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第四节 精神疾病的遗传学（第13页）

相较于ZFN打靶技术，TALEN设计更简单也更容易构建，而且能够高度特异性地识别任意目标基因序列，且能够靶向更长的基因序列。

（3）CRISPRCas9基因敲除技术

2013年初，CRISPRCas9作为一种简单高效的全新人工核酸内切酶技术出现，引起了基因敲除领域的极大关注。

规律成簇的间隔短回文重复（Clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats，CRISP）是细菌和古细菌用来抵御病毒侵袭和躲避哺乳动物免疫反应演化来的获得性免疫防御机制，CRISPRCas9则利用RNA引导Cas9核酸内切酶家族靶向和剪切外源DNA。

近来一系列研究证实，通过RNA引导的方式比DNA注射能更有效地在胚胎中产生定点突变，而且可以不限制品系地对大片段的基因组DNA进行删除，如果同时注射针对不同目的基因的RNA序列可以实现在同一模式生物中产生多个基因突变的效果。

基于该种技术是一种可靠、高效、快速的构建敲除动物模型的新方法，将在动物模型构建方面具有非常广阔的应用前景。

（二）光遗传学

光遗传学（optogenetics）是一种结合光学技术和遗传技术来实现控制单个细胞行为的方法，同时兼具高时空分辨率和细胞类型特异性的特点。

在2005年美国斯坦福大学KarlDeisseroth及其同事们证明了来自于绿藻的视蛋白可以使神经元产生对光的应答后，便使得光遗传学在神经及精神研究领域成为一种让人激动的研究手段。

2007年Diesseroth课题组在Nature杂志上发表关于光控制神经回路的文章，同年被麻省理工学院技术评论评为该年度十大最有影响的技术之一。

2010年光遗传学技术入选

NatureMethods

杂志的年度方法（MethodoftheYear）和

Science

杂志的十年突破（BreakthroughsoftheDecade）。

经过几年的发展，光遗传学技术经过一些改进和优化，已经成为一项比较成熟的技术体系。

基本过程包括：①利用病毒作为携带基因的载体，将光敏蛋白基因导入特定神经元细胞中并使其细胞膜上表达；②通过特定波长光的激发，激活或关闭光敏感通道蛋白；③光敏感蛋白的激活和关闭通过控制细胞膜上离子通道的打开或关闭，导致细胞膜电势发生变化，进而引起膜的去极化与超极化。

④去极化与超极化的发生，使得相应的神经元出现兴奋或者抑制的反应，进而引起下游神经元信号的传导，甚至某个或某些神经环路的生物学效应。

基于该技术能够通过光学方法无损伤或低损伤地控制特异神经元的活动，启动神经元内特异的生物学过程神经元间的信息投射，通过神经环路进而控制生物行为，特别适用于在体甚至清醒动物行为学实验，因此在神经疾病及精神疾病研究领域得到了非常广泛的应用。

例如，空间工作记忆（Spatialworkingmemory，SWM）是对空间信息进行暂时加工和贮存的记忆系统，在许多复杂的认知活动中发挥着重要作用。

研究表明前额叶皮质（prefrontalcortex，PFC）在空间工作记忆过程中具有重要意义，前额叶皮质与海马（hippocampus，HPC）之间的网络连接也被证实参与这个过程，然而这两个脑区的哪些具体亚区参与，其在空间工作记忆的哪个阶段（编码、存储和提取）以及如何发挥作用尚不清楚。

TimothySpellman等人通过光遗传学技术特异性地将海马的CA1腹侧下托-内侧前额叶皮质（CA1subiculumoftheventral-medialprefrontalcortex，vHPC-mPFC）之间的投射阻断，结果证实阻断该投射后空间工作记忆整体来看受损不明显，但是在记忆的编码阶段则受到了严重损害。

因此首次用实验证实了vHPC-mPFC在空间工作记忆的编码阶段发挥着不可替代的作用。

（三）声遗传学

超声作为一种安全、经济、便携和快速的成像方法，在临床及科学研究的各个领域都得到了广泛的应用。

StuartIbsen等采用基因工程技术将痛觉离子通道蛋白TRP-4转入蠕虫大脑神经细胞，给予低压超声波刺激可以将这种离子通道打开，进而激活神经元放电。

由于超声在空气中的传播能力不强，Ibsen等将蠕虫放于液体中，通过在培养皿表面添加微小脂质泡产生振动来放大超声强度。

实验中通过改变不同功能神经元表达TRP-4蛋白，科学家可以让蠕虫改变活动方向或停止活动。

同时，研究中他们还发现存在对超声更敏感的其他离子通道。

这种通过超声技术来调控基因表达进而改变动物行为学的方法便是新兴的声遗传学（sonogenetics）。

声遗传学与光遗传学在原理和技术方面有很多相似之处，但是超声是一种损伤非常轻微的方式不会造成创伤，而且穿透能力比较强，可以深入大脑深部组织，因此可以广泛地运用于体内调控细胞功能，并将在神经和精神疾病的机制研究及治疗手段方面具有广阔的应用前景。

（王强李涛）

六、常见精神障碍的分子遗传学研究进展

精神障碍作为重大的人口健康问题，在全球范围内引起广泛关注。

随着神经科学基础研究迅猛发展，常见精神障碍的分子遗传学研究也取得了飞速进展。

（一）精神分裂症的遗传学研究进展

精神分裂症是一种常见的重大精神障碍，临床表现幻觉妄想、淡漠退缩、认知功能损害等，致残率高，疾病负担沉重。

精神分裂症的发病机制未明。

遗传因素在发病过程中发挥重要作用，遗传概率约为80%，分子遗传学研究发现可能为该病预防、诊断和治疗提供重要线索。

近年来研究者提出精神分裂症的多因子病因模式，包括常见疾病-常见变异、常见疾病-罕见变异和混合模式假说。