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切掉的眼睛还能再生?今日《科学》揭示这种神奇生物的秘密

切掉的眼睛还能再生?今日《科学》揭示这种神奇生物的秘密
2020年06月26日 20:44 新浪网 作者 返朴

  编辑 | 药明康德内容团队

  来源:学术经纬

  真涡虫(planarian)是一种神奇的生物,它最为人所知的特点就是具有超强的再生能力:把它的脑袋给切掉,剩下的身体可以长出一个新的脑袋,令人称奇。

切掉的眼睛还能再生?今日《科学》揭示这种神奇生物的秘密

  真涡虫具有极强的再生能力丨图片来源:参考资料[2]

  事实上,这种神奇生物的再生能力有着很高的精准度。科学家们发现,如果不是简单粗暴地砍掉它整个脑袋,而是仅仅切掉它的眼睛,在几天之后,真涡虫的眼睛也能重新给长回来,并且新的眼睛还具有正常的功能。

  这个现象让科学家们百思不得其解。毕竟想让眼睛具有正常的功能,只长出感光细胞可不够。这些动物还必须把感光细胞和大脑用神经连接起来。在胚胎发育的过程中,一类“路标细胞”(guidepost cells)会告诉神经细胞,如何在复杂的三维解剖环境中穿行,何时伸长,何时拐弯,何时停下,最终打通视觉的神经通路。

  然而这些路标细胞很多只会短暂出现在胚胎发育期间,很快就会消失。那么成年的真涡虫,又是掌握了什么奥秘,能够让眼睛重生呢?

切掉的眼睛还能再生?今日《科学》揭示这种神奇生物的秘密

  在今日发表的一篇《科学》论文中,来自麻省怀特海德研究所(Whitehead Institute)的一支团队对这个问题进行了回答。

  使用荧光原位杂交(FISH)技术,研究人员们在真涡虫的视觉系统附近发现了一小批全新的细胞。这些细胞与神经有很高的重合度,它们要么在眼睛附近,靠近感光细胞伸出神经轴突的位置;要么沿着轴突前行的路径分布。

  令人惊讶的是,新找到的“路标细胞”里,根据基因表达的特征,研究人员们意外发现,其中两类居然是肌肉细胞!“在大部分动物体内,肌肉细胞可不干这事。”本研究的第一作者M. Lucila Scimone博士说道。在其他动物里,充当“路标细胞”的,大部分是神经元和胶质细胞。

切掉的眼睛还能再生?今日《科学》揭示这种神奇生物的秘密

  显微镜下的视觉神经轴突/感光细胞神经元(青色)与路标细胞(紫红色)丨图片来源:Lucila Scimone, Whitehead Institute

  这些肌肉细胞真的会影响新神经的分布吗?为了检验这个假设,研究人员们开发了一种“眼睛移植”技术,将一只真涡虫的眼睛,移植到另一只真涡虫脑袋上。研究发现,这些新的眼睛果然会朝着这些肌肉细胞伸出神经元,并在接触到这些肌肉细胞后对前行方向进行调整,最终与大脑进行连接,行使正常的视觉功能。

  有意思的是,倘若研究人员们把这些眼睛移植到真涡虫身体的其他部位(缺乏这种特殊的肌肉细胞),感光神经元就找不到去大脑的路了。类似地,如果先去掉这些肌肉细胞,再进行移植,也会出现同样的结果。

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  两类肌肉细胞协助移植后的眼睛铺好神经通路丨图片来源:参考资料[1]

  这些神奇的肌肉细胞是怎么知道要出现在哪里,从而指导神经的分布的呢?后续研究发现,原来在肌肉里会分泌一些特殊的信号分子,告诉这些指路的细胞前往哪里。如果干扰这些信号分子,指路的细胞就会迷路,前往错误的地方,也把神经引导到错误的地方。

  “这是未来一个令人振奋的新方向,”本研究的通讯作者Peter W. Reddien教授说道:“我们现在知道了这些细胞的转录组,意味着我们能知道这些细胞表达的所有基因。这将能让我们列出有趣的基因,探索它们的功能,看看哪些影响了这些细胞的功能。”

切掉的眼睛还能再生?今日《科学》揭示这种神奇生物的秘密

  神奇的涡虫,也许隐藏着治疗人类神经损伤的秘密丨图片来源:Holger Brandl, HongKee Moon, Miquel Vila-Farré, Shang-Yun Liu, Ian Henry, and Jochen C. Rink / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)

  《科学》杂志为这篇论文特地做了专文评述。评述最后指出,这项工作为人类的神经再生带来了新的方向。有朝一日,我们或许能够模拟这些路标细胞的功能,指导神经轴突的形成。这对由于各种原因导致神经受损的患者来说,不啻是一个福音。

  参考资料

  [1] M. Lucila Scimon et al., (2020), Muscle and neuronal guidepost-like cells facilitate planarian visual system regeneration, Science, DOI: 10.1126/science.aba3203

  [2] Guide cells help navigate axon regeneration, Retrieved June 25, 2020, from https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1428

  [3] These muscle cells are guideposts to help regenerative flatworms grow back their eyes, Retrieved June 25, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/wifb-tmc062220.php注:本文旨在介绍医药健康研究进展,不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导,请前往正规医院就诊。

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