化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)（或稱藥理遺傳學(xué)技術(shù)）是近年來與光遺傳學(xué)一起出現(xiàn)的重要新技術(shù)。該技術(shù)通過對(duì)一些生物大分子實(shí)行改造，使其能和先前無法識(shí)別的小分子進(jìn)行相互作用，從而達(dá)到可控、可逆（可以隨時(shí)加入或除去化合物，從而啟動(dòng)或中斷特定的反應(yīng)）控制生物大分子的活性，該技術(shù)已經(jīng)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、藥物開發(fā)、功能基因組學(xué)等方面的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。

目前已改造的生物大分子包括核酸雜交、蛋白質(zhì)激酶、各種代謝酶和G蛋白耦聯(lián)受體（G protein?coupledreceptors，GPCRs）?，F(xiàn)在有很多基于GPCRs改造的化學(xué)遺傳學(xué)平臺(tái)，例如1991年構(gòu)建的基因編碼受體的等位基因特異激活（Allele-specific activation of genetically encoded receptors）、1998年構(gòu)建的只能被合成配體激活的受體（Receptorsactivated solely by synthetic ligands, RASSLs）、基因工程改造的受體（Engineered receptors）和2007年構(gòu)建的只由特定藥物激活的受體（Designer receptors exclusively activatedby designer drugs，DREADDs）。其中，DREADDs已成為應(yīng)用最廣泛的化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)。

DREADD技術(shù)被廣泛用于以細(xì)胞特異性、無創(chuàng)地增強(qiáng)或抑制神經(jīng)元的活動(dòng)。雖然DREADD缺乏像光遺傳學(xué)那樣精準(zhǔn)的時(shí)間控制能力，但是由于在進(jìn)行疾病治療時(shí)，最有可能需要的是長期神經(jīng)元環(huán)路調(diào)節(jié)，而DREADDs會(huì)非常適合這類應(yīng)用。此外，許多FDA批準(zhǔn)藥物的目標(biāo)作用目標(biāo)是GPCRs，而DREADDs是改造過的GPCRs，因此DREADDs可能會(huì)在藥物開發(fā)方面提供豐富的可能性。

DREADDs技術(shù)
DREADDs技術(shù)是由Bryan L. Roth等人發(fā)明的，他們改變了G蛋白偶聯(lián)受體—乙酰膽堿受體的結(jié)構(gòu)，改變后其只能被特定的化合物Clozapine-N-oxide（CNO）激活或者抑制。此類改變的受體會(huì)選擇性地作用于不同的GPCR級(jí)聯(lián)反應(yīng)，包括Gq、Gi、Gs、Golf和β-arrestin，其中應(yīng)用最廣泛的是Gq-DREADD和Gi-DREADD。通過將上述受體在細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，在CNO的作用下，其產(chǎn)生的結(jié)果各不相同。

常見的DREADDs受體

· Gq-DREADD和hM3Dq：

最初的Gq-DREADD即hM3Dq，改造自人毒蕈堿型乙酰膽堿受體（the human muscarinic acetylcholine receptor，mAchRs）亞型M3（也稱為hM3）。在正常生理狀況下，hM3和乙酰膽堿結(jié)合，然后和Gq類G蛋白耦合受體耦合，作用于磷脂酶C、肌醇三磷酸和胞內(nèi)鈣離子這一信號(hào)通路。

令人吃驚地是，只要將Y3.33C和A5.46這兩個(gè)位點(diǎn)突變，就能使hM3受體不能和乙酰膽堿耦合，但是會(huì)和納摩爾濃度級(jí)別的CNO結(jié)合，這種突變后的hM3受體被命名為hM3Dq (human M3 muscarinic DREADD receptor coupled to Gq)。

在不同的細(xì)胞類型中，CNO誘導(dǎo)hM3Dq的結(jié)果是不一樣的，比如：1) 在成熟神經(jīng)元中，CNO誘導(dǎo)hM3Dq的結(jié)果是將神經(jīng)元去極化（depolarization），加強(qiáng)神經(jīng)元的興奮性，這也是hM3Dq最常用的功能，即促使神經(jīng)元的放電活動(dòng)；2) 在星形膠質(zhì)細(xì)胞中，有人報(bào)道CNO誘導(dǎo)hM3Dq的結(jié)果是增加星形膠質(zhì)細(xì)胞Ca+的釋放，從而改變自主神經(jīng)系統(tǒng)的生理?xiàng)l件；3) 在神經(jīng)系統(tǒng)以外，也有一些研究，例如在胰腺Β細(xì)胞表達(dá)hM3Dq，急性CNO處理會(huì)促進(jìn)胰島素的釋放，而慢性CNO處理導(dǎo)致Β細(xì)胞數(shù)目增加；在肝細(xì)胞中，激活hM3Dq會(huì)增加血糖水平，也許是因?yàn)樘窃纸夂吞钱惿饔迷黾印?br>

· Gi-DREADD和hM4Di:

Y3.33和A5.46在不同的人毒蕈堿型乙酰膽堿受體亞型中是保守的，因此科學(xué)家同樣可以突變M2和M4 mAchRs上的Y3.33、A5.46位點(diǎn)，由于M2、M4的下游激活的是Gi通道，于是產(chǎn)生Gi-DREADDs，命名為hM2Di和hM4Di，他們可以激活Gi調(diào)節(jié)的信號(hào)通路。

Gi耦合的GPCRs可以激活G蛋白內(nèi)向整流鉀通道（GIRK），在CNO的作用下， hM2Di和hM4Di受體被激活可以抑制神經(jīng)元的放電活動(dòng)，其中使用最多的Gi-DREADD是hM4Di。也有研究表明，hM4Di可以抑制神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，從而達(dá)到抑制神經(jīng)元活動(dòng)的效果。

DREADDs技術(shù)的應(yīng)用策略

借助病毒載體的DREADDs技術(shù)應(yīng)用一般包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：
1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，確定合適的DREADDs受體，一般來說，激活神經(jīng)元選擇hM3Dq，抑制神經(jīng)元選擇hM4Di；
2、借助病毒載體在動(dòng)物體內(nèi)表達(dá)DREADDs受體；
3、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在合適的時(shí)間窗口內(nèi)給予動(dòng)物CNO藥物，激活受體，給予CNO的方式包括腦內(nèi)定位注射、腹腔注射和喂水；
4、表型檢測(cè)，通過行為學(xué)或電生理手段等檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)變化帶來的變化。

DREADDs技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、實(shí)驗(yàn)要求較低，操作簡單：不像光遺傳學(xué)技術(shù)需要光纖、激光控制器等，DREADDs技術(shù)只需常規(guī)藥理學(xué)技術(shù)手法，注射或者喂食CNO即可。
2、非侵入性：不像光遺傳技術(shù)需進(jìn)行開顱手術(shù)埋置光纖，因此不會(huì)因?yàn)轭~外負(fù)重影響小鼠行為，可實(shí)現(xiàn)在小鼠完全自由活動(dòng)的情況下調(diào)控特定腦區(qū)和特定神經(jīng)元的活動(dòng)。
3、實(shí)現(xiàn)長時(shí)間激活或抑制神經(jīng)元活動(dòng)：由于兩種技術(shù)原理不同，光遺傳學(xué)技術(shù)依賴的是光敏感通道的開放，是需要離子在細(xì)胞膜上的流動(dòng)產(chǎn)生電位變化，影響神經(jīng)元活動(dòng)，而長時(shí)間離子逆濃度差進(jìn)出細(xì)胞需消耗大量ATP（如離子泵），這會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞受損死亡，此外光刺激的熱效應(yīng)同樣會(huì)損傷細(xì)胞。相比之下，DREADDs表達(dá)的是一種受體，可以長達(dá)數(shù)小時(shí)持續(xù)激活或抑制神經(jīng)元活動(dòng)而不影響細(xì)胞正常生理。
4、安全性高：CNO是FDA批準(zhǔn)上市藥物-氯氮平的代謝產(chǎn)物，體內(nèi)應(yīng)用相對(duì)安全。此外，許多FDA批準(zhǔn)藥物的目標(biāo)作用目標(biāo)是GPCRs，而DREADDs是改造過的GPCRs，因此DREADDs可能會(huì)在藥物開發(fā)方面提供豐富的可能性。