Nature：为何蚯蚓切成两半还能活下来？揭示低等动物器官再生机制
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？
在一项新的研究中，来自美国麻省理工学院怀特海德生物医学研究所的研究人员阐明了组织再生背后的复杂基因通路，竟受肌肉细胞的控制。
他们揭示出在一种扁形虫中，一种肌纤维类型是触发启动组织再生程序的基因活性所必需的。值得注意的是，在缺乏这种肌纤维类型的情况下，再生无法进行。他们报道，另一种肌纤维类型也是为再生的组织提供正确的再生模式（比如形成一个头而不是两个）所必需的。相关研究结果于2017年11月22日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Orthogonal muscle fibres have different instructive roles in planarian regeneration”。
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。”
十多年来，Reddien和他的实验室一直在研究一种被称作真涡虫（planarian）的小型扁形虫中的促进再生的生物学机制。这种扁形虫具有一些令人印象深刻的再生能力：当被切成两段时，每段能够再生形成两个完整的有机体所需的身体部分。在之前的研究中，Reddien团队鉴定出一组始终开启的被称作位置控制基因（position control gene, PCG）的基因，这些基因给细胞提供区域特异性的指令，就像一组GPS坐标那样告诉细胞它们在体内的位置，和需要再生哪种身体部分。有趣的是，这些基因在真涡虫的肌肉细胞中是有活性的，这提示着肌肉可能在这种再生过程中发挥着重要的作用。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与她的同事们需要一种选择性地移除它们的方法。myoD是一种在纵向肌纤维中特异性发现的基因，当受到抑制时，这些纵向肌纤维不会形成。类似地，nkx1-1基因是圆形肌纤维的生物标志物，当它的功能下降时，这些圆形肌纤维不会产生。利用这两种基因，他们能够测试清除这些不同的肌肉细胞类型对再生的影响。
令人吃惊的是，当纵向肌纤维被移除时，这些结果是显著的：这种扁形虫能够非常正常地生活，但是当遭受损伤时，它们不能够再生缺失的部分。Lucila说：“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。
当这些研究人员更加深入地研究这一发现时，他们了解到，当这些纵向肌纤维缺失时，两种至关重要的基因的功能受到破坏。先前，这两种被称作notum和follistatin的基因以它们在再生中的作用而为人所知。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。
除了这些纵向肌纤维的重要作用之外，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，但是这种再生模式是异常的，再长出来的器官都奇形怪状。比如再生出两个头部而不是一个。
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》）
这些结果强调了肌肉在指导这种组织再生程序中发挥着一种重要的之前未被认识到的作用。这些研究人员将继续研究不同的肌肉类型在真涡虫再生中所起的作用，而且也探究了具有再生能力的其他动物是否具有一种类似的肌肉定位程序来提供位置信息。
Reddien说：“只有首先了解是什么机制让真涡虫等一些动物如此出色地完成再生和修复伤口，人们才能理解是什么限制了人类的这种再生和修复的能力。”
参考资料：
Orthogonal muscle fibres have different instructive roles in planarian regeneration
Surprising roles for muscle in tissue regeneration, study finds
M. Lucila Scimone, Lauren E. Cote & Peter W. Reddien. Orthogonal muscle fibres have different instructive roles in planarian regeneration. Nature, Published online:22 November 2017, doi:10.1038/nature24660
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