化学遗传学（Chemogenetics）又称药理遗传学，是指通过对一些生物大分子实行改造，使其能和先前无法识别的小分子进行相互作用，从而达到可控、可逆控制生物大分子活性的过程。化学遗传学技术已经在信号转导、药物开发、功能基因组学等方面的研究中得到了广泛的应用。只由特定药物激活的受体（Designer receptors exclusively activated by designer drugs，DREADDs）技术是目前应用最广泛的化学遗传学技术，2007年由Armbruster和Roth等人发明，他们改变了G蛋白偶联受体—乙酰胆碱受体的结构，改变后其只能被特定的化合物Clozapine-N-oxide（CNO）激活或者抑制。此类改变的受体会选择性地作用于不同的GPCR级联反应，其中应用最广泛的是Gq-DREADD和Gi-DREADD，被广泛用于以细胞特异性、无创地增强或抑制神经元的活动。

1.Gq-DREADD（hM3Dq）
hM3Dq是从人毒蕈碱乙酰胆碱受体M3上改造的仅对CNO有反应的人工受体（DREADD），不再受乙酰胆碱激活。在一些神经元里，CNO结合hM3D后，激活Gq蛋白偶联的磷酸酶PLCβ，引起PIP2被降解，从而使得被PIP2关闭的KCNQ外向钾离子通道被打开，以至于细胞膜去极化，形成动作电位。在KCNQ或是Gq不表达的神经元里，hM3D的功能可能会有所不同。此外，在星形胶质细胞中，有人报道CNO诱导hM3Dq的结果是增加星形胶质细胞Ca2+的释放，从而改变自主神经系统的生理条件。

2.Gi-DREADD（hM4Di）

hM4Di是从人毒蕈碱乙酰胆碱受体M4上改造的仅对CNO有反应的人工受体（DREADD），不再受乙酰胆碱激活。在一些神经元里，CNO结合hM4D后，激活Gi蛋白偶联的内向整流钾离子通道GIRK，使得细胞膜超极化，抑制神经元细胞动作电位发放。在不表达GIRK或是Gi的细胞中，hM4D的功能会有所不同。也有研究表明，hM4Di可以抑制神经递质的释放，从而达到抑制神经元活动的效果。

1. 根据实验目的确定合适的DREADDs受体：如果是想激活神经元，则一般选择hM3Dq，如果是想抑制神经元的活性，则一般选择hM4Di。

2. 将遗传信息导入到动物体内：一般通过病毒立体定位注射或者转基因动物的方式将遗传信息传递给靶细胞。

3. 可控性演示：即通过控制CNO的给药时间，实现对神经元活动的控制。

4. 实验方法的有效性验证：一般采用电极记录神经元细胞膜内外电压变化，以此来验证DREADDs受体的有效性。

5. 表型检测：通过实验确认激活或者抑制神经元活动给实验动物造成的影响。

优点：

1.实验要求较低

光遗传技术要求很多配件，例如光纤、激光控制器和导管等，而DREADDs只需要用CNO注射或者喂食处理即可。

2.操作较简单

也正是因为光遗传需要很多配件，而DREADDs不需要，所以在实验操作的时候DREADDs相对来说比较简单。

3.较长时间的处理

对于光遗传来说，由于激光产热等机械限制，长时间处理几乎不可能实现，而持续注射CNO则已经证明是可行的。

缺点：

1.操作神经元活动的时间精确度不高

由于光遗传学可以通过控制激光使时间精准度到毫秒级别，而DREADDs通过CNO连分钟级别的精度程度都很难达到，而且CNO作用在神经元上之后一般需要2小时才能从膜上清除，所以DREADDs操作神经元活动的时间精确度不高。

2.刺激的强度无法掌控

虽然研究人员可以增加或者减少CNO的给药量，但是用DREADDs还是不可能控制给神经元刺激的量，而且也不能随时增强或者减弱刺激，而光遗传通过控制激光，可以精准地、随时地调节给神经元刺激的强度，这对于某些刺激强度依赖的神经环路研究有不可替代的优势。

（1）在神经科学领域DREADDs主要应用于神经环路功能的验证，尤其是当实验室没有光遗传学技术相关设备时，化学遗传学低门槛易操作的优点使其成为神经环路研究的首.选，包括中枢内的神经环路、中枢到外周的神经环路以及特定神经环路功能的验证。

（2）虽然DREADDs缺乏和光遗传学那样精准的时间控制能力，但是由于在进行疾病治疗时，最有可能需要长期的神经元环路调节，而DREADDs会非常适合这类应用。

（3）许多FDA批准药物的作用靶点是GPCRs，而DREADDs是改造过的GPCRs，因此DREADDs可能会在药物开发方面提供丰富的可能性。

表1.化学遗传元件AAV现货产品列表（部分）