撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
可见光与人体之间最重要的相互作用发生在眼睛中，它让我们形成视觉、看见世界。而在植物中，同样的可见光却驱动着光合作用，生成对植物生存至关重要的代谢物。
那么，可见光是否能够在眼睛中产生类似的光合作用效果呢？这也引发了一个有趣的问题——高等动物（哺乳动物）是否至少能够获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，它们能够从吃下去的藻类中摄取有功能的叶绿体，并将其长期储存在自己的肠细胞中，化身为一个会光合作用的动物，而在饥饿时期，它们则会消化这些储存的叶绿体，为自己提供代谢营养。
2026 年 5 月 15 日，新加坡国立大学梁大卫教授、浙江大学医学院附属第二医院眼科中心叶娟教授、山东第一医科大学孙晓教授、南京邮电大学丁显光教授作为共同通讯作者（邢阔然、严炎为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Transplanting light-dependent reactions for mammalian eye photosynthesis 的研究论文。
该研究构建了一种源自植物的纳米级类囊体系统——LEAF，将其递送到哺乳动物眼睛中，赋予其植物的光合作用特性，让角膜细胞能够利用可见光来产生 NADPH 和 ATP，从而减轻氧化应激和炎症，有效治疗了干眼症。
这项研究确立了在哺乳动物系统中利用可见光作为代谢输入的策略，并表明了一种跨界的、内共生样相互作用，在这种相互作用中，动物细胞从植物来源的光合作用机制中获得功能益处。
灵感来源：受海蛞蝓启发的跨界奇想
动物和植物的代谢世界，历来泾渭分明。植物通过光合作用，利用光能将水和二氧化碳转化为养分和能量；而动物则依赖消耗有机物来获取能量。
然而，自然界中总有着惊人的例外：一种名为“海蛞蝓”的软体动物，能够吞食藻类并将其叶绿体“据为己有”，整合进自己的细胞，从而像植物一样通过光合作用补充能量，还能够在饥饿时消化这些叶绿体，为自身提供代谢营养。
一种海蛞蝓
受此启发，研究团队提出了一个大胆设想——能否将植物光合作用的核心部件“移植”到哺乳动物细胞（尤其是眼部细胞）中，让可见光在负责视觉之余，额外承担起“生产药物”、治疗疾病的重任？
核心技术：打造动物细胞内的“光合系统”
实现这一构想的关键，是制造出一种既能在动物细胞内稳定存在，又能高效执行植物光合作用的“人工细胞器”。研究团队从菠菜中提取了光合作用的场所——叶绿体，并对其进行了精巧的“瘦身”和“改装”。
在叶绿体中，光反应在类囊体膜上进行，产生能量分子 NADPH 和 ATP；而暗反应（三羧酸循环）则在叶绿体基质中消耗这些能量来固定二氧化碳。研究团队的核心策略是：“取其精华，去其糟粕”。
研究团队通过温和的工艺，去除了消耗 NADPH 的暗反应酶系，只保留结构完整、功能完好的类囊体膜堆叠结构，即类囊体基粒（Thylakoid grana），然后用一种安全的表面活性剂将其包裹成纳米颗粒，这个最终产物被命名为LEAF（Light-reaction enriched thylAkoid NADPH-foundry，光反应富集的类囊体 NADPH 工厂）。
LEAF：精简版的“微型光合工厂”：
LEAF在环境可见光下可自主、高效生成 NADPH（一种关键的抗氧化还原力），无需外源辅因子，其功能独立于哺乳动物的代谢控制，从而为炎症组织提供了一种强大且独立的还原力来源。LEAF的尺寸纳米化，直径约 400 纳米，能被细胞快速吞噬。其结构完整，最大程度保留了光合系统 II（PSII）和 I（PSI）的超分子复合结构，确保电子传递链高效运行。
实验证明，LEAF 在光照下生产 NADPH 的效率比未处理的天然类囊体还高 20%，并且可以随着光-暗循环多次工作，就像一个随光启停的“生物电池”。
双管齐下，打破干眼症的恶性循环
干眼症的本质是眼表炎症与氧化应激的恶性循环：炎症细胞产生大量活性氧，消耗细胞内的抗氧化剂 NADPH，导致细胞损伤；损伤又招来更多炎症细胞，雪上加霜。现有药物多侧重于抑制免疫反应，治标不治本，且起效慢、有刺激。
而 LEAF 的引入，从根源上打破了这一恶性循环，它通过两种独特的方式发挥作用——
1、细胞内“充电”：补充能量，平息内乱，LEAF 能被角膜上皮细胞和免疫细胞（巨噬细胞）快速摄入。在环境光下，LEAF 在细胞内原位生产 NADPH，直接为细胞“充电”。这使得细胞——
恢复抗氧化能力： 充足的 NADPH 重启了细胞自身的谷胱甘肽等抗氧化系统，清除多余活性氧。
扭转炎症状态： 促使促炎的 M1 型巨噬细胞转变为抗炎的 M2 型，从源头减少炎症因子分泌。
保护角膜细胞： 增强角膜上皮细胞的活力，抵抗氧化损伤导致的凋亡。
关键优势在于，LEAF 的 NADPH 生产完全不依赖细胞自身已紊乱的代谢途径，是一条独立、稳定、受光调控的“能量补给线”。
2、细胞外“净化”：自带净化系统，改善微环境，更令人惊喜的是，未被细胞摄入的 LEAF 在细胞外同样能工作。研究团队发现，LEAF 颗粒表面“搭载”了多种植物来源的抗氧化酶（例如超氧化物歧化酶 SOD、谷胱甘肽还原酶 GSR 等）。LEAF 光合作用产生的 NADPH，可以就地激活这些“自带酶”，形成一个微型的移动抗氧化系统。该系统能直接清除了泪液微环境中由免疫细胞释放的活性氧，在炎症信号扩散之前就将其化解，保护邻近的健康角膜上皮细胞。
简而言之，LEAF 就像一支深入敌后的特种部队：一部分潜入细胞内修复防线、平息叛乱（细胞内抗氧化/抗炎）；另一部分在细胞外直接清剿敌人（清除细胞外活性氧），里应外合，彻底终止炎症的蔓延。
动物实验与临床前景：效果显著，安全可控
在模拟干眼症的小鼠模型中，滴入 LEAF 眼药水并让小鼠处于正常环境光下，治疗效果立竿见影——
快速起效： 滴眼 30 分钟内，角膜中的 NADPH 水平显著上升。
症状缓解： 治疗 5 天后，角膜荧光染色损伤评分大幅下降，接近健康水平；泪液分泌增加，眼表恢复健康厚度。
机制验证： 经热处理失活的 LEAF 无效，证明疗效严格依赖其光合功能，其干眼症治疗效果优于临床常用的环孢素 A。
安全性评估同样令人鼓舞，LEAF 在不同产地、不同操作者间制备批次稳定。在豚鼠皮肤致敏和兔眼刺激实验中，均未显示不良反应。长期用药也未观察到眼压改变或全身性毒性，展现出良好的生物相容性。
深远意义：超越治疗的“人造内共生”
这项工作远不止于开发一款新的干眼症疗法，它还在哺乳动物细胞中实现了功能性的植物光反应移植，建立了一种光驱动的代谢输入疗法。
从更宏大的视角看，LEAF 在动物细胞内的短暂存留与功能发挥，模拟了一种 “瞬态人工内共生” 关系。它暗示了跨界的细胞器在特定压力（例如氧化应激）下，有可能为宿主细胞提供关键的代谢支持。这为我们理解细胞共生进化、乃至设计全新的“细胞增强”策略打开了无限的想象空间。
未来，随着对能量通量控制和长期命运的深入研究，这种“赋予动物细胞光合作用能力”的策略，或许不仅能为眼病，也能为其他受氧化应激和炎症困扰的疾病，带来全新的“绿色”治疗曙光。
2022 年 12 月 7 日，浙江大学医学院附属邵逸夫医院林贤丰、范顺武与浙江大学化学系唐睿康团队合作，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：A plant-derived natural photosynthetic system for improving cell anabolism 的研究论文【2】。详情：
该研究将来自菠菜叶绿体的类囊体通过特殊处理制成纳米类囊体单元（Nanothylakoid Unit，NTU），NTU 在体外能够独立进行光合作用并合成 ATP 和 NADPH。然后使用软骨细胞来源的细胞膜封装 NTU，再将其植入软骨细胞，小鼠体内实验显示，这些 NTU 可在光照后增加原位软骨细胞内的 ATP 和 NADPH 水平，从而改善退变软骨细胞的合成代谢，并防止骨关节炎的病理进展。
该研究实现了向哺乳动物细胞跨物种植入来自植物的天然光合系统，并让植入的光合系统独立提供关键能量代谢来可控增强细胞合成代谢，实现了光合作用系统的跨界医学应用，在衰老退行性疾病（骨关节炎）治疗中显示出了良好的临床应用前景。
论文链接：
1. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00469-1
2. https://www.nature.com/articles/s41586-022-05499-y
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