Science：甲狀腺激素水平竟調節人視網膜中三種視錐細胞的產生

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在一項新的研究中，來自美國約翰霍普金斯大學的研究人員從頭開始構建出人類視網膜類器官，從而確定出讓人們看到顏色的細胞是如何產生的。相關研究結果發表2018年10月12日的Science期刊上，論文標題為「Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids」。這項研究為開發出治療色盲和黃斑變性等眼科疾病的療法奠定基礎。它還將在實驗室中構建出的這種「類器官（organoid）」作為一種在細胞水平上研究人類發育的模型。

圖片來自Science, doi:10.1126/science.aau6348。

論文通信作者、約翰霍普金斯大學發育生物學家Robert Johnston說，「我們研究的所有東西看起來都像一隻正常的發育中的眼睛，它們只是在培養皿中培養的。你有一種模型系統，你就能夠在不用直接研究人體的情況下操縱它。」

Johnston實驗室探究了細胞的命運是如何決定的---或者說子宮中發生的哪些事件讓發育中的細胞轉變為特定類型的細胞，這是人類生物學中很大程度上未知的一個方面。在這項新的研究中，Johnston和他的團隊專註於讓人們看到藍色、紅色和綠色的細胞---人眼中的三種視錐細胞（cone photoreceptor）。

雖然大多數視覺研究都是針對老鼠和魚類開展的，但是這些物種都沒有人類動態的白天視覺（daytime vision）和顏色視覺。為此，他們利用幹細胞構建出他們所需的人類視網膜類器官。幾個月後，隨著這些幹細胞在實驗室中生長並形成完整的視網膜，Johnston團隊發現檢測藍色的細胞首先產生，隨後是檢測紅色和綠色的細胞。在這兩種情形下，他們發現一種分子開關的關鍵是甲狀腺激素的起伏。重要的是，這種激素的水平不受甲狀腺控制，而是完全由視網膜本身控制，畢竟甲狀腺並不存在於培養皿中。

通過了解甲狀腺激素的水平如何決定這些幹細胞是否變成檢測藍色的細胞以及檢測紅色和綠色的細胞，Johnston團隊能夠操縱這種結果，構建出僅能夠看見藍色的視網膜，以及僅能夠看見紅色和綠色的視網膜，就好像它們是完整人類眼睛的一部分。

這一發現表明甲狀腺激素對產生檢測紅色和綠色的視錐細胞是至關重要，它有助人們深入了解為何因缺乏母體供應而甲狀腺激素水平下降的早產嬰兒具有比較高的視力障礙發生率的原因。

這些發現是Johnston實驗室邁出的第一步。在未來，他們想要利用類器官更多地了解顏色視覺和參與視網膜其他區域（如黃斑）產生的機制。鑒於黃斑變性是人們失明的主要原因之一，因此了解如何培育出新的黃斑可能會導致人們開發出臨床治療方法。

參考資料：

Kiara C. Eldred1, Sarah E. Hadyniak1, Katarzyna A. Hussey et al. Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids. Science, 12 October 2018, 362(6411):eaau6348, doi:10.1126/science.aau6348.

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