如果没有视锥蛋白，我们世界中所有鲜艳的色彩对人类来说都将毫无意义。视锥蛋白是视网膜中的一组受体蛋白。当受到光线刺激时，这些蛋白被激活，使我们能够看到玫瑰的鲜红或海洋的深蓝。但当视锥蛋白功能失常时，可能会产生严重后果。例如，视锥蛋白问题正是导致视力衰退的年龄相关性黄斑变性（AMD）这一疾病的根源。
为了理解视锥蛋白如何"描绘"世界，科学家们一直渴望研究它们在黑暗、失活状态下的结构。然而，由于这些蛋白质对光线极为敏感，这一研究目标一直难以实现，直到现在。今天发表在《科学》杂志上的一项新研究中，一个国际研究团队报告了首个失活状态视锥蛋白的三维结构，这将有助于设计针对该蛋白的药物，从而可能加速AMD及相关疾病的治疗。
将视锥带入光明
视锥蛋白存在于视锥细胞中，这些细胞位于视网膜中心的中央凹区域。这些蛋白一旦被光线刺激，就会迅速向大脑发送电信号。这些信号的速度使眼睛能够追踪移动的物体。三种视锥蛋白L、M和S分别负责检测红光、绿光和蓝光，它们共同作用使我们能够看到完整的色彩光谱。视锥蛋白在明亮的白天最为有用。在弱光条件下，眼睛则依赖于视杆细胞中的视杆蛋白。
为避免意外激活视锥蛋白，保罗谢勒研究所（PSI）的研究人员波琳娜·伊萨伊基娜（左）和莎拉·施密特（右）在昏暗的红光下进行实验。
© Paul Scherrer Institute PSI/Markus Fischer
不幸的是，生物医学研究实验室通常是光线最充足的环境之一。为了避免激活视锥细胞，科学家们在红光下进行新研究，这种红光的波长位于视锥无法检测的范围之外。通过结合数字、生物物理和细胞测定方法，研究团队揭示了蓝色和绿色视锥蛋白的结构。根据进化原理，虽然研究人员没有直接研究红色视锥蛋白，但它很可能与其密切相关的绿色视锥蛋白相似。
视锥如何适应其任务
研究结果表明，视锥蛋白已针对其任务进行了特化。"我们的新结构和功能数据表明，视锥蛋白经过优化，可实现快速信号传输，"保罗谢勒研究所（PSI）的生物分子科学家、该新研究的合著者莎拉·施密特在一份声明中表示。这包括与伙伴G蛋白相连的"微开关"网络。视锥蛋白在静息状态下连接的强度解释了蛋白质网络如何在激活后迅速启动。
研究人员的分析揭示了视锥蛋白适应其任务的其他方式。视蛋白内的一个分子"口袋"结合了一种称为视黄醛的光敏分子，该分子吸收光能以触发视网膜中的电脉冲。施密特和她的团队发现，绿色视锥蛋白中的视黄醛结合口袋相对开放，允许分子在光线照射眼睛时快速通过。而蓝色视锥蛋白的结合位点则更为狭窄，这意味着需要更强的能量脉冲才能在视黄醛分子中引发反应。这适合于蓝光，因为蓝光的能量高于红光或绿光。
研究人员希望他们的发现能够帮助研究人员聚焦AMD的新疗法，通过加速开发稳定和支持视锥蛋白的药物。"对这些机制的详细结构理解有助于我们识别这些疾病中出错的地方以及可能进行靶向治疗的部位，"保罗谢勒研究所（PSI）的生物分子科学家、该新研究的合著者波琳娜·伊萨伊基娜在声明中表示。
参考文献
- Schmidt LS, et al. 阐明人类日光视觉的分子基础. 《科学》. 2026.
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