苹果螺能够完全再生其眼睛，其基因及眼部结构与人类惊人相似。科学家绘制了再生过程图谱，并利用CRISPR基因编辑技术鉴定出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，阿科尔西证明福寿螺与人类眼睛共享诸多解剖学和遗传学特征。
"福寿螺是一种非凡的生物体，"阿科尔西表示。"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，这将使他们能够探索眼球再生背后的遗传和分子机制。
行动不缓的蜗牛
福寿螺（Pomacea canaliculata）是一种原产于南美洲的淡水螺类。如今它已成为世界多地入侵物种，但阿科尔西指出，正是使福寿螺具备强大入侵性的这些特性，也使它们成为理想的实验室研究对象。
"福寿螺适应力强，世代周期极短，且繁殖能力旺盛，"她解释道。
除了易于实验室培育外，福寿螺还拥有与人类相同的"相机型"眼球。
数个世纪以来，蜗牛的再生能力广为人知——早在1766年，就有研究者记录到被断头的蜗牛能再生整个头部。然而，阿科尔西是首位将这一特性应用于再生研究的科学家。
"当我开始研读这些资料时，我不禁自问：为何至今无人利用蜗牛研究再生？"阿科尔西说。"我认为这是因为我们此前尚未找到最理想的研究对象。许多其他蜗牛在实验室中难以培育或生长极其缓慢，且不少物种经历变态发育阶段，这增添了研究难度。"
相机般精准的眼球
动物界存在多种眼球结构，但相机型眼球以产生高分辨率图像著称。其结构包含保护性角膜、聚焦光线的晶状体，以及含有数百万感光细胞的视网膜。这种眼球结构存在于所有脊椎动物、部分蜘蛛、鱿鱼、章鱼及某些蜗牛中。
通过解剖学、显微技术和基因组分析的结合，阿科尔西团队证实福寿螺眼球在解剖结构和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，参与人类眼球发育的诸多基因同样存在于福寿螺体内，"阿科尔西表示。"再生后的新眼球在形态结构和基因表达上与原始眼球几乎完全一致。"
眼球再生的奥秘
那么，蜗牛如何在截肢后再生眼球？研究者揭示该过程耗时约一个月，分为多个阶段：首先，伤口需在约24小时内愈合以防止感染和体液流失；随后，未分化细胞在该区域迁移增殖；约一周半时间内，这些细胞逐步分化并开始形成晶状体、视网膜等眼球结构；至截肢后第15天，包含视神经在内的所有眼球结构均已形成，但这些结构仍需数周时间继续成熟发育。
"虽然尚无确凿证据表明再生眼球具备成像能力，但从解剖学角度看，它们拥有成像所需的所有组件，"阿科尔西指出。"开发行为学检测方法以验证蜗牛能否通过再生眼与原装眼同样处理视觉刺激，这将非常有趣。这正是我们当前的研究方向。"
团队还探究了再生过程中的基因活性变化。截肢后即时检测显示，约9000个基因的表达水平与正常成体蜗牛眼存在差异；28天后，再生眼中仍有1175个基因表达异常，这表明尽管眼球在月余看似发育完全，但完全成熟可能需要更长时间。
再生基因图谱
为深入理解基因如何调控再生过程，阿科尔西开发了基于CRISPR-Cas9的蜗牛基因组编辑技术。
"核心思路是通过诱变特定基因，观察其对生物体的影响，从而解析基因组不同区域的功能，"阿科尔西阐释道。
在首次实验中，团队利用CRISPR/Cas9诱变了蜗牛胚胎的pax6基因。已知pax6基因调控人类、小鼠及果蝇的脑组织与眼球发育。与人类相似，蜗牛每个基因也拥有双拷贝（分别来自父母本）。研究表明：当福寿螺携带两个失活pax6基因拷贝时，发育过程无法形成眼球，这证实pax6同样是福寿螺眼球初始发育的关键基因。
阿科尔西正推进下一步研究：验证pax6是否参与眼球再生过程。为此需在成体蜗牛中诱变或关闭pax6基因，继而检测其再生能力。
她同时致力于探究其他眼相关基因，包括编码眼球特定部位（如晶状体、视网膜）的基因，以及调控pax6的基因。
"若发现对蜗牛眼球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，理论上可通过激活这些基因实现人类眼球再生，"阿科尔西展望道。
研究的共同作者包括加州大学戴维斯分校的Asmita Gattamraju，以及斯托瓦斯医学研究所的Brenda Pardo、Eric Ross、Timothy J. Corbin、Melainia McClain、Kyle Weaver、Kym Delventhal、Jason A. Morrison、Mary Cathleen McKinney、Sean A. McKinney和Alejandro Sanchez Alvarado。阿科尔西在2024年加入加州大学戴维斯分校前，于斯托瓦斯医学研究所担任博士后期间完成了本研究的主体工作。
本项目获得霍华德·休斯医学研究所、发育生物学学会、美国解剖学协会及斯托瓦斯医学研究所资助。