扁虫全身再生能力的发展依赖于轴重置

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在早期生命阶段逐步发展出再生丢失组织的能力。全身再生能力在特定的胚胎和幼体阶段出现，头部再生能力直到生物体获得重置身体主轴的能力后才显现。虽然干细胞对于组织生长是必要的，但仅靠它们还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、涡虫和无肛门类可以仅凭组织碎片再生整个身体。某些鱼类、两栖动物和爬行动物也可以再生失去的附肢。

再生能力在生物体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尖、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。

即使是高度再生的动物如被囊动物和海绵，在衰老过程中再生能力也会下降。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。成年后再生能力的增加也在海绵、海百合、栉水母、环节动物、被囊动物以及某些两栖动物如非洲爪蟾蝌蚪和某些蜥蜴中观察到。

涡虫扁虫在成年后仍保留全身再生能力。它们的再生能力依赖于分布在整个身体中的多能干细胞，称为新生细胞。新生细胞通过周围组织的位置特异性信号响应损伤，并在维护、无性繁殖和再生过程中生成新组织。

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

将S. polychroa的分阶段胚胎和幼体沿前后轴切割，以测试特定发育阶段的再生能力。评估前部和后部片段再生缺失组织的能力。

使用原位杂交技术跟踪基因表达，该技术通过结合RNA转录本显示基因活性的位置。使用整体显微镜技术准备组织样本，以保持空间背景。

应用辐照以确定再生能力是否依赖于对辐射敏感的前体细胞。使用RNA干扰敲低实验靶向Wnt信号通路成分，以测试轴重置机制。

全身再生能力在晚期胚胎和早期幼体阶段逐步发展。前部片段在早期阶段就能从后部片段再生出后部组织，而从后部片段再生头部结构则延迟到孵化后。

头部再生能力的阶段依赖性恢复与重置身体前后轴的能力有关。对辐射敏感的细胞是必要的，但单独存在不足以实现再生。敲低Wnt通路效应因子β-catenin-1可以使原本不具备再生能力的片段恢复头部再生。

结果表明，全身再生并不是拥有干细胞的固有默认属性，而是依赖于能够重置轴的发育信号。只有当胚胎获得重置前后极性的能力后，头部再生能力才会出现。包含功能性前体细胞的片段如果没有激活特定的极性信号，仍然无法再生。

轴重置作为全身再生的关键守门人，直接操纵信号通路可以使得之前无法再生的片段恢复再生能力。这些发现指出再生是一种条件性能力，可能根据发育状态和分子环境开启或关闭。

更广泛的策略来诱导再生能力较差的动物再生可能不仅需要恢复干细胞的存在，还需要恢复由损伤引起的建立极性和组织身份的信号。这些结果挑战了再生能力丧失不可逆的假设，并提出了新的目标以恢复组织形成潜力。

哺乳动物，包括人类，具有有限的再生能力，只能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个进化权衡，即通过纤维化快速封闭伤口可以确保立即生存，即使牺牲长期功能或结构完整性。

对涡虫和其他再生物种再生要求的进一步了解使科学界更接近于有一天在治疗环境中逆向工程再生反应的目标。

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