光为线粒体“充电”：郑州大学与复旦大学合作揭示眼部退行性病变新疗法
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线粒体是真核细胞内至关重要的能量“工厂”，负责维持细胞能量供给、产热、代谢稳态及细胞生存调控。它通过质子动力势(proton motive force, PMF)来驱动ATP合成，该动力势由电化学梯度(∆ψm)与pH梯度(∆pH)共同构成，是细胞能量代谢、钙离子平衡及活性氧(ROS)调节的核心。
质子动力势紊乱：多种疾病的共通根源
当线粒体质子动力势失衡时，会引发一系列代谢和神经系统疾病，包括帕金森病、阿尔茨海默病、糖尿病、视网膜退行性病变、癌症及衰老等。
尽管线粒体功能的重要性早已被认识，但如何在不引起副作用的情况下恢复其膜电位，仍是生物医学领域的一大难题。针对这一问题，科学界一直在探索更安全有效的干预手段。
前沿突破：环境光驱动的线粒体能量恢复系统
2025年10月30日，郑州大学康建胜教授团队与复旦大学张嘉漪研究员团队在国际期刊 Signal Transduction and Targeted Therapy 上联合发表了重磅论文——
《Ambient light alleviates retinal neurodegeneration in mice by powering mitochondria via the engineered optoenergetic rhodopsin》。
研究人员创新性地设计出一种工程化、光响应的线粒体靶向质子泵视紫红质(PPR)，命名为 mt-EcGAPR。这一蛋白可利用自然光为线粒体“供能”，从而有效减轻青光眼引起的视网膜神经退行性病变。
光遗传学技术：以光控制细胞的新工具
光遗传学(Optogenetics)是一项革命性的生物技术，它通过光敏蛋白实现对细胞活动的精确调控。
在细胞能量学研究中，线粒体膜电位(MMP)的稳定对于维持代谢功能至关重要。由此，将光遗传学工具导向线粒体成为纠正能量代谢障碍的新思路。
在自然界中，光驱动质子泵视紫红质(PPR)分布广泛，可将光能转化为质子动力势，实现能量合成。近年来，PPR已被用于非光合微生物中，以实现光驱动ATP合成和生物产物的可持续制造。
技术瓶颈：从实验室到哺乳动物体内的挑战
然而，在哺乳动物中应用线粒体靶向PPR一直困难重重。
主要障碍在于：
PPR蛋白体积较大，不易穿越线粒体内膜;
高密度的膜结构使得外源蛋白递送效率低;
光驱动质子泵若控制不当，可能造成线粒体过度超极化，引发ROS过量生成，损害细胞健康。
这些问题曾长期限制了光遗传学在治疗线粒体疾病中的应用。
mt-EcGAPR：光驱动的“线粒体修复器”
在此次研究中，科研团队通过分子工程手段成功设计出一种改良型PPR——mt-EcGAPR。
它具备以下优势：
能高效建立ATP合成所需的质子梯度;
在细胞应激条件下减少ROS生成;
降低DNA双链断裂(DSB)风险，保持细胞稳态。
得益于眼组织对可见光的高透过性，研究者选择视网膜作为理想的应用场景，使mt-EcGAPR能够通过自然光实现非侵入性激活。
动物实验：光能驱动下的神经保护效果
在高眼压性青光眼小鼠模型中，实验结果显示：
mt-EcGAPR 在自然光照射下显著提高了视网膜细胞的ATP水平;
抑制了活性氧(ROS)的过量积累;
减轻了神经节细胞(RGC)的退化。
机制研究表明，mt-EcGAPR通过阻断内质网应激—ATF6—GSDMD信号通路，抑制了由细胞焦亡引起的神经损伤，从而改善了小鼠的视功能。
研究意义：为青光眼及神经退行性病变提供新方向
这一成果首次证明，利用光驱动为线粒体“充能”是可行且安全的。
mt-EcGAPR不仅为青光眼提供了潜在的新疗法，也为其他涉及线粒体功能障碍的疾病(如神经退行性疾病和代谢紊乱)带来了新的希望。
研究团队指出，未来将进一步优化蛋白递送效率，评估其在其他组织中的应用潜力，推动光遗传学在临床治疗中的转化。
结语：让光成为生命能量的修复力量
这项跨校合作的突破性成果，让“光供能医学”从概念走向现实。
通过将自然光能转化为线粒体能量，科研人员为治疗眼部和神经退行性疾病开辟了全新的路径。
未来，光驱动线粒体疗法有望成为精准医学领域的重要方向，为人类健康带来新的光明。
温馨提示：医疗科普知识仅供参考，不作诊断依据；无行医资格切勿自行操作，若有不适请到医院就诊。
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