突破!南昌大学Science封面发文,解开三色视觉谜题

人类的彩色视觉依赖于三种视锥细胞视蛋白——长波长敏感视蛋白、中波长敏感视蛋白和短波长敏感视蛋白，而暗环境下的杆状细胞视觉则由视紫红质介导。尽管视紫红质的分子结构早在20多年前就已获得解析，但视锥细胞视蛋白的三维结构长期以来一直是该领域的空白。

2026年6月25日，南昌大学张进与德国柏林夏里特医学院Patrick Scheerer作为共同通讯作者，在《Science》杂志以封面文章形式发表了题为“Cryo–electron microscopy structures of human cone visual pigments”的研究论文。该研究系统解答了“人类如何感知色彩”这一基础科学问题，从视黄醛微环境的角度阐明了光谱调谐的分子机制，揭示了视锥蛋白快速动力学的结构基础，并为理解色盲等视觉疾病的分子根源提供了关键的结构蓝图。

色彩，是我们感知世界的起点。从梵高笔下热烈燃烧的向日葵，到莫奈画中光影流转的睡莲，人类对美的感受、对自然的理解，在很大程度上依赖于我们独有的三色视觉系统。

然而，地球上绝大多数的哺乳动物——比如你家中的猫和狗——其实只有二色视觉，它们眼中的世界远不及我们的斑斓多彩。那么，人类究竟为何能辨识红、绿、蓝这三种颜色？这一能力是在何时、又是通过怎样的进化路径获得的？

人类的三色视觉依赖于三种视锥细胞光色素，它们分别含有长波长敏感视蛋白、中波长敏感视蛋白和短波长敏感视蛋白。与此相对，极低光照条件下的视觉则由杆细胞中的光色素——视紫红质所介导。

所有这些光色素共享一个共同的维生素A衍生物——11-顺式视黄醛作为发色团，该发色团通过席夫碱键与各自的视蛋白共价结合，从而形成在约420 nm、530 nm、560 nm和500 nm处具有特征吸收峰的光色素。

当光被吸收后，视黄醛异构化为其激活态的全反式构象，触发视蛋白进入能够偶联G蛋白的活性状态，进而启动下游的信号级联反应。

在本研究中，研究人员展示了三种人类视锥细胞视蛋白在假定活性状态下，与G蛋白及全反式视黄醛结合的冷冻电镜三维结构。所有三种视锥蛋白的结构均与视紫红质存在本质差异。在视网膜结合口袋内，研究团队识别出一个独特的抗衡离子位点（存在于LWS和MWS视蛋白中），以及围绕视黄醛分子的丝氨酸环结构（存在于SWS视蛋白中）。

这些活性态的视锥蛋白结构，阐明了氨基酸替换如何精细调节光谱灵敏度，并为理解色觉缺陷的分子根源、揭示杆细胞与视锥细胞激活机制的关键差异提供了重要依据。

南昌大学基础医学院博士生彭琦、成心宇，赣南医科大学李健教授，以及南昌大学基础医学院江海海老师为本文的共同第一作者。南昌大学/晶蛋生物张进教授与德国柏林夏里特医学院Patrick Scheerer教授担任本文的共同通讯作者。