一個意外的發現讓以色列魏茲曼科學研究院的研究人員打破了一個已經存在200年的理論。該項研究探討了腦下垂體的胚胎起源，對生長激素缺乏和其他腦下垂體相關疾病可能帶來新啟示。

僅有豌豆大，位於大腦底部的腦下垂體，是作為維持身體新陳代謝樞紐的人體器官。腦下垂體可稱為內分泌系統的控制中心，是介於大腦與血液之間的塔台，將激素釋放至血液之中，調控激素平衡。新研究是由魏茲曼分子細胞生物學和分子神經科學系Prof. Gil Levkowitz的實驗室所發表，其內容增加了我們對腦下垂體中不同細胞之間交互作用的認知，並為治療涉及該腺體的疾病帶來新的契機。

腦下垂體的結構可分為兩片不同的葉，各擔任不同的生理功能，在演化過程中居有高度的保守性，這意味著不論是魚、老鼠或人類的腦下垂體之間存在著極大的相似性。多年來，研究人員始終對一個相當基礎的問題感到好奇：在胚胎發育過程中，腦下垂體兩片葉的起源究竟分別是哪裡？

動物的初期胚胎發育主要由三種細胞層組成，分別是內胚層（內層）、中胚層（中層）和外胚層（外層），三種細胞層最終會發育為整個身體。在當今生物學的知識中普遍被接受的觀點是，構成腦下垂體兩片葉的細胞，分別源於外胚層中的不同部分。腦下垂體的前部或前葉會釋放六種主要激素，其中包括促甲狀腺素（thyroid-stimulating）和生長激素（growth hormones），來自早期胚胎的外部組織層，即口腔外胚層（oral ectoderm）。腦下垂體的後葉則是與兩種源自於大腦的主要激素相關，分別是調節生殖和行為的催產素（oxytocin），和負責控制各方面體液平衡的血管昇壓素（vasopressin）等激素，而目前認為後葉起源於神經外胚層（neural ectoderm），一個最終將發育成神經系統的組織。這些細胞起源的理論最早由開創性的德國胚胎學家Martin H. Rathke於1838年提出，並得到許多後續研究的驗證。

但當博士生 Qiyu Chen決定重新檢視Rathke所提出的腦下垂體起源理論時，她注意到了與預期相左的地方。利用早期研究人員無法使用的現代遺傳和影像方法，Chen將斑馬魚胚胎的外胚層組織中的各種細胞進行標記，並在胚胎發育出成熟形狀並成為腦下垂體時，對這些細胞的後代進行視覺追蹤。根據Rathke的理論，她預期斑馬魚的腦下垂體前葉僅僅包含帶有早期胚胎口腔外胚層基因標籤的細胞，後葉則來自於胚胎的神經外胚層。結果發現，雖然大部分符合已知的理論，然而與預期的不同，她發現前葉中的一些細胞卻源自於胚胎的神經外胚層。

「這項發現與腦下垂體的兩個部分是分別發育而來的觀點相互矛盾」Levkowitz教授說。「其他科學家的研究中曾有一些跡象顯示這些細胞可能有混合的起源，但在我們研究之前，從來沒有人提出直接的證據」。

Levkowitz教授的團隊找到的關鍵證據，是特定類型的細胞在「錯誤」的腦下垂體葉中發光。研究人員結合了Chen在發育中胚胎所進行的基因追蹤研究與單細胞轉錄組的方法來追溯這些細胞的起源，他們與魏茲曼系統免疫學系的Amit教授實驗室合作，應用高階技術進行研究，研究人員因此能夠精確地解開個別細胞的分子組成並追蹤它們的動態。

巧合的是，他們得知位於倫敦的Francis Crick研究所中，對於小鼠腦下垂體前後葉細胞的起源，有著類似的研究結果並且尚未發表。進行該項研究的研究員Dr. Karine Rizzoti正在標記小鼠胚胎神經外胚層中的細胞。當她發現其中一些細胞的後代出現在小鼠腦下垂體的前葉時，她對自己的結果抱持了懷疑的態度。「我們向她分享，我們在斑馬魚中也觀察到類似的現象」Levkowitz教授說，他邀請Rizzoti博士與他的團隊合作進行研究。「我們決定聯手，以兩種物種同時觀察到相同的現象作為更強而有力的證據」，他解釋道。

經過分析腦下垂體中主要細胞類型的不同分子特徵後，這項研究還意外地發現了其他現象：腦下垂體前部和後部不同細胞之間，具有先前未知的交互作用。研究人員發現，腦下垂體後葉的某些細胞，稱為垂體細胞（pituicytes），影響了前葉激素產生細胞的發育。垂體細胞屬於神經系統中星狀細胞的亞型，它們有助於腦下垂體後葉釋放催產素和血管昇壓素。「這是一個令人意外的驚喜，除了已知的功能外，垂體細胞還會影響腦下垂體前葉的發育」Chen說。

「雖然我們對腦下垂體的解剖學已經有很深的了解，但它的遺傳組成仍有許多需要學習的地方」Levkowitz教授說。「了解不同細胞中遺傳組成的情況，在早期胚胎發育中是如何形成，以及不同細胞類型如何相互影響，可能有助於我們找出腦下垂體相關的各種疾病發生的原因。包括癌症和某些兒童疾病，如先天性生長激素缺乏症（congenital growth hormone deficiency）。事實上，先天性生長激素缺乏症源於一種基因突變，該基因對於早期胚胎的外胚層細胞決定是否成為腦下垂體前葉的激素產生細胞具有影響」。

Levkowitz教授指出，關於腦下垂體兩片葉分開起源的理論大致上仍然正確，「然而，我們發現腦下垂體前葉中一小部分的激素產生細胞，源自於胚胎組織的不同部分。這與以前的觀點相左，而這可能對探索腦下垂體功能障礙的研究指向了新方向」。

Chen解釋說：「假設你有100個生長激素細胞。一般認為，全部都來自於口腔外胚層，但出人意料的是，其實有5個細胞是起源自神經細胞。雖然所有100個細胞都釋放相同的激素，但也許它們是應對不同生理需求所存在的。研究這些訊號的確切性質，在將來可能有助於建立起改善激素缺乏的方法，針對特定腦下垂體細胞進行標靶治療，同時避免對腦下垂體調控內分泌的關鍵功能產生不良影響」。

資料來源:

https://wis-wander.weizmann.ac.il/life-sciences/there%E2%80%99s-new-hypothesis-your-hypophysis