人类可以再生眼睛吗？这些蜗牛已经做到了
人的眼睛是复杂且无法修复的，但它们在结构上与淡水苹果蜗牛相似，可以完全再生眼睛。 加州大学戴维斯分校分子和细胞生物学助理教授爱丽丝·阿科西 （Alice Accorsi） 研究这些蜗牛如何重新长出眼睛，目标是最终帮助眼睛受伤的人恢复视力。 在 8 月 6 日发表的一项新研究中自然通讯，Accorsi 表明苹果蜗牛和人眼具有许多解剖学和遗传特征。 “苹果蜗牛是一种非凡的生物，”阿科西说。 “它们为研究复杂感觉器官的再生提供了独特的机会。 在此之前，我们缺少一个研究全眼再生的系统。 她的团队还开发了编辑苹果蜗牛基因组的方法，这将使他们能够探索眼睛再生背后的遗传和分子机制。 一种不那么蜗牛的节奏蜗牛 金苹果蜗牛（Pomacea canaliculata）是一种淡水蜗牛，来自南美洲。 它现在在世界其他地区的许多地方都是入侵性的，但阿科西说，使苹果蜗牛如此具有侵入性的相同特征也使它们成为在实验室中工作的好动物。 “苹果蜗牛很有弹性，它们的生成时间很短，而且它们有很多孩子，”她说。 除了易于在实验室中种植外，苹果蜗牛还有“相机型”眼睛——与人类相同类型。几个世纪以来， 蜗牛一直以其再生能力而闻名——1766 年，一位研究人员指出，被斩首的花园蜗牛可以重新长出整个头部。 然而，雅高西是第一个在再生研究中利用这一功能的公司。 “当我开始阅读有关此文章时，我问自己，为什么还没有人使用蜗牛来研究再生？” 阿科西说。 “我认为这是因为直到现在我们还没有找到完美的蜗牛来研究。 很多其他蜗牛都是在实验室中繁殖困难或非常缓慢，而且许多物种也会经历，这带来了额外的挑战。 像相机一样的眼睛 动物界有多种类型的眼睛，但相机型眼睛以产生特别高分辨率的图像而闻名。 它们由保护性角膜、用于聚焦光线的晶状体和包含数百万个光检测感光细胞的视网膜组成。 它们存在于所有脊椎动物、一些蜘蛛、鱿鱼和章鱼中，还有一些蜗牛。 通过结合解剖、显微镜和基因组分析，Accorsi 的团队表明，苹果蜗牛的眼睛在解剖学和遗传学上与人眼相似。 “我们做了很多工作来证明许多参与人眼发育的基因也存在于蜗牛中，”Accorsi 说。 “再生后，新眼睛的形态和基因表达与原来的眼睛几乎相同。” 如何重新长出眼睛 那么，如何蜗牛截肢后眼睛会重新长出来？ 研究人员表明，这个过程大约需要一个月的时间，包括几个阶段。 首先，伤口必须愈合以防止感染和体液流失，这通常需要大约 24 小时。 然后，非特化细胞在该区域迁移和增殖。 在大约一周半的时间里，这些细胞特化并开始形成眼睛结构，包括晶状体和视网膜。 到截肢后第 15 天，眼睛的所有结构都存在，包括视神经，但这些结构会继续成熟并生长数周。 “我们仍然没有确凿的证据表明它们可以看到图像，但从解剖学上讲，它们具有形成图像所需的所有组件，”阿科西说。 “开发一种行为测定来表明蜗牛可以使用新眼睛处理刺激的方式与使用原来的眼睛相同的方式，这将是非常有趣的。 这是我们正在努力的事情。 该团队还研究了哪些基因在再生过程中处于活性状态。 他们表明，截肢后，蜗牛立即拥有大约 9,000 个基因，与正常成年蜗牛眼睛相比，这些基因的表达率不同。 28天后，再生眼中仍有1175个基因表达不同，这表明虽然眼睛在一个月后看起来完全发育，但完全成熟可能需要更长的时间。 用于再生的 基因 更好地了解基因如何调节再生，Accorsi 开发了使用 CRISPR-Cas9 编辑蜗牛基因组的方法。 “我们的想法是，我们突变特定的基因，然后看看它对动物有什么影响，这可以帮助我们了解基因组不同部分的功能，”Accorsi 说。 作为第一个测试，该团队使用CRISPR/Cas9突变了一个叫做pax6在蜗牛胚胎中。众所周知，Pax6可以控制人类、小鼠和果蝇大脑和眼睛的发育和组织。 喜欢人类，蜗牛每个基因都有两个拷贝--父母双方一个。 研究人员表明，当苹果蜗牛有两个非功能性版本的pax6时，它们会在没有眼睛的情况下发育，这表明pax6对于苹果蜗牛的初始眼睛发育也是必不可少的。 Accorsi 正在进行下一步：测试 paetherpax6 是否也在眼睛再生中发挥作用。 为了确定这一点，研究人员需要突变或关闭pax6在成年蜗牛中，然后测试它们的再生能力。 她还在研究其他与眼睛相关的基因，包括编码眼睛特定部位的基因，如晶状体或视网膜，以及控制Pax6的基因。 “如果我们找到一组对眼睛再生很重要的基因，并且这些基因也存在于脊椎动物中，理论上我们可以激活它们以实现人类的眼睛再生，”Accorsi 说。 该研究的其他作者是加州大学戴维斯分校的 Asmita Gattamraju 和 Brenda Pardo、Eric Ross、Timothy J。 科尔宾，梅莱尼亚麦克莱恩、凯尔·韦弗、凯姆·德尔文塔尔、杰森 A. 莫里森、玛丽·凯瑟琳·麦金尼、肖恩· 斯托尔斯医学研究所的麦金尼和亚历杭德罗·桑切斯·阿尔瓦拉多。 Accorsi 在斯托尔斯医学研究所进行了这项研究的大部分研究，在 2024 年加入加州大学戴维斯分校之前，她曾在那里担任博士后研究员。 该研究由霍华德休斯医学研究所、发育生物学学会、美国解剖学协会和斯托尔斯医学研究所。