深圳子科生物報道：利用磁場控制細胞或生物體具有巨大的研究和醫(yī)療潛力，因為這是一種比光遺傳學和化學遺傳學侵入性更小、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)元中特異表達鐵蛋白（Ferritin）與Trpv1通道（溫度敏感蛋白）的復合蛋白，可以刺激下丘腦葡萄糖敏感神經(jīng)元的活動，動物暴露在磁場時血糖濃度升高，胰島素水平下降。2016年《自然·神經(jīng)科學》的一項研究表明，鐵蛋白與TRPV4通道的偶聯(lián)蛋白對機械力和溫度變化都敏感，在紋狀體多巴胺能神經(jīng)元中表達這種蛋白導致動物傾向于停留在磁化區(qū)中。北京大學的一項研究表明，在線蟲的特定感覺神經(jīng)元中表達MagR（另一種磁感應(yīng)蛋白）后，施加磁場導致蠕蟲運動發(fā)生變化。

浙江大學神經(jīng)科學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研究表明，可以通過基因工程使神經(jīng)元對磁場產(chǎn)生反應(yīng)，進一步遠程控制大腦神經(jīng)元的活動，醫(yī)學上也有應(yīng)用前景。一份研究報告寫道：“預計磁遺傳學的新時代即將到來?！钡?，包括沈穎研究組在內(nèi)的三個團隊對這些結(jié)果提出了質(zhì)疑。國際知名學術(shù)網(wǎng)站bioRxiv評價：“從生物學的角度看，這些研究非常細致地執(zhí)行了多項測試，這些測試是在多個生物測試臺上進行的?！?/p>

這一研究成果公布在Nature Neuroscience雜志上。

浙江大學沈穎、美國弗吉尼亞大學Julius Zhu和荷蘭Radboud大學Tansu Celikel三個團隊獨立使用了系列方法研究磁感應(yīng)蛋白（Magneto，鐵蛋白/TRPV4復合體）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》。

沈穎研究小組利用一種病毒將Magneto蛋白表達在小腦浦肯野細胞中，等待兩周然后記錄暴露在磁場中的浦肯野細胞神經(jīng)活動，全面且仔細的功能研究和計算表明磁刺激沒有改變浦肯野細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表達在小鼠大腦皮層神經(jīng)元中，使用植入微電極記錄動物暴露在磁場中時的皮層神經(jīng)元活動，發(fā)現(xiàn)磁刺激沒有改變神經(jīng)元的動作電位。

Julius Zhu團隊則研究了三種磁感應(yīng)蛋白，與其他兩個團隊的結(jié)果相同，他們觀察到在表達磁感應(yīng)蛋白的海馬細胞中磁場刺激不會誘導電流，雖然神經(jīng)元有時出現(xiàn)電流的自發(fā)變化，但這些變化與磁刺激不匹配。因此，三個團隊的研究結(jié)果一致表明Magneto不會形成一個功能性離子通道。在論文中，三個團隊總結(jié)到：“這些結(jié)果共同支持一個結(jié)論，即Magneto、MagR和鐵蛋白Trpv1復合體不能通過磁誘發(fā)動作電位控制神經(jīng)元活動。”

三個團隊在2019年珍妮亞科學會議（Janelia Conference）和科學評價網(wǎng)站bioRxiv的報告引起了許多科學家的注意。加州理工的Meister教授說“這些報告給我留下了最深刻的印象…研究已經(jīng)深入到這個程度”。但是，對于不同結(jié)果還沒有好的解釋。Meister教授認為可能由于人為失誤，也有人推測一些實驗差異導致矛盾的結(jié)果，比如病毒表達時間不同抑或神經(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，磁場可能導致鐵蛋白的鐵原子周期性翻轉(zhuǎn)而產(chǎn)生熱量，導致溫度敏感的TRPV1通道打開；或者鐵蛋白通過機械力拉開膜通道的中心孔。Meister教授認為這些機制“與物理學的基本定律沖突”，因為鐵蛋白不具備在磁場下激發(fā)機械刺激所必需的特性，鐵蛋白與磁場之間的磁性相互作用“在5到10個數(shù)量級之間”，太弱因而無法產(chǎn)生足夠的能量或機械力。

需要一個特別大的磁場使得磁感應(yīng)蛋白產(chǎn)生作用？這是包括沈穎研究組在內(nèi)的三個團隊的猜想。鐵蛋白的核心是鐵氫化物，室溫下只有弱順磁性，這意味著需要一個強大的磁場產(chǎn)生一個磁矩，使得所有鐵原子與磁場對齊。但這將比目前所用的磁場要大的多，遠遠超出臨床使用的極限，結(jié)果是磁遺傳學無法應(yīng)用于臨床。

那么磁遺傳學的研究前途呢？包括鳥類的許多動物已經(jīng)感受到了地球磁場，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這些現(xiàn)象的答案，所以不能急于結(jié)論，也許可以換一個角度思考這個問題。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，釋放游離鐵而實現(xiàn)磁感應(yīng)。也可以不依賴鐵蛋白，如Anikeeva團隊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)該仔細觀察自然界中對磁場有反應(yīng)的系統(tǒng)的有機體。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)學物理所徐富強課題組參與完成，得到了杰出青年科學基金等國家自然科學基金的資助。本文根據(jù)發(fā)表論文、bioRxiv網(wǎng)站和第三方評價形成。

原文標題：

Magneto is ineffective in controlling electrical properties of cerebellar Purkinje cells