与人类和其他哺乳动物不同，再生物种可以将其支持细胞转化为感觉细胞，以在受损后恢复听力。这项由南加州大学（USC）干细胞科学家进行的新研究揭示了某些动物如何通过重新激活休眠的基因调节器来再生听力。该发现为未来可能帮助人类从听力损失和平衡障碍中恢复的机制提供了重要见解。
该研究由Tuo Shi、Ksenia Gnedeva和Gage Crump领导，他们来自南加州大学凯克医学院。研究重点在于内耳中的两种关键细胞类型：检测声音的感觉细胞和支持这些细胞提供结构和功能支持的支持细胞。与人类和其他哺乳动物不同，再生物种可以在受损后将支持细胞转化为感觉细胞以恢复听力。
通过比较两种不同的再生脊椎动物——斑马鱼和蜥蜴——与非再生脊椎动物如小鼠，研究人员发现了使某些脊椎动物能够替换感觉细胞以恢复听力的关键因素。“通过比较这两种再生脊椎动物与非再生脊椎动物，我们发现了一些对于某些脊椎动物能够替换感觉细胞以恢复听力至关重要的基本机制。”Crump说道。
绘制再生的遗传蓝图
研究团队调查了这些动物的基因组是如何组织的，以允许如此显著的再生能力。通过研究斑马鱼和绿鬣蜥（两者都能再生感觉细胞）的内耳，他们比较了这些动物的DNA控制元件（称为增强子）与缺乏这种再生能力的小鼠的增强子。增强子是能够增强特定基因表达的DNA区域。在再生物种中，某些增强子在受伤后被激活，放大了一种名为ATOH1的蛋白质的生产。这种蛋白质启动了生成新感觉细胞所需的基因激活过程。
使用CRISPR技术，研究人员删除了斑马鱼中的五个关键增强子。结果表明，这不仅显著影响了胚胎阶段感觉细胞的发育，还影响了损伤后的再生。“过去，单独删除个别增强子通常不会产生多大影响，但通过针对斑马鱼中的所有五个增强子，我们发现了它们在发育和再生中的关键作用。”Crump说道。
哺乳动物为何不能再生听力？
研究团队发现，小鼠拥有类似的增强子，这些增强子在胚胎发育期间发挥作用。然而，与斑马鱼和蜥蜴不同，哺乳动物在成年后失去了维持这些增强子处于“开放”状态的能力。这种封闭状态阻止了哺乳动物内耳中的支持细胞替代受损的感觉细胞，从而阻止了再生。“我们发现，再生脊椎动物中的相关细胞类型在发育到成年阶段的过程中保持增强子的开放状态，因此这些相关细胞在受损后可以相互替代。”Crump说道。
有趣的是，研究发现，基因删除影响了斑马鱼内耳中的感觉细胞，但不影响其侧线器官中的感觉细胞，后者专门用于检测水的运动。这种特异性突显了这些增强子在听觉相关细胞中的精确和局部作用。
治疗听力损失的前景
这些发现为旨在恢复人类听力的潜在疗法铺平了道路。通过使用靶向技术“解锁”人类基因组中的这些增强子，科学家们可以刺激内耳中感觉细胞的再生。“在未来，可以使用靶向策略打开人类内耳中的这些增强子，以增强我们的自然再生能力并逆转聋哑。”Crump说道。
该研究加入了越来越多的研究，探讨再生物种如何启发人类医学的突破。例如，先前的研究显示，斑马鱼在受伤后可以再生心脏组织，这导致了心脏疗法的进步。
通过理解和利用感觉细胞再生背后的机制，研究人员不仅希望解决听力损失问题，还可能解决其他感官障碍。该研究已发表在《美国国家科学院院刊》上。
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