用光引爆癌细胞 与萤火虫密不可分
黑暗的森林里，一群群小生物拿着明黄色的灯跳舞；茫茫深海中，五颜六色的“小灯笼”来回穿梭，这些发光的生物撕碎了一个黑暗的角落。
2008年，三位科学家发现了生物发光的秘密武器————绿色荧光蛋白(GFP)。从此，生物发光不再是萤火虫、深海鱼等生物的专利，那些没有发光的生物也可以发出自己的光。更让人激动的是，荧光也照亮了很多医学领域的黑暗，给绝症患者带来了一丝曙光。
01
发现荧光蛋白
在美国西海岸的太平洋上，有一种叫做维多利亚多管发光水母的水母。通常是透明的普通水母，但受到惊吓时，伞底会亮起一圈绿色荧光，像一个圆形的LED灯。
科学家发现，维多利亚水母和萤火虫的发光原理非常相似。它们都有一种叫做荧光素的化学物质，在荧光素酶的催化下与氧气反应。在反应过程中，它消耗能量并释放光子。当光子进入眼睛时，它们被转换成可见光。
但是为什么维多利亚水母发出的绿光和萤火虫发出的黄光不一样呢？这是因为维多利亚水母有一种叫做绿色荧光蛋白(GFP)的神器。GFP不需要酶催化等反应条件。当它受到紫外光和蓝光照射时，就会发出绿光。所以维多利亚水母通过荧光反应发出蓝光，被GFP吸收，反射我们看到的绿光。
1974年，日本科学家下村和美国科学家约翰逊从维多利亚水母中提取GFP。在发现GFP后，科学家发现GFP基因通过转基因技术转移到其他生物体内，其他生物暴露在紫外线或蓝光下也能发出绿光。1994年，美籍华裔科学家钱永健修改了绿色荧光蛋白的结构，使其能够反射彩虹色。
从此，科学家们获得了一种“追踪神器”。只要将不同的GFP基因转移到不同的细胞中，就可以同时跟踪不同组织和细胞的发生、发展和转移，使许多疾病的发展过程变得“肉眼可见”。
02
追踪疾病发展
阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease)，俗称阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease)，是一种由蛋白质错误折叠引起的认知障碍和记忆丧失的神经系统疾病。我们说阿尔茨海默病的病因很简单，但是没有GFP的帮助，科学家可能仍然不知道阿尔茨海默病的病因。
1907年，德国科学家阿洛伊斯阿尔兹海默首次发现了阿尔兹海默病的病原体。他在一名已故患者的大脑神经元中发现了缠绕在一起的蛋白质。但是不可能知道这些蛋白质为什么会交织在一起，发生了什么变化。1988年，剑桥大学MRC分子生物学实验室的研究人员首次发现，阿尔茨海默病患者大脑中纠缠的蛋白质是一种丝状的Tau蛋白。此后，许多科学家开始探索Tau蛋白的发病机制，其中荧光蛋白技术帮助很大。
2016年，明尼苏达大学的研究小组对正常大鼠和Tau蛋白突变大鼠的海马神经元与荧光蛋白标记物进行了跟踪比较。结果表明，突变Tau蛋白不聚集，但比正常Tau蛋白短，更容易从树突脱落。他们认为是不能执行正常功能的缩短的Tau蛋白导致了阿尔茨海默病。
然而，宾夕法尼亚州立大学的研究小组有不同的意见。2019年，他们用修饰的绿色荧光蛋白“装载”了Tau蛋白，只有那些错误折叠和聚集的Tau蛋白才会暴露绿色荧光蛋白，从而发出荧光。结果从患者脑中提取的神经元中出现许多荧光斑点，表明阿尔茨海默病的病因不能从蛋白的假折叠中分离出来。
阿尔茨海默病的病因目前还没有定论，但相信GFP发出的荧光最终会引导我们找出真相，同时也会照亮我们寻找特定药物的道路。除了阿尔茨海默病，GFP在追踪心血管等器官疾病和艾滋病等病毒性疾病的病因方面也发挥着重要作用。
03
引爆肿瘤细胞
荧光蛋白除了对细胞进行染色外，还可以起到“放大镜”的作用，将光能聚焦在不良细胞上，最后引爆。伦敦大学学院的肿瘤学家特奥多尔索(Theodosius Teodorso)用这种方法杀死了癌细胞。
光动力疗法是利用光敏剂和激光杀死肿瘤细胞的有效方法。医生首先将光敏剂注射到血液中，癌细胞比正常细胞吸收更多的光敏剂，然后用激光照射病灶。光敏剂在激光的作用下，会发生化学反应，释放活性氧杀死癌细胞。Teodoro之前一直在尝试用光动力疗法治疗癌症，但很快，光动力疗法的局限性就暴露出来了：激光无法照射到皮下1 cm以下，也就是说对体内的肿瘤和扩散的癌细胞影响不大。
如何扩大光动力疗法的作用范围？特奥多罗苦苦思索，荧光蛋白帮了大忙。他的研究小组将萤火虫的荧光素酶基因和荧光素基因转移到癌细胞中，使癌细胞成为能发出黄光的“小灯泡”。当对黄光敏感的光敏剂注射到血管中时，它在发射黄光的癌细胞附近自发反应，产生活性氧并杀死癌细胞。研究小组已经证实，这种被称为“萤火虫技术”的方法能有效杀死前列腺癌的癌细胞。
现在Teodoro的团队还在寻找一种杀伤作用更强的光敏剂，比如只对蓝光敏感的光敏剂，已经证明对脑癌细胞有很强的杀伤作用。最近，巴西圣保罗大学的生物学家在巴西大西洋森林中发现了一种发出蓝色荧光的昆虫，其荧光素基因可能成为特奥多罗附着癌细胞的下一个“灯泡开关”。
小萤火虫，卑微的水母，谁能想到它们会给我们的医学带来如此巨大的变化？
原标题：让萤火虫透视我们的身体
来源：大科技
编辑：yrLewis