axolotls如何再生四肢
墨西哥蝾螈具有再生整个四肢和内脏器官的迷人能力，是研究再生的理想模型。 IMBA 的 Elly Tanaka 实验室的科学家现在发现了一个因子，可以告诉细胞手臂的哪个部分要再生——并用它来在细胞发育过程中重新编程细胞的身份。 再生研究领域的这一突破对组织工程（包括人体组织）具有重要意义。 该研究发表在《今日自然》杂志上。 蝾螈生活在墨西哥城周围的一个阴暗的湖中，周围都是好斗和食人的邻居，它一直生活在被邻居啃咬失去肢体的风险中。 幸运的是，失去的肢体可以在短短八周内重新生长并恢复功能。 为了实现这一壮举，再生的身体部位必须“知道”它们在蝾螈体内的位置，以便为特定位置再生正确的结构。 一种长期寻求的密码，告诉细胞它们的位置，从而给出身体部分他们的身份现在已经被 Elly Tanaka 和她在奥地利科学院分子生物技术研究所 IMBA 的团队破解。 这项研究于 5 月 21 日发表在《自然》杂志上，展示了细胞如何“记住”它们的位置，并在受伤时打开一个在肢体一侧广播的信号，并指示细胞再生与其位置匹配的结构。 一旦再生开始，前侧（拇指）的干细胞就会表达信号因子 FGF8，而后侧（小指）干细胞表达 Shh。 这两个信号相互加强，告诉细胞生长并塑造再生臂——这是 Tanaka 实验室之前发现的。 “我们不知道的是，在再生过程中，哪些线索确保 FGF8 和 Shh 在肢体两侧打开，这是位置信息的主要机制，”该研究的第一作者 Leo Otsuki 解释说。 蝾螈具有非常大和复杂的基因组，并且其他模式生物容易获得的遗传工具通常不存在用于蝾螈。 只有这些分子工具的最新进展才使科学家们能够系统地寻找再生根源的信号线索。 编码位置记忆的许多线索 令他们惊讶的是，研究人员发现甚至在受伤之前，肢体的前半部分（拇指侧）和后半部分（小指侧）就有数百个因素存在差异。 但有一个基因脱颖而出：恰当地命名为 Hand2 仅在后侧表达，而在前半部分完全不表达。 “Hand2 引起了我们的注意，因为它在正确的位置表达，可以作为位置提示，”Otsuki 说。 对肢体发育和再生的实验证实了 Hand2 在受伤后开启 Shh 中的重要作用——证明了它在提供位置信息方面作为核心角色的作用。 科学家们得出了一种肢体再生的新模型，类似于无线电广播：在完全发育的肢体中，只有后部的细胞以低水平表达 Hand2。 这种 Hand2 表达保持了细胞对“处于小指区”的稳定记忆。 损伤后，这些细胞将 Hand2 表达提高到更高的水平，从而在表达 Hand2 的细胞子集中打开 Shh 信号。 然后，靠近 Shh 源的 Shh 细胞以具有后部同一性的细胞形式再生; 远离 Shh 信号的细胞再生为前部细胞。一旦肢体完全再生，细胞再次以低水平表达 Hand2，确保对其位置的稳定记忆为下一个损伤和再生周期做好准备。 这些发现可以首次解释先前存在的位置记忆信号如何在受伤时重新激活以反复诱导正确的模式。 组织和类器官工程的前景广阔的可能性 这一发现是通过田中实验室，是整个再生领域的重大突破。 “我们发现了一种比我们预期的更灵活的再生模型，这真的很令人兴奋。 我们的模型预测，我们应该能够利用 Shh 广播将细胞从前位切换到后位，“Otsuki 解释说。 事实上，当研究人员将细胞从手臂的拇指侧放入小指侧时，这些拇指细胞会再生并表现得像小指细胞他们落入了 Shh '广播' 的范围。 “我们能够从前部对细胞进行重新编程并改变它们的身份。” 改变细胞身份的能力在组织工程和再生疗法中具有巨大潜力。 这个概念——本质上是“重新编程”细胞以改变其功能——可以使科学家能够转化身体不同部位的细胞。 “能够转化受伤后残留的细胞并改变其功能至关重要对于再生疗法中的应用很重要，“Otsuki 指出。 “它还增强了我们与类器官和工程组织合作的能力：我们现在知道可以改变细胞身份并改变其再生输出的信号。 利用这些信号可能会让我们将细胞推到超出其正常生物极限的水平。 这可能使他们能够承担全新的角色——这是医疗创新的一个令人兴奋的前景。 发现蝾螈依赖于 Hand2-Shh用于肢体再生的信号传导电路特别有前途。 “这些相同的基因也存在于人类中，蝾螈在成年后重复使用这个回路来再生肢体的事实令人兴奋。 它表明，如果人类肢体中存在类似的记忆，科学家们有朝一日可能能够瞄准它们以解锁新的再生能力，“Elly Tanaka 说。 此外，通过在通常不活跃的区域表达该基因，例如limb 的 intent 调用，它可以引导细胞从头开始启动肢体形成。 “这一发现激发了乐观情绪，即通过使用 Hand2 表达以及来自蝾螈模型的其他见解，我们最终可能能够重新长出哺乳动物的四肢，”Tanaka 补充道。 “这些进步为再生医学领域带来了希望。”