來源：生物谷原創(chuàng) 2023-07-27 15:24
一條腿受傷的小鼠在另一條腿上經(jīng)歷了干細胞的“蘇醒”，就好像這些干細胞正在準備愈合傷口一樣。類似的事情也發(fā)生在蠑螈身上，它們是肢體再生的大師。斑馬魚的心臟損傷會引發(fā)腎臟和大腦等遠
一條腿受傷的小鼠在另一條腿上經(jīng)歷了干細胞的“蘇醒”，就好像這些干細胞正在準備愈合傷口一樣。類似的事情也發(fā)生在蠑螈身上，它們是肢體再生的大師。斑馬魚的心臟損傷會引發(fā)腎臟和大腦等遠處器官的某些變化。
美國斯坦福大學生物工程助理教授Bo Wang說，“在許多不同的有機體中，你可以看到整個身體對損傷做出反應。但這些反應是否真地有任何功能一直不清楚，因此這就是我們關(guān)注的重點?！?/p>
在一項新的研究中，Wang和他的同事們發(fā)現(xiàn)這種全身協(xié)調(diào)是真渦蟲（planarian worm）傷口愈合和隨后組織再生的關(guān)鍵部分。了解是什么開啟和關(guān)閉了再生，以及再生是如何協(xié)調(diào)的，也有助于為針對癌癥的研究提供信息，畢竟癌癥通常被認為是永不愈合的傷口。相關(guān)研究結(jié)果于2023年7月21日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標題為“Ultrafast distant wound response is essential for whole-body regeneration”。
真渦蟲發(fā)出信號波
真渦蟲是一種半英寸長的扁形蟲，具有一種超能力：它們幾乎可以在任何情況下再生。把一條真渦蟲切成四塊，幾天后你就會得到四條新的扁形蟲。與小鼠、斑馬魚和蠑螈一樣，真渦蟲身體某一部位的傷口似乎會引發(fā)更遠處組織的反應。
Wang希望了解這些反應是如何協(xié)調(diào)的。一種可能的機制是細胞外信號相關(guān)激酶（extracellular signal-related kinase, ERK）通路。細胞利用ERK通路相互交流，并以某種波形向外發(fā)送信號。如果組織受傷，最近的細胞會將這種受傷信息“傳遞”給鄰近的細胞，然后鄰近的細胞又會將信息告訴它們的鄰居。這種信號波以一種電話游戲的方式傳遍整個有機體。
只是有一個問題：過去的研究已表明，ERK信號波的移動速度太慢，沒有任何作用。Wang說，“如果我以每小時 10 微米的速度傳播信號，那么它需要幾天才能通過一毫米。在這種速度下，信號從真渦蟲的一個區(qū)域傳遞到另一個區(qū)域的速度太慢，無法幫助傷口愈合和再生?！边@在人類身上可能不是問題。我們的循環(huán)系統(tǒng)可以讓信號迅速傳遍全身。但真渦蟲沒有循環(huán)系統(tǒng)來加速這一過程。
圖片來自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.019。
因此，Wang和他的同事們開始追蹤ERK信號波從真渦蟲的一端傳播到另一端的過程。他們發(fā)現(xiàn)信號的傳播速度比以前觀察到的快 100 多倍。ERK信號波不是以小步從一個細胞移動到另一個細胞，而是沿著超長的體壁肌肉細胞移動。這些細胞就像“超級高速公路”，將信號從身體的一端加速傳到另一端。時間從之前認為的幾天縮短到幾小時。
這種信號傳播的速度足以幫助愈合，但他們?nèi)匀徊恢勒麄€身體是否都參與其中。為了找出答案，Wang實驗室的研究生Yuhang Fan切除了真渦蟲的頭部。
對生長進行投票
通常情況下，頭部切除后的真渦蟲頭部會迅速從剩余的身體中重新生長出來。但Fan阻斷了ERK信號向這種有機體后半部的傳播，以測試ERK信號波是否負責協(xié)調(diào)這種遠距離愈合反應。當ERK信號被阻斷時，真渦蟲的頭部不僅愈合得更慢，而且根本就沒有重新長出來。
接下來，F(xiàn)an想知道是否有可能“挽救”這種再生過程，他通過將真渦蟲的尾部也切除來進行測試，因為這種切除會提醒尾部組織有損傷。它的尾部重新長了出來，令人驚訝的是，頭部也重新長了出來。
Wang說，“真正有趣的是，我們可以調(diào)整這兩次切除之間的時間延遲。如果在頭部切除最初幾小時后就切除真渦蟲的尾部，就能重新啟動受阻的愈合過程。但如果等得太久，頭部和尾部都不會再生。”
Wang說，“這提示著存在一種全局身體投票系統(tǒng)，它說：'好吧，現(xiàn)在我們應該長出一些東西’，每個人都必須同意?！奔词故亲钸h的細胞也有投票權(quán)。
對人類傷口愈合的臨床意義
許多動物---比如真渦蟲、海星和蠑螈---表現(xiàn)出的愈合和再生能力遠遠超過人類。了解人類為何缺乏這種能力，可能推動醫(yī)學治療和干預的進步，包括對癌癥的影響。
Wang解釋說，“你不希望組織一直處于受傷狀態(tài)。這可能會導致癌癥?！奔词乖谶@些再生能力驚人的真渦蟲中，Wang的研究也發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)時候，再生都是“關(guān)閉 ”的，直到整個身體都認為是時候“開啟”再生了。
此外，當Wang和他的同事們追蹤ERK信號波在整個真渦蟲體內(nèi)傳播時，他們注意到數(shù)百個基因開啟和關(guān)閉。雖然人類與真渦蟲的親緣關(guān)系很遠，但是我們有許多相同的基因。。
Wang說，“這確實為我們提供了一個研究這些基因的入口。這可能讓我們弄清動物如何再生，同時控制不受控制的癌變風險。”（生物谷 Bioon.com）
參考資料：
Yuhang Fan et al. Ultrafast distant wound response is essential for whole-body regeneration. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.019.
