Science：人為什麼能看到顏色？秘密在於甲狀腺激素

赤橙黃綠藍靛紫，為什麼我們能看到這些五彩的顏色？看似尋常的問題，吸引了約翰霍普金斯大學科學家們的目光。「行動派」的他們在實驗室培養皿重現了人類視網膜發育的「類器官」，發現這一過程竟受甲狀腺激素的調節。

圖片來源： EVGENIY / Fotolia

研究結果以「Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids」為題發表在《Science》雜誌上，為開發治療色盲和黃斑變性等眼疾的藥物奠定了基礎。

DOI: 10.1126/science.aau6348

眼睛中的錐形光感器是我們能看到顏色的「秘訣」所在，其表達的視蛋白色素可以對不同波長的光做出響應。在最新的研究中，約翰霍普金斯大學的發育生物學家Robert Johnston和他的團隊將注意力放在了那些讓人們能夠看到藍色、紅色和綠色的視錐細胞——人眼中的三個錐形光感受器。這三個亞型是由其表達的視覺色素所定義：藍視蛋白（短波長；S）、綠視蛋白（中波長；M）或紅視蛋白（長波長；L）。影響視素表達或功能的突變導致各種形式的色盲和視網膜變性。

以往，大多數視覺研究都是在小鼠和魚身上進行的，但這兩種動物都沒有人類日間視力和色覺。因此，Johnston的團隊用幹細胞創造了他們需要的「人類眼睛」——類器官。類器官和視網膜具有相似的分布、表達譜和圓錐亞型的形態。

「三色視覺將我們與大多數其他哺乳動物區別開來，」第一作者、約翰霍普金斯大學研究生Kiara Eldred說，「我們的研究正試圖弄清楚這些細胞能帶給我們什麼特殊的顏色視覺。」

Temporally regulated TH signaling specifies cone subtypes.

在過去的幾個月，隨著細胞在實驗室中生長並成為成熟的視網膜，研究小組發現首先確定的是藍色視錐細胞，然後是紅色和綠色視錐細胞。在這兩種情況下，他們發現分子開關的關鍵竟然是甲狀腺激素水平的高低。重要的是，這種激素的水平竟然不是受甲狀腺控制（因為培養皿中沒有甲狀腺），而是由眼睛本身控制。

這一發現表明，錐形細胞向其調節亞型的分化受甲狀腺激素的調控。這也解釋了為什麼早產兒由於缺乏母體的供應而使得甲狀腺激素水平較低，其視力障礙發生率較高。

Johnston的實驗室一直在探索細胞命運的決定機制——即在子宮中發生什麼，可以將發育中的細胞轉變為特定類型的細胞。這在很大程度上是人類生物學未知的方面。Eldred說:「如果我們能夠回答導致細胞終端命運的原因，我們就能夠為那些光感受器受損的人恢複色覺。」

這些發現只是第一步。未來，研究小組希望使用「類器官」來進一步了解色覺和視網膜其他區域（如黃斑）的形成機制。由於黃斑變性是人類致盲的主要原因之一，因此了解黃斑的形成機制有助於臨床治療。

責編：風鈴

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參考資料：1）Human retinas grown in a dish explain how color vision develops

2）Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids

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