Science：人為什么能看到顏色？秘密在于甲狀腺激素

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研究結(jié)果以“Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids”為題發(fā)表在《Science》雜志上，為開發(fā)治療色盲和黃斑變性等眼疾的藥物奠定了基礎(chǔ)。

DOI: 10.1126/science.aau6348

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(dá)的視蛋白色素可以對不同波長的光做出響應(yīng)。在研究中，約翰霍普金斯大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家Robert Johnston和他的團(tuán)隊(duì)將注意力放在了那些讓人們能夠看到藍(lán)色、紅色和綠色的視錐細(xì)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(dá)的視覺色素所定義：藍(lán)視蛋白（短波長；S）、綠視蛋白（中波長；M）或紅視蛋白（長波長；L）。影響視素表達(dá)或功能的突變導(dǎo)致各種形式的色盲和視網(wǎng)膜變性。

以往，大多數(shù)視覺研究都是在小鼠和魚身上進(jìn)行的，但這兩種動(dòng)物都沒有人類日間視力和色覺。因此，Johnston的團(tuán)隊(duì)用干細(xì)胞創(chuàng)造了他們需要的“人類眼睛”——類器官。類器官和視網(wǎng)膜具有相似的分布、表達(dá)譜和圓錐亞型的形態(tài)。

“三色視覺將我們與大多數(shù)其他哺乳動(dòng)物區(qū)別開來，”作者、約翰霍普金斯大學(xué)研究生Kiara Eldred說，“我們的研究正試圖弄清楚這些細(xì)胞能帶給我們什么特殊的顏色視覺。”

Temporally regulated TH signaling specifies cone subtypes.

在過去的幾個(gè)月，隨著細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室中生長并成為成熟的視網(wǎng)膜，研究小組發(fā)現(xiàn)首先確定的是藍(lán)色視錐細(xì)胞，然后是紅色和綠色視錐細(xì)胞。在這兩種情況下，他們發(fā)現(xiàn)分子開關(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?yàn)榕囵B(yǎng)皿中沒有甲狀腺），而是由眼睛本身控制。

這一發(fā)現(xiàn)表明，錐形細(xì)胞向其調(diào)節(jié)亞型的分化受甲狀腺激素的調(diào)控。這也解釋了為什么早產(chǎn)兒由于缺乏母體的供應(yīng)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(yàn)室一直在探索細(xì)胞命運(yùn)的決定機(jī)制——即在子宮中發(fā)生什么，可以將發(fā)育中的細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟愋偷募?xì)胞。這在很大程度上是人類生物學(xué)未知的方面。Eldred說:“如果我們能夠回答導(dǎo)致細(xì)胞終端命運(yùn)的原因，我們就能夠?yàn)槟切┕飧惺芷魇軗p的人恢復(fù)色覺。”

這些發(fā)現(xiàn)只是步。未來，研究小組希望使用“類器官”來進(jìn)一步了解色覺和視網(wǎng)膜其他區(qū)域（如黃斑）的形成機(jī)制。由于黃斑變性是人類致盲的主要原因之一，因此了解黃斑的形成機(jī)制有助于臨床治療。

責(zé)編：風(fēng)鈴

參考資料

Human retinas grown in a dish explain how color vision develops

Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids