新发现的眼部化学反应可以改善视力

凯斯西储大学医学院的一项新研究表明，一种存在于从细菌到脊椎动物的所有生物体内的光敏色素，可以通过生物化学方法控制其自身重置，这是一项重要的治疗优势。刚发表的一项研究美国国家科学院院刊在美国，研究人员成功地使用了一种被称为锁定视网膜的维生素a的修饰形式来诱导循环机制，并与人类视觉中心的蛋白质结合。目标蛋白包括光敏视紫质，它属于一个蛋白家族——g蛋白偶联受体，或gpcrs——位于细胞膜上，将外部细胞信号传递到内部细胞信号通路。这一发现为改良视网膜提供了一个新的治疗机会，有助于改善视力，并为目前旨在扰乱眼睛细胞信号的治疗方法提供了一个重大改进。

“我们的研究表明，通过在视网膜上添加一个环己基化学基团，GPCR从单向激活完全转变为自我更新、循环的激活机制。这些发现说明了将GPCRs重新编程为可以被外部线索控制的自我更新机器的可能性。这种生物化学诱导的功能将有助于治疗视力障碍的人，并为更有效的基于gpcr的治疗开辟了几个途径，”该研究的第一作者、凯斯西储大学医学院药理学研究生Sahil Gulati说。Krzysztof Palczewski博士，系教授和系主任，是这项研究的资深作者。

这一发现深入研究了视觉的生物化学，以及为什么视网膜的化学结构对人类的感知至关重要光。人类的视力借助于一种极其敏感的蛋白质它位于眼睛后部，被称为视紫红质，附着在视网膜分子上感知光线。光子进入眼睛，被视网膜-视紫质复合体吸收，激活一连串的下游信号，构成视觉。重要的是，视网膜在等待光子的同时保持一种特殊的化学结构- 11顺式视网膜-并在吸收光光子后转变为第二种结构-全反式视网膜。但这种转化是单程的，需要大量的特殊蛋白质将全视网膜转化为11顺式视网膜。这些特殊蛋白质中的任何一种的遗传突变都可能导致视网膜退行性疾病。想要治疗这类疾病的研究人员必须修复或绕过突变蛋白，以维持人类视网膜的这种转换。

“我们的研究显示了视网膜上的化学修饰如何以光循环的方式激活下游视觉信号。这种化学修饰可以让视网膜利用热能自我更新，因此不需要任何额外的酶。”Gulati说。

研究人员在牛的视紫红质中发现了自我更新的机制，这与人类的视紫红质异常相似。研究人员在他们的实验室中使用纯化的蛋白质来证明经过修饰的视网膜与牛的视紫红质结合，并成功地激活了特定的人眼蛋白对光的反应，完成后，它利用热能慢慢恢复其不活跃的形式，可以在光下反复激活。研究结果表明，具有特定化学结构的视网膜分子可以可逆地刺激驱动人类视觉的视紫红质。

Gulati说:“尽管GPCRs的单向反应机制使它们能够在人体内正常发挥作用，但它们不能更新其激活分子，因此需要持续使用药物分子来治疗疾病症状。控制GPCRs的循环激活使它们能够自我维持。”

新发现的机制可能会提高目前的治疗方法视网膜退行性疾病以及其他神经细胞紊乱。研究人员可以用生物化学方法修补视网膜和视网膜边界视紫红质分子来提高它们打开和关闭眼睛中的蛋白质的能力。Gulati说:“我们下一步将设计一种新的热恢复更快的改良视网膜，并测试其作为人类治疗方式的有效性。”

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