莱比锡大学与德累斯顿工业大学研究人员报告称，已开发出一种可通过光脉冲选择性开启或关闭离子通道的分子“生物开关”。研究团队表示，相关分子在初步实验中可用于光刺激激活脑内特定神经细胞群体，并实现对肾上腺细胞肾上腺素释放以及小肠收缩与舒张的调控。

相关研究已发表于《Nature Chemical Biology》。

研究人员介绍，离子通道位于细胞膜上，承担对钠、钾、钙等离子定向运输的选择性门控功能，并可根据不同刺激信号在开放与关闭状态间切换，例如响应电信号、化学分子或细胞内信使。离子通道在大脑、肾上腺与消化道等多种器官系统中发挥作用。

本项工作聚焦于瞬时受体电位（TRP）家族中的TRPC4与TRPC5两种离子通道。研究团队的关键进展在于提出一种“效能开关”思路：通过设计新化合物，使其活性能够被光以可逆方式调控——在紫光照射下表现为通道激活剂，在蓝光照射下则转为通道抑制剂。

为实现上述可逆调控，研究人员将能够影响TRPC4与TRPC5通道的化合物与化学光开关结构结合，使分子在“开”与“关”两种状态间切换。两种新分子被命名为AzPico与AzHC，研究团队称其可作为分子光开关，通过定向外部光刺激控制通道活性。

研究人员进一步指出，该方法的控制方式并非仅限于简单的开关：调控效果的强弱与所用光的颜色相关，光开关在功能上更接近“调光器”，可实现对效应强度的精细设定。

鲁道夫·博姆药理与毒理学研究所所长、莱比锡大学教授迈克尔·谢弗表示，通过团队提出的“色控”方法，可在空间与时间上以高精度、并以明确定义的强度对细胞或器官功能进行刺激与调节。该研究由谢弗与德累斯顿工业大学奥利弗·索恩-塞斯霍尔德教授合作领导。

在机制层面，研究团队与利兹大学罗宾·邦教授以及多特蒙德马克斯·普朗克分子生理学研究所斯特凡·劳恩泽教授合作，利用高分辨率冷冻电子显微镜解析了两种新光开关的精确结合位点。研究人员还表示，基于基因修饰小鼠系的实验结果显示，TRPC4与TRPC5光开关具有较高的选择性与特异性。

研究团队称，后续将继续评估TRPC4与TRPC5离子通道在其他重要器官系统中的作用，并推进可被更长波长光激活的后续化合物研发，以期实现对更深层组织的可靠靶向。研究人员表示，这类光控分子有助于进一步理解复杂生理功能，并为开发具备区域性与时间性可调特征的治疗方案提供支持。

该研究在跨区域合作研究中心152框架内完成。