Science：人为什么能看到颜色？秘密在于甲状腺激素

赤橙黄绿蓝靛紫，为什么我们能看到这些五彩的颜色？看似寻常的问题，吸引了约翰霍普金斯大学科学家们的目光。“行动派”的他们在实验室培养皿重现了人类视网膜发育的“类器官”，发现这一过程竟受甲状腺激素的调节。

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研究结果以“Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids”为题发表在《Science》杂志上，为开发治疗色盲和黄斑变性等眼疾的药物奠定了基础。

DOI: 10.1126/science.aau6348

眼睛中的锥形光感器是我们能看到颜色的“秘诀”所在，其表达的视蛋白色素可以对不同波长的光做出响应。在最新的研究中，约翰霍普金斯大学的发育生物学家Robert Johnston和他的团队将注意力放在了那些让人们能够看到蓝色、红色和绿色的视锥细胞——人眼中的三个锥形光感受器。这三个亚型是由其表达的视觉色素所定义：蓝视蛋白（短波长；S）、绿视蛋白（中波长；M）或红视蛋白（长波长；L）。影响视素表达或功能的突变导致各种形式的色盲和视网膜变性。

以往，大多数视觉研究都是在小鼠和鱼身上进行的，但这两种动物都没有人类日间视力和色觉。因此，Johnston的团队用干细胞创造了他们需要的“人类眼睛”——类器官。类器官和视网膜具有相似的分布、表达谱和圆锥亚型的形态。

“三色视觉将我们与大多数其他哺乳动物区别开来，”第一作者、约翰霍普金斯大学研究生Kiara Eldred说，“我们的研究正试图弄清楚这些细胞能带给我们什么特殊的颜色视觉。”

Temporally regulated TH signaling specifies cone subtypes.

在过去的几个月，随着细胞在实验室中生长并成为成熟的视网膜，研究小组发现首先确定的是蓝色视锥细胞，然后是红色和绿色视锥细胞。在这两种情况下，他们发现分子开关的关键竟然是甲状腺激素水平的高低。重要的是，这种激素的水平竟然不是受甲状腺控制（因为培养皿中没有甲状腺），而是由眼睛本身控制。

这一发现表明，锥形细胞向其调节亚型的分化受甲状腺激素的调控。这也解释了为什么早产儿由于缺乏母体的供应而使得甲状腺激素水平较低，其视力障碍发生率较高。

Johnston的实验室一直在探索细胞命运的决定机制——即在子宫中发生什么，可以将发育中的细胞转变为特定类型的细胞。这在很大程度上是人类生物学未知的方面。Eldred说:“如果我们能够回答导致细胞终端命运的原因，我们就能够为那些光感受器受损的人恢复色觉。”

这些发现只是第一步。未来，研究小组希望使用“类器官”来进一步了解色觉和视网膜其他区域（如黄斑）的形成机制。由于黄斑变性是人类致盲的主要原因之一，因此了解黄斑的形成机制有助于临床治疗。

责编：风铃

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参考资料：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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