann和Gero Miesenböck [23] - Dieter Oesterhelt发现古菌蛋白，Peter Hegemann发现相关通道蛋白，Karl Deisseroth利用这些蛋白创造了光触发系统 [26] - Gero Miesenböck是光遗传学先驱，首位通过基因改造神经细胞并用光控制其电活动，确立了光遗传学控制原理 [28] - 考虑到诺贝尔奖至多授予3人，获奖者很可能是Karl Deisseroth、Peter Hegemann和Gero Miesenböck [29] 相分离 - 相分离是指生物大分子在细胞内自发形成无膜细胞器或生物分子凝聚物的过程，与多种疾病相关 [30] - 该领域近年获得多个科学大奖，但不同奖项获奖者不一致，例如2025年拉斯克奖授予Dirk Görlich和Steven L McKnight，2023年科学突破奖授予Anthony Hyman和Clifford Brangwynne，2025年引文桂冠奖授予Clifford Brangwynne、Anthony Hyman和Michael Rosen [30] - 各奖项或从蛋白质低复杂度结构域的角度，或从发现相分离在细胞中作用的角度授予 [32] - 如果诺贝尔奖授予该领域，可能会综合蛋白质低复杂度结构域和相分离在细胞中作用这两个角度 [32]

神经调控技术背景与现有挑战 - 人体神经系统依赖数十亿神经元协作，离子通道介导的离子跨膜运输对神经功能至关重要，其异常可导致瘫痪、癫痫和先天性痛觉缺失等疾病 [2] - 当前临床治疗主要通过刺激生物离子通道进行，但小分子药物缺乏亚型特异性且代谢迅速，侵入性物理神经调节方法存在感染风险，非侵入性方法则缺乏通道级定位 [2] - 光遗传学技术虽能实现通道特异性调控，但其临床应用受限于基因毒性和可见光组织穿透力不足的安全风险 [2] 可逆光热门控DNA纳米通道（NC-JNP）的技术突破 - 研究团队开发了一种非遗传性神经调控策略，通过结合热响应型DNA纳米通道与金-四氧化三铁Janus纳米颗粒，形成可逆、光热门控的DNA纳米通道（NC-JNP） [3][5] - 该NC-JNP系统实现了98.4%的细胞膜插入效率，并通过DNA纳米通道的可逆构象变化调控神经元功能 [5] - 在808 nm波长近红外激光照射下，纳米通道可实现离子传输的循环门控，能在数秒内增强背根神经节神经元的兴奋性 [5][6] NC-JNP的应用潜力与治疗效果 - 该策略通过1分钟激光照射成功恢复了NaV1.7基因敲除小鼠的痛觉感知，展示了其治疗潜力 [5][6] - 该技术为体内神经调控提供了通用性解决方案，有望用于治疗神经疾病（如瘫痪、癫痫）以及神经肌肉疾病（如重症肌无力、肌强直）等离子运输障碍相关疾病 [3][8]

研究背景与意义 - 整合应激反应（ISR）是真核细胞维持内环境稳定的关键机制，调节ISR对病毒感染、癌症和神经退行性疾病具有治疗潜力，但缺乏无毒副作用的调节化合物[2] - 光遗传学技术被应用于药物发现，开发出选择性调节ISR的化合物筛选平台，这些化合物展现出广谱抗病毒活性[4] 研究团队与平台 - 研究由Broad研究所James Collins团队与Integrated Biosciences公司联合完成，Felix Wong博士为核心成员，其曾利用AI发现新型抗生素并创立抗衰老公司[6] - 开发的光遗传学平台通过模拟病毒感染中PKR的自然激活，对370830种化合物进行高通量筛选，识别出无细胞毒性的ISR调节化合物[7] 研究成果与机制 - 筛选出的化合物可上调激活转录因子-4（ATF4），增强细胞对压力和凋亡的敏感性，并确定GCN2为分子靶点[8] - 化合物在体外和小鼠模型中均显示抗病毒活性，其中一种显著降低单纯疱疹病毒感染小鼠的病毒滴度[9] 技术亮点与应用 - 光遗传学平台能特异性诱导ISR，实现大规模化合物筛选，已鉴定化合物可选择性清除高ISR细胞[14] - 研究成果为治疗癌症、阿尔茨海默病等年龄相关疾病及抗病毒药物开发提供了新路径[6][10]

迷走神经刺激与心力衰竭治疗 - 研究表明迷走神经刺激（VNS）通过光遗传学靶向技术可减轻压力超负荷导致的心脏重构和心力衰竭 [3][4] - 迷走神经刺激通过抑制单核细胞衍生的炎性CCRL2+巨噬细胞生成发挥心脏保护作用 [3][4] - CCRL2+巨噬细胞具有促肥厚、促纤维化和TNF-α响应特征，清除这些细胞可阻止心力衰竭发展 [4][5] 作用机制 - α7nAChR受体在CCRL2+巨噬细胞中的激活或缺失对VNS介导的心脏保护起关键作用 [4] - α7nAChR通过上调转录因子NRF2抑制CCRL2+巨噬细胞的TNF-α响应 [4][7] - 人类心脏中CCRL2+巨噬细胞与心脏功能障碍呈正相关，α7nAChR激动剂可阻断心衰进程 [5][7] 治疗前景 - 迷走神经-免疫轴被证实为调控心力衰竭的重要通路，具有潜在治疗靶点价值 [6] - 研究提出光遗传学靶向VNS联合α7nAChR激动剂可能是新型心衰治疗策略 [4][7]