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切掉的眼睛还能再生?《科学》揭示这种神奇生物的秘密

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发表于 2020-6-28 15:52:17 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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。

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?

在26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。

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。类似的,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。

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。”

《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。
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