新發(fā)現(xiàn)，渦蟲為何具有再生超能力？全身協(xié)調(diào)至關重要

當小鼠的一條腿受傷時，另一條腿上的干細胞會“蘇醒”，就好像細胞在為傷口愈合做準備。類似的事情也發(fā)生在墨西哥蠑螈身上，它們是肢體再生的高手。斑馬魚的心臟損傷則會引發(fā)腎臟和大腦等遠端器官的某些變化。

斯坦福大學生物工程系助理教授Bo Wang表示：“在許多不同的生物體中，你可以看到整個身體對損傷做出反應，但這些反應是否真的有任何功能，目前還不清楚。這就是我們關注的重點。”

Wang及其同事發(fā)現(xiàn)，這種全身協(xié)調(diào)對渦蟲的傷口愈合及隨后的組織再生至關重要。了解是什么開啟和關閉了再生，以及再生是如何協(xié)調(diào)的，也為癌癥的研究提供了信息，癌癥通常被認為是永遠不會愈合的傷口。這項成果于7月21日發(fā)表在《Cell》雜志上。

如何傳遞信號

渦蟲（planarian）是一種半英寸長的扁形蟲。它們具有一種超能力：幾乎可以在任何情況下再生。把一條渦蟲切成四塊，幾天后你就得到了四條新的渦蟲。像小鼠、斑馬魚和蠑螈一樣，渦蟲身體某個部位的傷口似乎會引發(fā)遠端組織的反應。

研究人員想了解這些反應是如何協(xié)調(diào)的。他們認為，一種可能的機制是細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）途徑。細胞利用ERK途徑相互交流，并以某種波的形式發(fā)送信號。如果組織受傷，附近的細胞會將信息“傳遞”給相鄰的細胞，然后相鄰的細胞再告訴它們的鄰居。

不過，還有一個問題：過去的研究表明，ERK波移動得很慢，沒有任何用處。“如果以每小時10 μm的速度傳遞一個信號，可能需要幾天才能傳播一毫米，”Wang說。“在這種速度下，信號從渦蟲的一個部位傳到另一個部位太慢了，無法幫助傷口愈合和再生。”

這對人類來說可能不是問題。我們的循環(huán)系統(tǒng)可以讓信號迅速傳遍全身，但渦蟲沒有循環(huán)系統(tǒng)來加速這一過程。

因此，研究人員開始追蹤ERK波從動物的一端傳播到另一端的過程。他們發(fā)現(xiàn)信號的傳播速度比之前看到的快100多倍。ERK波不是在細胞間小距離傳播，而是沿著超長的體壁肌肉細胞傳播。這些肌肉細胞就像“高速公路”一樣，將信號傳遞的時間縮短到幾個小時，而不是幾天。

現(xiàn)在，信號快得足以幫助傷口愈合，但他們?nèi)匀徊恢朗欠裾麄€身體都受到了影響。為了找到答案，Bo Wang實驗室的研究生Yuhang Fan切下了一只渦蟲的頭部。

尾部受傷，頭部也能再生

在正常情況下，渦蟲的頭部被切掉后會很快重新長出來。不過，F(xiàn)an阻斷了ERK信號傳播到生物體的后半部分，以測試ERK波是否負責協(xié)調(diào)遠距離的愈合反應。

不出所料，當ERK信號被阻斷時，頭部不僅愈合得更慢，而且根本沒有重新長出來。

接下來，F(xiàn)an想知道是否有可能“挽救”再生過程。于是，他馬上切下了渦蟲的尾巴，這也會提醒尾巴組織有損傷存在。尾巴重新長出來了，令人驚訝的是，它的頭也長出來了。

“真正有趣的是，我們可以調(diào)整兩次截肢之間的時間延遲，”Wang說。“如果你在最初受傷后幾小時內(nèi)切斷渦蟲的尾巴，你可以重新啟動被阻斷的愈合過程。但如果你等得太久，它們就不會再長出來。”

許多動物——比如渦蟲、海星和蠑螈——都表現(xiàn)出遠超人類的愈合和再生能力。了解人類為何缺乏這種能力，可能會推動醫(yī)學治療和干預的進步，甚至對癌癥產(chǎn)生影響。

“你不希望組織一直處于受傷狀態(tài)。這可能會導致癌癥，”Wang解釋說。即使是這些再生能力驚人的蠕蟲，在大多數(shù)時候，再生都是“關閉”的，直到整個身體都認為是時候“開啟”了。

此外，當研究人員追蹤ERK波在渦蟲體內(nèi)的傳播時，他們注意到數(shù)百個基因被打開和關閉。盡管人類與渦蟲的親緣關系非常遙遠，但我們有許多相同的基因。

“這確實為我們提供了一個研究這些基因的入口，”wang談道。“它可以讓我們弄清楚動物如何再生，同時控制癌癥生長的風險。”

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