苹果螺Pomacea canaliculata：研究完全相机型眼再生的新型遗传可操作无脊椎动物模型

研究人员针对相机型眼损伤后难以完全修复的难题，以苹果螺Pomacea canaliculata为模型，系统研究了其相机型眼的完整再生过程。通过建立CRISPR-Cas9基因编辑技术，首次在软体动物中构建了pax6基因稳定突变株，证实该基因在眼发育中的保守性。该研究为解析复杂感觉器官再生机制提供了全新模型，发表于《Nature Communications》。

　　

在生物医学领域，眼睛作为最精密的感官器官之一，其损伤修复一直是重大挑战。脊椎动物的相机型眼(camera-type eye)结构复杂，包含角膜、晶状体、视网膜等多层精密组织，一旦受损往往导致不可逆的视力丧失。虽然斑马鱼、蝾螈等模型能部分修复视网膜细胞，但成年脊椎动物完全再生整个眼球的能力至今未见报道。与此同时，无脊椎动物中虽然存在强大的再生能力，但多数研究集中在结构简单的色素杯眼(pigmented cup eye)再生，与人类视觉系统的可比性有限。这种研究模型的缺失，严重阻碍了人们对复杂感觉器官再生机制的深入理解。

针对这一科学瓶颈，来自霍华德休斯医学研究所(HHMI)和斯托尔斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)的研究团队将目光投向了一种特殊的淡水腹足类——金苹果螺(Pomacea canaliculata)。这种生物不仅具有与脊椎动物相似的相机型眼结构，还展现出惊人的再生能力：成年个体能在一个月内完全再生被切除的整个眼球结构。研究人员通过多学科交叉方法，首次在软体动物中建立了稳定的基因编辑技术，揭示了眼发育关键基因pax6在进化上的保守性，相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究团队主要采用了四种关键技术方法：(1)建立外卵培养系统实现胚胎发育实时观察；(2)优化显微注射技术实现外源mRNA递送；(3)开发CRISPR-Cas9基因编辑体系构建稳定突变株；(4)整合转录组测序(RNA-Seq)和杂交链式反应(HCR)原位杂交技术解析分子机制。实验样本来自实验室长期培养的苹果螺群体，通过严格控制水温(25-27°C)和光照周期(14h光照/10h黑暗)确保繁殖稳定性。

P. canaliculata具有复杂的相机型眼结构

通过组织学切片和透射电镜分析，研究人员系统解析了苹果螺眼的精细结构。其眼球位于短眼柄顶端，包含透明角膜、前房、椭圆形晶状体、后房和视网膜等典型相机型眼组分。视网膜中主要分布着具有微绒毛的横纹肌型光感受器(rhabdomeric photoreceptors)，其顶端朝向晶状体，与头足类相似。基因本体(GO)分析显示，苹果螺基因组含有62%的脊椎动物眼发育相关基因，包括调控角膜、晶状体和视网膜形成的保守基因网络。

P. canaliculata相机型眼可完全再生

时序研究表明，眼再生经历四个阶段：24小时内完成伤口愈合；3-6天形成芽基(blastema)；9-12天出现视杯(optic cup)和晶状体；15-28天完成各组分成熟。磷酸化组蛋白H3(anti-H3P)染色显示再生早期(3dpa)细胞增殖显著增强。值得注意的是，再生眼的超微结构如光感受器囊泡(photic vesicles)需要3个月才能达到完整眼的成熟度。

再生眼表达脊椎动物眼发育相关基因

转录组分析揭示再生过程的动态基因表达模式：早期(1dpa)上调伤口愈合相关基因；增殖期(3-6dpa)富集DNA复制和神经发生基因；12dpa后出现光转导(phototransduction)相关基因表达。特别发现pax6在再生芽基和视杯中持续表达，与视网膜形成密切相关。

建立P. canaliculata遗传操作系统

研究人员突破性地开发了苹果螺胚胎操作技术：通过冷台(12°C)和MICRO-ePORE电穿孔将显微注射存活率提升至65%；利用卵周液提取物(ePVF)实现离体培养；成功表达外源GFP和tdTomato mRNA。基于此，首次在软体动物中构建了pax6、dia2和pitx基因的稳定突变株。

pax6基因在眼发育中的保守功能

系统分析发现LOC112559942是苹果螺中与人类PAX6直系同源的基因。胚胎原位杂交显示pax6在眼原基高表达。CRISPR突变体证实pax6缺失导致完全无眼表型，且突变体表现出运动协调障碍，提示该基因可能还参与神经系统发育。这是首次在冠轮动物(Lophotrochozoa)中通过基因敲除验证pax6功能。

这项研究具有多重重要意义：在理论上，证实了相机型眼再生在进化上的可能性，为研究复杂器官再生提供了全新视角；在技术上，建立了首个可遗传操作的软体动物系统，填补了无脊椎模型到脊椎动物之间的研究空白；在应用上，为视觉修复研究提供了潜在的新靶点。特别值得注意的是，苹果螺pax6突变体的运动缺陷表型暗示其可能成为研究神经发育障碍的新模型。

研究还提出了若干待解问题：再生细胞的来源是驻留干细胞还是去分化细胞？神经和免疫系统如何参与再生微环境调控？pax6下游的基因调控网络如何进化保守？这些问题的解答将进一步推动再生医学的发展。随着更多基因工具的建立，苹果螺有望成为研究器官再生、进化发育(Evo-Devo)和神经科学的模式生物。