研究結果以“Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids”為題發(fā)表在《Science》雜志上，為開(kāi)發(fā)治療色盲和黃斑變性等眼疾的藥物奠定了基礎。
眼睛中的錐形光感器是我們能看到顏色的“秘訣”所在，其表達的視蛋白色素可以對不同波長(cháng)的光做出響應。在最新的研究中，約翰霍普金斯大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家Robert Johnston和他的團隊將注意力放在了那些讓人們能夠看到藍色、紅色和綠色的視錐細胞——人眼中的三個(gè)錐形光感受器。這三個(gè)亞型是由其表達的視覺(jué)色素所定義：藍視蛋白（短波長(cháng)；S）、綠視蛋白（中波長(cháng)；M）或紅視蛋白（長(cháng)波長(cháng)；L）。影響視素表達或功能的突變導致各種形式的色盲和視網(wǎng)膜變性。
以往，大多數視覺(jué)研究都是在小鼠和魚(yú)身上進(jìn)行的，但這兩種動(dòng)物都沒(méi)有人類(lèi)日間視力和色覺(jué)。因此，Johnston的團隊用干細胞創(chuàng )造了他們需要的“人類(lèi)眼睛”——類(lèi)器官。類(lèi)器官和視網(wǎng)膜具有相似的分布、表達譜和圓錐亞型的形態(tài)。
“三色視覺(jué)將我們與大多數其他哺乳動(dòng)物區別開(kāi)來(lái)，”第一作者、約翰霍普金斯大學(xué)研究生Kiara Eldred說(shuō)，“我們的研究正試圖弄清楚這些細胞能帶給我們什么特殊的顏色視覺(jué)。”
在過(guò)去的幾個(gè)月，隨著(zhù)細胞在實(shí)驗室中生長(cháng)并成為成熟的視網(wǎng)膜，研究小組發(fā)現首先確定的是藍色視錐細胞，然后是紅色和綠色視錐細胞。在這兩種情況下，他們發(fā)現分子開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵竟然是甲狀腺激素水平的高低。重要的是，這種激素的水平竟然不是受甲狀腺控制（因為培養皿中沒(méi)有甲狀腺），而是由眼睛本身控制。
這一發(fā)現表明，錐形細胞向其調節亞型的分化受甲狀腺激素的調控。這也解釋了為什么早產(chǎn)兒由于缺乏母體的供應而使得甲狀腺激素水平較低，其視力障礙發(fā)生率較高。
Johnston的實(shí)驗室一直在探索細胞命運的決定機制——即在子宮中發(fā)生什么，可以將發(fā)育中的細胞轉變?yōu)樘囟?lèi)型的細胞。這在很大程度上是人類(lèi)生物學(xué)未知的方面。Eldred說(shuō):“如果我們能夠回答導致細胞終端命運的原因，我們就能夠為那些光感受器受損的人恢復色覺(jué)。”
這些發(fā)現只是第一步。未來(lái)，研究小組希望使用“類(lèi)器官”來(lái)進(jìn)一步了解色覺(jué)和視網(wǎng)膜其他區域（如黃斑）的形成機制。由于黃斑變性是人類(lèi)致盲的主要原因之一，因此了解黃斑的形成機制有助于臨床治療。
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