肌細胞幫真渦蟲眼睛重生

2021-01-08 中國生物技術網

真渦蟲螢光圖像。視覺軸突和光感受器神經元顯示為青色，路標樣細胞顯示為洋紅色。 圖片來源：Lucila Scimone, Whitehead Institute

如果淡水生活的真渦蟲可以在幾天內重新長出眼睛。它們是如何做到這一點的呢？這是美國懷特海德研究所Peter Reddien實驗室多年來一直在研究的問題。近日，該團隊有了一些新見解：他們發現了一種新類型的細胞，有可能作為路標來幫助這些蠕蟲完成從眼睛到大腦的神經迴路重建。

這種蠕蟲可以再生身體的任何部分，而眼睛尤其是一個值得研究的部分。真渦蟲的眼睛由能捕捉光線的光感受器神經元組成，這些神經元通過軸突連接到大腦。當神經系統在胚胎中發育時，被稱為先鋒軸突的第一批神經纖維蜿蜒穿過組織，形成感知和解釋外部刺激所需的迴路。這些軸突由一種叫做路標細胞的特殊細胞幫助前進。在許多生物體中，一旦發育完成，這些路標細胞通常不會在成年期得到更新。這就是為什麼當人類經歷大腦或神經損傷時，這種損傷通常是永久性的。

然後，在2018年，Reddien實驗室的Lucila Scimone在成年真渦蟲身上發現了一些令人驚訝的東西：一群神秘的細胞可能在引導軸突生長方面發揮了作用。

當研究人員對這些細胞進行鑑定時，他們發現這些細胞不表達任何作為光感受器神經元特徵的基因。相反，他們在肌肉組織中發現了相關標記。在其他生物體中，路標細胞通常是神經元或神經膠質。肌肉細胞充當路標是不尋常的。但之前研究表明，真渦蟲肌肉細胞還發揮著其他特殊的作用，比如分泌細胞外基質。

研究人員開發了一種眼移植方法，可以把一隻動物的眼睛移植到另一隻動物身上。這時，如果位置合適，來自眼睛的軸突投影，基本上會連接到大腦，產生一種功能狀態。

研究人員還創造了基因工程渦蟲，它們有肌肉細胞，但是沒有眼睛，然後把眼睛移植到它們沒有眼睛的頭上。果然，神經元正常生長，並能調整它們的軌跡。但沒有這些細胞，情況就不一樣了。當研究人員將眼睛移植到沒有這些肌肉細胞的渦蟲身體時，光感受器神經元並沒有連接到大腦中心。

這些發現表明，這些細胞完全獨立於視覺系統——它們不是由眼睛或光感受器神經元形成的，而是可能在神經元生長之前就形成了——這為路標的作用提供了更多的證據。

這項研究在擴大再生醫學能力中向前邁進了一步。研究人員表示，想像這樣一個場景：某人經歷了脊髓損傷、眼損傷或中風，導致神經迴路喪失，我們的研究對生物體再生治療這些損傷提供了見解。

相關論文信息：https:// doi.org/10.1126/science.aba3203

作者：許悅 來源：中國科學報

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