约翰霍普金斯大学的科学家揭示了人类在出生前如何发展锐利的中央视觉，识别出视网膜中一种源自维生素A的分子与甲状腺激素之间的精确时序互动。这一发现挑战了几十年来关于如何形成关键光感应细胞的解释，并可能为未来治疗黄斑变性、青光眼及其他损害视觉的疾病指明方向。该研究依赖于实验室培养的视网膜组织，发表在《国家科学院院刊》上。实验室培养的视网膜揭示了锐利视觉的形成。约翰霍普金斯大学生物学副教授罗伯特·J·约翰斯顿（Robert J. Johnston Jr.）表示：“这是理解视网膜中心内部运作的重要一步，视网膜中心是眼睛的关键部分，并且是黄斑变性患者最早失去功能的部分。通过更好地理解这个区域，并开发出模仿其功能的类器官，我们希望有一天能够培育和移植这些组织以恢复视力。” 为了研究人眼的发育，研究人员使用了类器官，这些类器官是由胎儿细胞培养的小组织团块，密切模拟视网膜的部分。经过几个月的观察，这个研究团队识别出了塑造中心凹（foveola）的细胞事件，中心凹是视网膜中心负责最清晰视觉的小区域。研究主要集中在锥状光感受器上，这些光感受器提供白天和颜色视觉。这些细胞最终变成蓝锥、绿锥或红锥，每种锥细胞对不同波长的光作出反应。尽管中心凹只占视网膜的一小部分，但它负责大约一半的所有人类视觉感知。与视网膜的其他部分不同，中心凹仅包含红锥和绿锥细胞。 锥细胞的惊人转变 人类拥有三种不同的锥细胞类型，能够允许广泛的颜色视觉，这是不寻常的。确切的这种特殊模式是如何发展的，一直以来都是一个谜。约翰斯顿表示，科学家一直难以研究这一过程，因为常见的研究动物如小鼠和鱼并没有发展出相同的光感受器细胞排列。新发现表明，中心凹中的锥细胞模式是通过胎儿发育早期的一系列协调事件建立的。在第10到第12周，发展中的中心凹出现少量蓝锥细胞。然而到第14周，这些细胞已经转变为红锥和绿锥细胞。研究人员发现这通过两个独立的机制发生。首先，源自维生素A的分子视黄酸被分解，减少了新蓝锥细胞的形成。然后，甲状腺激素促使剩余的蓝锥细胞转变为红锥和绿锥细胞。“首先，视黄酸帮助设置模式。然后，甲状腺激素在转化剩余细胞中起作用，”约翰斯顿说。“这非常重要，因为如果你有那些蓝锥细胞，你的视力就不会那么好。” 挑战长期以来的理论 研究结果为一个困扰视觉研究者数十年的问题提供了新的解释。现有理论认为，蓝锥细胞在视网膜中心形成并随后向外迁移。然而，新的证据表明，这些细胞保持在原位，但改变其身份为红锥和绿锥细胞，形成尖锐视觉所需的特殊排列。“大约30年前，该领域的主要模型认为，那个区域中少量的蓝锥细胞 somehow 移开了，这些细胞决定了它们将成为何种细胞，并一直保持这种细胞类型，”约翰斯顿说。“我们还不能完全排除这一点，但我们的数据支持了一个不同的模型。这些细胞实际上是随着时间的推移而转变的，这真是令人惊讶。” 今后恢复视觉的潜力 研究人员相信，这些发现最终可能支持新的视觉损失治疗方法。约翰斯顿的团队正在继续改进它的视网膜类器官，使其更接近人类视网膜的功能。更好的模型可能帮助科学家生产更健康的光感受器细胞，以便未来的细胞替换疗法针对如黄斑变性等目前没有治愈方法的疾病。“使用这种类器官技术的目标是最终制造出几乎是按需定制的光感受器种群。一条巨大的潜在途径是细胞替换疗法，引入能够重新融入眼睛的健康细胞，并有可能恢复失去的视觉，”现在在芝加哥CiRC生物科学公司的分子和细胞生物学家哈西（Hussey）说。“这些都是非常长期的实验，当然在进入临床之前，我们需要优化安全性和有效性研究。但这是一条可行的旅程。”