Cell：首次让眼睛进行“光合作用”，利用环境光治疗疾病

想象一下，如果我们的眼睛不仅能“看”光，还能像植物一样“用”光来生产能量、修复自身，那会怎样？2026年5月15日，新加坡国立大学梁大卫、浙江大学

叶娟

、




山东第一医科大学/山东省医学科学院孙晓及




南京邮电大学丁晓光共同通讯




在


Cell


在线发表题为“


Transplanting light-dependent reactions for mammalian eye photosynthesis


”的研究论文，该研究将植物的“光合作用核心部件”——





类囊体





，移植到了哺乳动物眼中，首次让动物细胞拥有了





有限的光合能力





，并成功利用这一能力治疗了常见的干眼症。

灵感来源：向自然界的“窃贼”学习

研究的灵感源于自然界的“小偷”——一种海鞘。它能够窃取藻类猎物中的叶绿体并整合进自己的细胞，在饥饿时用作“备用粮仓”。受此启发，科学家思考：能否将植物高效利用光能的“芯片”安全地植入动物细胞，为某些疾病提供全新的治疗思路？

核心突破：制造“即插即用”的光合工厂

研究最大的挑战在于，光合作用依赖于类囊体上一系列蛋白复合体精密排列形成的“光系统”。一旦结构被破坏，功能就会丧失。团队开发了一种创新的纳米封装技术，从菠菜中提取出





结构和功能都保持完好的类囊体





，并用生物相容性材料包裹，制造出一种名为





LEAF





的纳米颗粒。它可以被动物细胞高效摄取，并在细胞内成为一个独立运行的“微型光合工厂”。

文章模式图（图源自


Cell


）

工作原理：用“看”的光，发“治”的电

进入角膜细胞后，LEAF利用射入眼睛的





环境可见光





（正是我们用来视物的光）启动完整的光合链反应，源源不断地生产两种关键能量分子：





ATP





和





NADPH





。在干眼症等眼表炎症疾病中，细胞的氧化还原平衡被打破，产生大量有害的活性氧，而自身生成NADPH的“戊糖磷酸途径”又力不从心。LEAF的妙处在于，它





绕开了宿主细胞自身的代谢限制





，通过“光合作用”这个外挂途径，直接为炎症细胞“输血”（NADPH），增强其抗氧化能力，从而从根源上抑制炎症、促进修复。

治疗效果：在多种模型中验证成功

研究在干眼症的小鼠模型上验证了LEAF的效果。结果显示：

• 
  

  
  
  
  
  细胞内
  
  
  
  
  
  ：LEAF成功整合，显著提升了角膜上皮细胞和免疫细胞内的NADPH水平，恢复了氧化还原平衡。
  
  
  

  
  


• 
  

  
  
  
  
  细胞外
  
  
  
  
  
  ：光合作用产生的“多余”NADPH还能释放到细胞外环境中，增强整体组织的抗氧化酶活性。
  
  
  

  
  


• 
  

  
  
  
  
  整体疗效
  
  
  
  
  
  ：有效缓解了模型的眼表炎症、角膜上皮损伤和泪液分泌减少等症状，且安全性良好。
  
  
  

  
  

意义与展望：开启“跨界医疗”新范式

这项研究的意义远不止于为干眼症提供一种潜在的新疗法。它首次在概念上验证了，通过





跨生物界移植功能完整的细胞器





，可以安全、有效地赋予动物细胞全新的、自然界不存在的功能。这不仅是合成生物学和再生医学的一次壮举，也为治疗其他与氧化应激、能量代谢障碍相关的疾病（如神经退行性疾病、皮肤损伤等）提供了全新的“光疗”思路。未来，我们或许真的能通过“改造”自身的细胞，让其学会利用取之不尽的太阳能，来维持健康、对抗疾病。

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