撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

可見光與人體之間最重要的相互作用發(fā)生在眼睛中，它讓我們形成視覺、看見世界。而在植物中，同樣的可見光卻驅(qū)動(dòng)著光合作用，生成對(duì)植物生存至關(guān)重要的代謝物。

那么，可見光是否能夠在眼睛中產(chǎn)生類似的光合作用效果呢？這也引發(fā)了一個(gè)有趣的問題——高等動(dòng)物（哺乳動(dòng)物）是否至少能夠獲得有限形式的光合作用功能。在自然界中，最接近的例子是海蛞蝓，它們能夠從吃下去的藻類中攝取有功能的葉綠體，并將其長(zhǎng)期儲(chǔ)存在自己的腸細(xì)胞中，化身為一個(gè)會(huì)光合作用的動(dòng)物，而在饑餓時(shí)期，它們則會(huì)消化這些儲(chǔ)存的葉綠體，為自己提供代謝營(yíng)養(yǎng)。

2026 年 5 月 15 日，新加坡國(guó)立大學(xué)梁大衛(wèi)教授、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院眼科中心葉娟教授、山東第一醫(yī)科大學(xué)孫曉教授、南京郵電大學(xué)丁顯光教授作為共同通訊作者（邢闊然、嚴(yán)炎為論文共同第一作者），在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Cell上發(fā)表了題為：Transplanting light-dependent reactions for mammalian eye photosynthesis 的研究論文。

該研究構(gòu)建了一種源自植物的納米級(jí)類囊體系統(tǒng)——LEAF，將其遞送到哺乳動(dòng)物眼睛中，賦予其植物的光合作用特性，讓角膜細(xì)胞能夠利用可見光來產(chǎn)生 NADPH 和 ATP，從而減輕氧化應(yīng)激和炎癥，有效治療了干眼癥。

這項(xiàng)研究確立了在哺乳動(dòng)物系統(tǒng)中利用可見光作為代謝輸入的策略，并表明了一種跨界的、內(nèi)共生樣相互作用，在這種相互作用中，動(dòng)物細(xì)胞從植物來源的光合作用機(jī)制中獲得功能益處。

靈感來源：受海蛞蝓啟發(fā)的跨界奇想

動(dòng)物和植物的代謝世界，歷來涇渭分明。植物通過光合作用，利用光能將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為養(yǎng)分和能量；而動(dòng)物則依賴消耗有機(jī)物來獲取能量。

然而，自然界中總有著驚人的例外：一種名為“海蛞蝓”的軟體動(dòng)物，能夠吞食藻類并將其葉綠體“據(jù)為己有”，整合進(jìn)自己的細(xì)胞，從而像植物一樣通過光合作用補(bǔ)充能量，還能夠在饑餓時(shí)消化這些葉綠體，為自身提供代謝營(yíng)養(yǎng)。

一種海蛞蝓

受此啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)大膽設(shè)想——能否將植物光合作用的核心部件“移植”到哺乳動(dòng)物細(xì)胞（尤其是眼部細(xì)胞）中，讓可見光在負(fù)責(zé)視覺之余，額外承擔(dān)起“生產(chǎn)藥物”、治療疾病的重任？

核心技術(shù)：打造動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的“光合系統(tǒng)”

實(shí)現(xiàn)這一構(gòu)想的關(guān)鍵，是制造出一種既能在動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定存在，又能高效執(zhí)行植物光合作用的“人工細(xì)胞器”。研究團(tuán)隊(duì)從菠菜中提取了光合作用的場(chǎng)所——葉綠體，并對(duì)其進(jìn)行了精巧的“瘦身”和“改裝”。

在葉綠體中，光反應(yīng)在類囊體膜上進(jìn)行，產(chǎn)生能量分子 NADPH 和 ATP；而暗反應(yīng)（三羧酸循環(huán)）則在葉綠體基質(zhì)中消耗這些能量來固定二氧化碳。研究團(tuán)隊(duì)的核心策略是：“取其精華，去其糟粕”。

研究團(tuán)隊(duì)通過溫和的工藝，去除了消耗 NADPH 的暗反應(yīng)酶系，只保留結(jié)構(gòu)完整、功能完好的類囊體膜堆疊結(jié)構(gòu)，即類囊體基粒（Thylakoid grana），然后用一種安全的表面活性劑將其包裹成納米顆粒，這個(gè)最終產(chǎn)物被命名為LEAF（Light-reaction enriched thylAkoid NADPH-foundry，光反應(yīng)富集的類囊體 NADPH 工廠）。

LEAF：精簡(jiǎn)版的“微型光合工廠”：

LEAF在環(huán)境可見光下可自主、高效生成 NADPH（一種關(guān)鍵的抗氧化還原力），無需外源輔因子，其功能獨(dú)立于哺乳動(dòng)物的代謝控制，從而為炎癥組織提供了一種強(qiáng)大且獨(dú)立的還原力來源。LEAF的尺寸納米化，直徑約 400 納米，能被細(xì)胞快速吞噬。其結(jié)構(gòu)完整，最大程度保留了光合系統(tǒng) II（PSII）和 I（PSI）的超分子復(fù)合結(jié)構(gòu)，確保電子傳遞鏈高效運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)證明，LEAF 在光照下生產(chǎn) NADPH 的效率比未處理的天然類囊體還高 20%，并且可以隨著光-暗循環(huán)多次工作，就像一個(gè)隨光啟停的“生物電池”。

雙管齊下，打破干眼癥的惡性循環(huán)

干眼癥的本質(zhì)是眼表炎癥與氧化應(yīng)激的惡性循環(huán)：炎癥細(xì)胞產(chǎn)生大量活性氧，消耗細(xì)胞內(nèi)的抗氧化劑 NADPH，導(dǎo)致細(xì)胞損傷；損傷又招來更多炎癥細(xì)胞，雪上加霜。現(xiàn)有藥物多側(cè)重于抑制免疫反應(yīng)，治標(biāo)不治本，且起效慢、有刺激。

而 LEAF 的引入，從根源上打破了這一惡性循環(huán)，它通過兩種獨(dú)特的方式發(fā)揮作用——

1、細(xì)胞內(nèi)“充電”：補(bǔ)充能量，平息內(nèi)亂，LEAF 能被角膜上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞（巨噬細(xì)胞）快速攝入。在環(huán)境光下，LEAF 在細(xì)胞內(nèi)原位生產(chǎn) NADPH，直接為細(xì)胞“充電”。這使得細(xì)胞——

• 恢復(fù)抗氧化能力： 充足的 NADPH 重啟了細(xì)胞自身的谷胱甘肽等抗氧化系統(tǒng)，清除多余活性氧。

• 扭轉(zhuǎn)炎癥狀態(tài)： 促使促炎的 M1 型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡椎?M2 型，從源頭減少炎癥因子分泌。

• 保護(hù)角膜細(xì)胞： 增強(qiáng)角膜上皮細(xì)胞的活力，抵抗氧化損傷導(dǎo)致的凋亡。

關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于，LEAF 的 NADPH 生產(chǎn)完全不依賴細(xì)胞自身已紊亂的代謝途徑，是一條獨(dú)立、穩(wěn)定、受光調(diào)控的“能量補(bǔ)給線”。

2、細(xì)胞外“凈化”：自帶凈化系統(tǒng)，改善微環(huán)境，更令人驚喜的是，未被細(xì)胞攝入的 LEAF 在細(xì)胞外同樣能工作。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，LEAF 顆粒表面“搭載”了多種植物來源的抗氧化酶（例如超氧化物歧化酶 SOD、谷胱甘肽還原酶 GSR 等）。LEAF 光合作用產(chǎn)生的 NADPH，可以就地激活這些“自帶酶”，形成一個(gè)微型的移動(dòng)抗氧化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能直接清除了淚液微環(huán)境中由免疫細(xì)胞釋放的活性氧，在炎癥信號(hào)擴(kuò)散之前就將其化解，保護(hù)鄰近的健康角膜上皮細(xì)胞。

簡(jiǎn)而言之，LEAF 就像一支深入敵后的特種部隊(duì)：一部分潛入細(xì)胞內(nèi)修復(fù)防線、平息叛亂（細(xì)胞內(nèi)抗氧化/抗炎）；另一部分在細(xì)胞外直接清剿敵人（清除細(xì)胞外活性氧），里應(yīng)外合，徹底終止炎癥的蔓延。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床前景：效果顯著，安全可控

在模擬干眼癥的小鼠模型中，滴入 LEAF 眼藥水并讓小鼠處于正常環(huán)境光下，治療效果立竿見影——

• 快速起效： 滴眼 30 分鐘內(nèi)，角膜中的 NADPH 水平顯著上升。

• 癥狀緩解： 治療 5 天后，角膜熒光染色損傷評(píng)分大幅下降，接近健康水平；淚液分泌增加，眼表恢復(fù)健康厚度。

• 機(jī)制驗(yàn)證： 經(jīng)熱處理失活的 LEAF 無效，證明療效嚴(yán)格依賴其光合功能，其干眼癥治療效果優(yōu)于臨床常用的環(huán)孢素 A。

安全性評(píng)估同樣令人鼓舞，LEAF 在不同產(chǎn)地、不同操作者間制備批次穩(wěn)定。在豚鼠皮膚致敏和兔眼刺激實(shí)驗(yàn)中，均未顯示不良反應(yīng)。長(zhǎng)期用藥也未觀察到眼壓改變或全身性毒性，展現(xiàn)出良好的生物相容性。

深遠(yuǎn)意義：超越治療的“人造內(nèi)共生”

這項(xiàng)工作遠(yuǎn)不止于開發(fā)一款新的干眼癥療法，它還在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了功能性的植物光反應(yīng)移植，建立了一種光驅(qū)動(dòng)的代謝輸入療法。

從更宏大的視角看，LEAF 在動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的短暫存留與功能發(fā)揮，模擬了一種 “瞬態(tài)人工內(nèi)共生” 關(guān)系。它暗示了跨界的細(xì)胞器在特定壓力（例如氧化應(yīng)激）下，有可能為宿主細(xì)胞提供關(guān)鍵的代謝支持。這為我們理解細(xì)胞共生進(jìn)化、乃至設(shè)計(jì)全新的“細(xì)胞增強(qiáng)”策略打開了無限的想象空間。

未來，隨著對(duì)能量通量控制和長(zhǎng)期命運(yùn)的深入研究，這種“賦予動(dòng)物細(xì)胞光合作用能力”的策略，或許不僅能為眼病，也能為其他受氧化應(yīng)激和炎癥困擾的疾病，帶來全新的“綠色”治療曙光。

2022 年 12 月 7 日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院林賢豐、范順武與浙江大學(xué)化學(xué)系唐睿康團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：A plant-derived natural photosynthetic system for improving cell anabolism 的研究論文【2】。詳情：

該研究將來自菠菜葉綠體的類囊體通過特殊處理制成納米類囊體單元（Nanothylakoid Unit，NTU），NTU 在體外能夠獨(dú)立進(jìn)行光合作用并合成 ATP 和 NADPH。然后使用軟骨細(xì)胞來源的細(xì)胞膜封裝 NTU，再將其植入軟骨細(xì)胞，小鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)顯示，這些 NTU 可在光照后增加原位軟骨細(xì)胞內(nèi)的 ATP 和 NADPH 水平，從而改善退變軟骨細(xì)胞的合成代謝，并防止骨關(guān)節(jié)炎的病理進(jìn)展。

該研究實(shí)現(xiàn)了向哺乳動(dòng)物細(xì)胞跨物種植入來自植物的天然光合系統(tǒng)，并讓植入的光合系統(tǒng)獨(dú)立提供關(guān)鍵能量代謝來可控增強(qiáng)細(xì)胞合成代謝，實(shí)現(xiàn)了光合作用系統(tǒng)的跨界醫(yī)學(xué)應(yīng)用，在衰老退行性疾病（骨關(guān)節(jié)炎）治療中顯示出了良好的臨床應(yīng)用前景。

論文鏈接：

1. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00469-1

2. https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y