扁虫全身再生能力的发育依赖于轴重置

美国国家癌症研究所和合作机构的科学家们发现，扁虫Schmidtea polychroa在早期生命阶段逐渐发展出全身再生能力。这种再生能力在特定的胚胎和幼体阶段出现，而头部再生则受限于机体重新设定身体主轴的能力。虽然干细胞样细胞对于组织生长是必需的，但它们单独不足以触发完全再生。

再生是指在正常维护或受伤后替换组织的生物过程。一些水生无脊椎动物如水螅、扁虫和无腔动物可以从组织碎片中再生整个身体。某些鱼类、两栖动物和爬行动物可以再生失去的附肢。

再生能力在生物的一生中会发生变化。许多物种的胚胎和幼体比成体更容易再生。衰老与小鼠心脏和指端、非洲爪蟾四肢和尾巴以及果蝇成虫盘的再生能力下降有关。

即使像被囊动物和海绵这样高度再生的动物，其再生能力也会随着年龄增长而减弱。这些变化与干细胞耗竭、细胞可塑性丧失、表观遗传改变和代谢变化有关。成年期再生能力的增加也已在海绵、海百合、栉水母、环节动物、被囊动物以及某些脊椎动物如非洲爪蟾蝌蚪和某些蜥蜴中观察到。

扁虫在整个成年期都保留了全身再生能力。它们的再生能力依赖于分布于全身的多能干细胞——新生细胞（neoblasts）。新生细胞通过周围组织的位置特异性信号响应损伤，并在维持、无性繁殖和再生过程中生成新组织。

在《当代生物学》杂志上发表的研究“扁虫全身再生能力的发育依赖于轴重置”中，研究人员进行了发育分析，以确定扁虫Schmidtea polychroa在何时以及如何获得再生能力。

研究者将不同发育阶段的S. polychroa胚胎和幼体沿前后轴切开，测试在特定发育阶段的再生能力。前部和后部片段分别评估其再生缺失组织的能力。

通过原位杂交技术跟踪基因表达，这是一种标记RNA转录本的方法，用于显示基因活跃的位置。使用整体显微技术制备组织样本，以保持空间背景。

应用辐射处理以确定再生能力是否依赖于辐射敏感的前体细胞。使用RNA干扰敲低Wnt信号通路组分，测试轴重置机制。

结果表明，全身再生能力在晚期胚胎和早期幼体阶段逐渐发展。前部片段在早期阶段能够从后部片段再生组织，而头部结构的再生则延迟到孵化后才开始。

头部再生能力的阶段依赖性恢复与机体重新设定前后轴的能力相关。辐射敏感细胞是必要的，但单独不足以实现再生。敲低Wnt通路效应因子β-catenin-1可以在原本不具备再生能力的片段中恢复头部再生。

研究表明，全身再生并不是拥有干细胞的固有默认属性，而是依赖于能够重新设定轴向的发育信号。只有在胚胎获得重新设定前后极性的能力后，才能再生头部。即使含有功能性前体细胞的片段，如果没有特定的极性信号激活，也无法再生。

轴重置作为全身再生的关键守门员，直接操纵信号通路可以使之前无法再生的片段实现再生。研究结果表明再生是一种条件性能力，可能根据发育状态和分子环境开关。

更广泛的策略诱导再生能力较差的动物再生，不仅需要恢复干细胞的存在，还需要激活由损伤引发的极性建立和组织身份信号。研究结果挑战了再生能力丧失不可逆的假设，并提出了恢复组织形成潜力的新目标。

哺乳动物，包括人类，具有有限的再生能力，仅限于替换特定的组织和细胞类型。哺乳动物的修复通常通过瘢痕形成进行，这是一种快速封闭伤口但不恢复原始组织结构的过程。这可能反映了较大或更复杂生物体的一种进化权衡，其中快速纤维化密封可以确保即时生存，即使牺牲长期功能或结构完整性。

对蠕虫和其他再生物种再生要求的更深入了解，使科学界更接近在治疗环境中逆转再生反应的目标。

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