切掉的眼睛还能再生？《科学》揭示这种神奇生物的秘密

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？

在近日发表的一篇《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。

参考资料：
[1] M. Lucila Scimon et al., (2020), Muscle and neuronal guidepost-like cells facilitate planarian visual system regeneration, Science, DOI: 10.1126/science.aba3203
[2] Guide cells help navigate axon regeneration, Retrieved June 25, 2020, from https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1428
[3] These muscle cells are guideposts to help regenerative flatworms grow back their eyes, Retrieved June 25, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/wifb-tmc062220.php

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▎药明康德内容团队编辑

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