苹果螺能完全再生眼睛，其基因及眼部结构与人类存在惊人相似性。科学家绘制了再生过程图谱，并利用CRISPR基因编辑技术确定pax6等对眼睛发育至关重要的基因，这为未来人类视力恢复带来了希望。
在8月6日发表于Nature Communications的一项新研究中，阿库尔西证明福寿螺与人类眼睛具有诸多解剖学与遗传学特征的相似性。
"福寿螺是种非凡的生物体，"阿库尔西表示，"它们为研究复杂感觉器官的再生提供了独特机会。在此之前，我们一直缺乏研究完整眼球再生的模型系统。"
她的团队还开发了编辑福寿螺基因组的方法，这将有助于探索眼球再生背后的遗传与分子机制。
非典型蜗牛速度的螺类
福寿螺（Pomacea canaliculata）是原产于南美洲的淡水螺类。虽然目前在世界上许多地方已成为入侵物种，但阿库尔西指出，正是这些使其具有入侵性的特性，也使其成为理想的实验室研究对象。
"福寿螺适应力强，世代时间极短，且繁殖能力旺盛，"她解释道。
除易于实验室培养外，福寿螺还拥有"相机型"眼睛——这与人类眼睛类型相同。
数个世纪以来，蜗牛的再生能力广为人知——早在1766年就有研究者记录断头花园蜗牛可完整再生头部。然而，阿库尔西是首位将这一特性应用于再生医学研究的学者。
"当我开始查阅相关资料时，不禁自问为何无人利用蜗牛研究再生？"阿库尔西回忆道，"我认为这是因为此前尚未找到最理想的研究对象。许多其他蜗牛在实验室难以繁殖或生长极慢，且多数物种经历变态发育阶段，这增加了研究难度。"
相机般的眼睛
动物界存在多种眼型，但相机型眼睛以生成高分辨率图像著称。其结构包含保护性角膜、聚光晶状体以及含有数百万感光细胞的视网膜。除所有脊椎动物外，某些蜘蛛、鱿鱼、章鱼及部分螺类也具备此类眼睛。
通过解剖学、显微技术和基因组分析的结合，阿库尔西团队证实福寿螺眼睛在解剖结构与遗传基因层面均与人类眼睛高度相似。
"我们通过大量工作证明，参与人类眼睛发育的众多基因同样存在于福寿螺体内，"阿库尔西表示，"再生后的新眼在形态学和基因表达水平与原生眼基本一致。"
眼球再生的奥秘
那么，福寿螺如何在截肢后再生眼球？研究表明该过程历时约一个月，分为多个阶段：首先在24小时内完成创口愈合防止感染与体液流失；随后非特化细胞迁移至伤处增殖；约一周半内这些细胞逐步特化，开始形成晶状体、视网膜等眼部结构；截肢后第15天，包含视神经在内的所有眼部结构均已成形，但完全成熟仍需数周时间。
"虽然尚无确凿证据证明再生眼具有成像能力，但从解剖学角度看所有成像组件均已齐备，"阿库尔西指出，"开发行为学检测方法验证再生眼能否如原生眼般处理视觉刺激将极具意义，这正是我们当前的研究方向。"
团队同时监测了再生过程中的基因活性变化。截肢初期，约9,000个基因表达水平相较正常成螺眼睛发生改变；至第28天，仍有1,175个基因在再生眼中保持差异表达，这表明尽管形态发育已完成，眼球功能成熟可能需要更长时间。
再生基因图谱
为深入探究基因调控再生的机制，阿库尔西开发了基于CRISPR-Cas9的福寿螺基因组编辑技术。
"核心思路是通过突变特定基因观察生物体表型变化，从而解析基因组不同区域的功能，"阿库尔西阐释道。
在初步实验中，团队利用CRISPR/Cas9突变螺胚中的pax6基因。该基因已知调控人类、小鼠及果蝇的脑眼发育。与人类相似，福寿螺每个基因也存在双拷贝。研究发现：当两个pax6拷贝均失活时，幼螺发育完全缺失眼睛，证实pax6在福寿螺初始眼发育中不可或缺。
阿库尔西正推进下一步研究：验证pax6是否参与眼再生过程。这需要在成螺体内突变或关闭pax6基因后检测其再生能力。
她同时研究其他眼相关基因，包括编码晶状体、视网膜等特定结构的基因，以及调控pax6的上游基因。
"若发现对眼再生至关重要的基因集，且这些基因同样存在于脊椎动物体内，理论上可通过激活它们实现人类眼睛再生，"阿库尔西展望道。
研究共同作者包括加州大学戴维斯分校的阿西米塔·加塔姆拉朱，斯托瓦斯医学研究所的布伦达·帕尔多、埃里克·罗斯、蒂莫西·J·科尔宾、梅莱尼亚·麦克莱恩、凯尔·韦弗、基姆·德尔文塔尔、杰森·A·莫里森、玛丽·凯瑟琳·麦金尼、肖恩·A·麦金尼和亚历杭德罗·桑切斯·阿尔瓦拉多。阿库尔西的主要研究工作在斯托瓦斯医学研究所完成，她于2024年加入加州大学戴维斯分校前担任该所博士后研究员。
本研究由霍华德·休斯医学研究所、发育生物学会、美国解剖学协会及斯托瓦斯医学研究所资助。