Cell：涡虫为何具有再生超能力？全身协调至关重要

　　了解是什么开启和关闭了再生，以及再生是如何协调的，也为癌症的研究提供了信息，癌症通常被认为是永远不会愈合的伤口。

　　

当小鼠的一条腿受伤时，另一条腿上的干细胞会“苏醒”，就好像细胞在为伤口愈合做准备。类似的事情也发生在墨西哥蝾螈身上，它们是肢体再生的高手。斑马鱼的心脏损伤则会引发肾脏和大脑等远端器官的某些变化。

斯坦福大学生物工程系助理教授Bo Wang表示：“在许多不同的生物体中，你可以看到整个身体对损伤做出反应，但这些反应是否真的有任何功能，目前还不清楚。这就是我们关注的重点。”

Wang及其同事发现，这种全身协调对涡虫的伤口愈合及随后的组织再生至关重要。了解是什么开启和关闭了再生，以及再生是如何协调的，也为癌症的研究提供了信息，癌症通常被认为是永远不会愈合的伤口。这项成果于7月21日发表在《Cell》杂志上。

如何传递信号

涡虫（planarian）是一种半英寸长的扁形虫。它们具有一种超能力：几乎可以在任何情况下再生。把一条涡虫切成四块，几天后你就得到了四条新的涡虫。像小鼠、斑马鱼和蝾螈一样，涡虫身体某个部位的伤口似乎会引发远端组织的反应。

研究人员想了解这些反应是如何协调的。他们认为，一种可能的机制是细胞外信号调节激酶（ERK）途径。细胞利用ERK途径相互交流，并以某种波的形式发送信号。如果组织受伤，附近的细胞会将信息“传递”给相邻的细胞，然后相邻的细胞再告诉它们的邻居。

不过，还有一个问题：过去的研究表明，ERK波移动得很慢，没有任何用处。“如果以每小时10 μm的速度传递一个信号，可能需要几天才能传播一毫米，”Wang说。“在这种速度下，信号从涡虫的一个部位传到另一个部位太慢了，无法帮助伤口愈合和再生。”

这对人类来说可能不是问题。我们的循环系统可以让信号迅速传遍全身，但涡虫没有循环系统来加速这一过程。

因此，研究人员开始追踪ERK波从动物的一端传播到另一端的过程。他们发现信号的传播速度比之前看到的快100多倍。ERK波不是在细胞间小距离传播，而是沿着超长的体壁肌肉细胞传播。这些肌肉细胞就像“高速公路”一样，将信号传递的时间缩短到几个小时，而不是几天。

现在，信号快得足以帮助伤口愈合，但他们仍然不知道是否整个身体都受到了影响。为了找到答案，Bo Wang实验室的研究生Yuhang Fan切下了一只涡虫的头部。

尾部受伤，头部也能再生

在正常情况下，涡虫的头部被切掉后会很快重新长出来。不过，Fan阻断了ERK信号传播到生物体的后半部分，以测试ERK波是否负责协调远距离的愈合反应。

不出所料，当ERK信号被阻断时，头部不仅愈合得更慢，而且根本没有重新长出来。

接下来，Fan想知道是否有可能“挽救”再生过程。于是，他马上切下了涡虫的尾巴，这也会提醒尾巴组织有损伤存在。尾巴重新长出来了，令人惊讶的是，它的头也长出来了。

“真正有趣的是，我们可以调整两次截肢之间的时间延迟，”Wang说。“如果你在最初受伤后几小时内切断涡虫的尾巴，你可以重新启动被阻断的愈合过程。但如果你等得太久，它们就不会再长出来。”

许多动物——比如涡虫、海星和蝾螈——都表现出远超人类的愈合和再生能力。了解人类为何缺乏这种能力，可能会推动医学治疗和干预的进步，甚至对癌症产生影响。

“你不希望组织一直处于受伤状态。这可能会导致癌症，”Wang解释说。即使是这些再生能力惊人的蠕虫，在大多数时候，再生都是“关闭”的，直到整个身体都认为是时候“开启”了。

此外，当研究人员追踪ERK波在涡虫体内的传播时，他们注意到数百个基因被打开和关闭。尽管人类与涡虫的亲缘关系非常遥远，但我们有许多相同的基因。

“这确实为我们提供了一个研究这些基因的入口，”wang谈道。“它可以让我们弄清楚动物如何再生，同时控制癌症生长的风险。”

原文检索

Ultrafast distant wound response is essential for whole-body regeneration

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.06.019