新的研究揭示了在实验室中生长的人类视网膜如何证明视黄酸，而不是甲状腺激素，决定了对人类视力至关重要的色敏细胞的发育。这一发现促进了我们对色盲、视力丧失以及我们如何看待颜色的遗传基础的理解，为未来治疗视力障碍提供了有希望的途径。
研究人员在实验室环境中培养了人类视网膜，揭示了维生素A衍生物产生独特细胞的过程，这些细胞负责人类感知各种颜色的能力。狗、猫和其他各种哺乳动物都缺乏这种视觉能力。
“这些视网膜类器官让我们第一次研究了这种非常人类特异性的特征，”生物学副教授罗伯特·约翰斯顿（Robert Johnston）说。“这是一个巨大的问题，关于是什么让我们成为人类，是什么让我们与众不同。
该研究结果发表在PLOS Biology上，增加了对色盲，与年龄相关的视力丧失以及与光感受细胞相关的其他疾病的理解。他们还展示了基因如何指示人类视网膜制造特定的颜色感应细胞，科学家认为这一过程是由甲状腺激素控制的。
颜色传感的机制
通过调整类器官的细胞特性，研究小组发现，一种叫做视黄酸的分子决定了视锥细胞是专门感知红光还是绿光。只有视力正常的人类和密切相关的灵长类动物才会开发红色传感器。
几十年来，科学家们一直认为红色视锥细胞是通过抛硬币机制形成的，在这种机制中，细胞随意地致力于感知绿色或红色波长 – 约翰斯顿团队的研究最近暗示，这一过程可以通过甲状腺激素水平来控制。相反，这项新研究表明，红色视锥细胞是通过眼睛内视黄酸精心策划的一系列特定事件来实现的。
视网膜类器官标记为青色蓝色视锥细胞，绿色/红色视锥细胞绿色。在弱光或黑暗条件下帮助眼睛看东西的称为杆细胞的细胞被标记为洋红色。图片来源：Sarah Hadyniak/约翰霍普金斯大学
研究小组发现，类器官早期发育中高水平的视黄酸与较高的绿色视锥细胞比例相关。同样，低水平的酸改变了视网膜的遗传指令，并在发育后期产生了红色视锥细胞。
“它可能仍然有一些随机性，但我们最大的发现是你在发育早期制造视黄酸，”约翰斯顿说。“这个时机对于学习和理解这些视锥细胞是如何制造的非常重要。
绿色和红色视锥细胞非常相似，除了一种叫做视蛋白的蛋白质，它检测光并告诉大脑人们看到什么颜色。不同的视蛋白决定了视锥细胞是变成绿色还是红色传感器，尽管每个传感器的基因保持 96% 相同。通过一项突破性技术，发现了类器官中那些细微的遗传差异，该团队跟踪了200天内的锥体比率变化。
“因为我们可以在类器官中控制绿色和红色细胞的数量，我们可以推动池变得更绿或更红，”作者Sarah Hadyniak说，他在Johnston实验室作为博士生进行了这项研究，现在在杜克大学。“这对弄清楚视黄酸如何作用于基因具有重要意义。
可变性和愿景
研究人员还绘制了这些细胞在700名成年人的视网膜中差异很大的比例。Hadyniak说，看到人类的绿色和红色锥体比例如何变化是这项新研究最令人惊讶的发现之一。
人类视网膜的一部分。虚线用蓝色表示一个单独的绿色圆锥体和一个粉红色的红色圆锥体。图片来源：Sarah Hadyniak/约翰霍普金斯大学
科学家们仍然不完全理解绿色和红色视锥细胞的比例如何在不影响某人视力的情况下变化如此之大。约翰斯顿说，如果这些类型的细胞决定了人类手臂的长度，那么不同的比例将产生“惊人不同”的手臂长度。
为了建立对黄斑变性等疾病的理解，黄斑变性会导致视网膜中心附近的光敏细胞丢失，研究人员正在与约翰霍普金斯大学的其他实验室合作。目标是加深他们对视锥细胞和其他细胞如何与神经系统连接的理解。
“未来的希望是帮助那些有视力问题的人，”约翰斯顿说。“这还需要一段时间才能实现，但只要知道我们可以制造这些不同的细胞类型，就非常非常有希望。
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