为什么蚯蚓切成两半还能活下来？Nature论文揭示低等动物器官再生低等生物的器官再生一直是生物界的一大

本文转载自公众号“学术经纬”

低等生物的器官再生一直是生物界的一大谜团——为什么切成两半的蚯蚓能活下来？为什么壁虎的尾巴掉了还能长出来？为什么人没有这种特异功能？如果能回答清这些问题，再生医学将迎来突破。

本周，发表在顶尖学术期刊《自然》上的一项研究在这一领域做出了新的进展。来自波士顿地区Whitehead研究所的科学家们发现，组织再生背后的复杂基因通路，竟受肌肉细胞的控制！

▲该研究的主要负责人Peter Reddien博士（图片来源：MIT）

“器官和组织再生的一大核心谜题在于动物们如何启动所有必需的细胞和分子步骤，”该研究的主要负责人、Whitehead研究所的HHMI研究员、同时也是麻省理工学院（MIT）教授的Peter Reddien博士说道：“我们揭示了一个令人惊讶的分子机制，发现一类特殊的肌肉细胞能建立组织再生的正确分子信息。”

Reddien博士是再生领域的专家。在过去的十多年里，他的团队一直在研究一种叫做涡虫的奇妙动物。这种动物有着令人惊叹的再生能力：如果你把它切成两半，它的每一半都能再生出所需的另一半组织、器官、以及身体。Reddien博士的团队发现，涡虫体内有一批“位置控制基因”（PCG）一直处于“启动”状态。它们就像是细胞里的GPS，告诉细胞它们处于身体里的什么位置。这些细胞也能因此得知自己的身体缺了哪些部分，并进行弥补。

有趣的是，对这些基因的分析表明，它们大多在涡虫的肌肉细胞里有活性，这表明肌肉或许在再生过程中起到了关键作用。研究人员指出，涡虫体内有着多种肌肉细胞类型，有些从头到尾纵向生长，有些则环状生长。它们都能帮助器官再生吗？

▲涡虫体内橫七纵八有着多种肌肉类型（图片来源：《自然》）

为了回答这个问题，该研究的第一作者Lucila Scimone与她的同事们开发了一种新的技术来抑制这两类肌肉细胞生成。他们发现，抑制myoD基因能影响“纵向”的肌肉细胞，而抑制nkx1-1基因能抑制“环状”肌肉细胞的生长。通过抑制特定的基因，我们就能了解特定的肌肉细胞如何影响再生。

研究揭示了一个意想不到的结果——在抑制纵向肌肉生成后，虽然涡虫还能够健康生长，但一旦受伤（比如砍去头部），就无法进行再生。这就好像是被夺去了魔力。“这个结果令人惊叹，” Lucila说道：“它告诉我们，这些纵向的肌肉纤维在再生活动的最早期就有着作用。”

▲失去了纵向肌肉，涡虫就失去了再生的魔力（图片来源：《自然》）

进一步的研究表明，当纵向肌肉消失后，notum和follistatin两条基因的功能受到了严重干扰。先前，人们发现这两种基因能控制涡虫的细胞增殖，在组织受伤后的再生过程中扮演了关键作用。

涡虫体内的另一种肌肉——环状肌肉也参与了再生的工作。有趣的是，失去环状肌肉的涡虫虽然能在受伤后再生，但长出来的器官都奇形怪状。举例来说，在正常情况下，被砍掉脑袋的涡虫能长出一个新的头。然而，一旦环状肌肉被抑制，在脑袋被砍掉后，有的涡虫会长出两个头！

▲抑制环状肌肉后（右图），涡虫再生出了两个脑袋！（图片来源：《自然》）

这些结果将先前一直未得到足够重视的肌肉推到了再生医学研究的前沿。研究人员们表示，他们将继续探索在其他具有再生能力的动物中，是否也存在着肌肉的参与。

“除非我们先了解为什么涡虫等动物有惊人的再生能力，不然没有人知道是什么限制了人类的再生能力，” Reddien博士说：“肌肉究竟如何参与再生？我们的发现提出了许多新问题。”

参考资料：

[1] Orthogonal muscle fibres have different instructive roles in planarian regeneration

[2] Surprising roles for muscle in tissue regeneration, study finds

《环球科学》12月刊现已上市

欢迎点击阅读原文购买