约翰霍普金斯大学研究:胎儿早期视网膜中视黄酸与甲状腺激素协同塑造锐利视觉

约翰霍普金斯大学科学家在一项基于实验室培养视网膜组织的研究中提出,人类在胎儿早期发育阶段,视网膜内维生素A衍生物与甲状腺激素的相互作用,可能是促成锐利视觉形成的关键因素。研究团队表示,这一发现为长期以来关于眼睛如何形成感光细胞分布的主流观点提供了不同解释,并可能为黄斑变性、青光眼等与年龄相关的视力疾病研究带来新的思路。相关论文已发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)。

研究负责人、约翰霍普金斯大学生物学副教授罗伯特·J·约翰斯顿(Robert J. Johnston Jr.)称,这项工作有助于理解视网膜中心区域的内部机制。该区域在视觉中至关重要,也是黄斑变性患者往往最先受损的部位。他表示,团队希望通过更好地理解这一结构并改进类器官模型,未来能够探索培养并移植相关组织以恢复视力的可能性。

类器官用于追踪视网膜中心区域形成

研究团队近年来建立了利用类器官研究眼睛发育的方法。类器官为由胎儿细胞培养形成的小型组织团块。研究人员对实验室培养的视网膜进行了数月监测,进而观察到塑造视网膜中央凹(foveola)的细胞机制。视网膜中央凹是负责锐利视觉的关键区域。

研究聚焦于支持昼间视觉的光敏细胞——锥体细胞。锥体细胞可分化为对不同光线敏感的蓝、绿、红三类。研究介绍称,尽管视网膜中央凹在整个视网膜中占比不大,但承担了约50%的视觉感知;该区域包含红锥和绿锥,不含蓝锥,而蓝锥分布在视网膜其他区域。

研究人员指出,人类具备三类锥体细胞,使其能够感知更广泛的色谱,而这种细胞分布模式如何在发育中形成,长期困扰科学界。约翰斯顿表示,常用实验动物如老鼠、鱼类等并不具备相同的细胞模式,使相关研究更具挑战。

视黄酸分解与甲状腺激素共同影响锥体命运

研究团队提出,视网膜中央凹锥体细胞的分布,源于早期发育阶段细胞命运指定与转换的协调作用。研究显示,在胎儿第10至12周时,视网膜中央凹中存在少量蓝锥细胞;到第14周,这些蓝锥细胞转变为红锥和绿锥。

研究认为,这一模式形成涉及两个过程:其一,维生素A衍生分子视黄酸(retinoic acid)被分解,从而限制蓝锥细胞的生成;其二,甲状腺激素促进蓝锥细胞向红锥和绿锥细胞的转化。约翰斯顿表示,视黄酸首先参与“设定模式”,随后甲状腺激素推动剩余细胞发生转换;他同时指出,如果蓝锥细胞数量过多,视觉表现可能会受到影响。

研究团队称,这一结果为主流理论提供了不同视角。此前一种主要模型认为,发育过程中视网膜中央凹中的少量蓝锥细胞会迁移至视网膜其他区域,且细胞类型一旦确定便保持不变。约翰斯顿表示,团队尚无法完全排除迁移的可能,但其数据更支持另一种解释:这些细胞会随时间发生类型转化。

对细胞治疗研究的潜在意义

研究人员认为,上述发现可能为视力丧失相关疗法研究提供线索。团队正在进一步完善类器官模型,以更好模拟人类视网膜功能。

前博士生、现细胞治疗公司CiRC Biosciences分子与细胞生物学家卡塔日娜·哈西(Katarzyna Hussey)表示,类器官技术的目标之一,是最终获得更接近“定制化”的光感受器细胞群体;细胞替代疗法的方向在于引入健康细胞并使其重新整合入眼内,从而在理论上具备恢复部分视力的潜力。她同时强调,这类研究属于长期探索,在进入临床前仍需开展安全性与有效性优化工作。


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